Comment le GPS évolue-t-il et gère-t-il potentiellement des millions de demandes par seconde et répond-il en temps réel?

De nos jours, presque tous ceux qui ont possédé un smartphone ou un type d'appareil GPS quelque part. Ces appareils semblent également se mettre à jour en temps réel. Comment le satellite GPS est-il capable de répondre à des millions de demandes de millions d'appareils différents et de mettre à jour tous les millions d'appareils en temps réel sans retard?

Si je comprends bien, les sites Web qui reçoivent du trafic, même par milliers, sont ralentis s'ils ne sont pas correctement préparés, comment le GPS gère-t-il des quantités de trafic qui sont apparemment impossibles à gérer, voire difficiles pour un super ordinateur.

Si quelqu'un se tient au sommet d'une colline au-dessus d'une grande ville et crie "les Mongols arrivent!" alors tout le monde sait ce qui se passe et ils sortent de la ville. La vigie n'a pas à dire "Hé Timmy: Les Mongols arrivent! Hé John: Les Mongols arrivent! Hé Sarah ..."

Le GPS n'est qu'un groupe de satellites en orbite hurlant "Je suis ici!" en fréquence radio. Un récepteur GPS essaie juste de distinguer les différents satellites en criant leurs positions et fait le calcul de nombre pour "Si le satellite 1 est là-bas, et le satellite 2 est là-bas, et le satellite 3 est à peu près à cet endroit ... alors je dois être ICI quelque part ".

Techniquement, le récepteur écoute l'horodatage et la position orbitale de chaque satellite GPS. Il calcule le temps nécessaire aux signaux des différents satellites pour atteindre le récepteur, ce qui donne au récepteur la distance de chaque satellite. Étant donné la distance de chaque satellite, vous connaissez votre propre position.

Comment? Imaginez trois satellites en orbite et vous sur la Terre, avec de longs bâtons entre les deux. Ces bâtons ne se rencontreront qu'à un seul endroit. Avec un satellite et un bâton de longueur fixe, vous pourriez être n'importe où sur une sphère autour du satellite. Avec deux satellites, vous pourriez être n'importe où sur un cercle centré entre les deux satellites. Avec trois satellites, votre position ne peut généralement être qu'au même endroit. Habituellement, cependant, quatre satellites sont nécessaires pour toute précision. (Le calcul de la distance par rapport aux satellites n'est généralement pas aussi précis, donc connaître la distance à plus de satellites est préférable)

Le satellite GPS n'est qu'un émetteur (en ce qui concerne le signal GPS) et l'autre extrémité n'est qu'un récepteur. Il n'y a pas de communication bidirectionnelle et donc pas besoin de satellite pour se soucier du nombre d'appareils. Fondamentalement, le satellite transmet sa propre position à un certain moment et le récepteur calcule sa position en utilisant ces informations, donc tout le travail est effectué par le récepteur.

Bref, il n'y a pas de "demandes", tout comme il n'y a pas de "demandes" pour la radio et la télévision analogiques traditionnelles.

Les satellites ne répondent pas. Ils transmettent le signal et les clients GPS le reçoivent. Je veux dire que votre appareil GPS n'a pas besoin d'envoyer quoi que ce soit au satellite, il reçoit juste du satellite et c'est suffisant. Votre appareil GPS doit recevoir des signaux de plusieurs satellites, puis il calcule sa propre position.

Donc, la réponse courte est: il est massivement parallélisé. :-)

La distance de chaque satellite à votre position est calculée à partir du temps qu'il faut au signal pour parcourir les 20200 km (12600 miles) au-dessus de votre tête, ce qui va jusqu'à 26600 km (16500 miles) à l'horizon, jusqu'à votre récepteur. Avec un signal se déplaçant à 300 000 km / s, le temps pris est compris entre 89 et 67 millisecondes, et donc cela doit être mesuré avec une précision de la nanoseconde. L'une des choses les plus remarquables du GPS est de savoir comment l'horloge simple et bon marché du récepteur est conçue pour avoir la même précision que les horloges très complexes et coûteuses des satellites.

Darron a expliqué comment le correctif est obtenu à l'aide de quatre satellites. L'un définit une sphère, le second l'intersecte comme un cercle, le troisième coupe le cercle en deux points et le quatrième distingue ces deux points. Si l'on suppose que le récepteur est proche de la surface de la Terre, cela peut être utilisé à la place de la quatrième mesure satellite. Idéalement, ceux-ci devraient tous se croiser en un seul point, mais en pratique, sans correction, ils seraient légèrement répartis en raison de l'horloge du récepteur fonctionnant rapidement ou lentement. En ajustant la fréquence d'horloge pour obtenir une correspondance aussi proche que possible, la précision de synchronisation nécessaire est obtenue. L'écart restant est une mesure de la précision du correctif.

Dans l'ancien temps de la navigation par chronomètre pour la longitude, tout ce qui était vraiment nécessaire était une horloge extrêmement stable. Bien que l'horloge fonctionnerait légèrement lentement ou rapidement, cela n'avait pas d'importance tant que le taux était connu; il était alors facile de calculer l'heure exacte à partir du taux et combien de temps depuis l'horloge a été vérifiée par rapport à une heure précise, comme le tir d'un canon de midi dans le port. De même, ce qui est vraiment nécessaire dans le récepteur GPS est une horloge simple mais stable, avec le taux calculé comme ci-dessus, pour vous donner l'équivalent d'une "horloge atomique dans votre main".