Когда я впервые сел за руль автомобиля в большом городе, меня атаковала паника. Страшно было не столько врезаться в плотно стоящие и мельтешащие всюду автомобили, сколько банально заблудиться. Благо доехать до третьего транспортного кольца в Москве не составляет труда даже новичку, а от ТТК дорогу до дома я выучил очень быстро. Правда, несколько раз проезжал мимо своего съезда, из-за чего приходилось тратить время на долгий разворот. Да, я плохо ориентировался на местности, поэтому каждый мой выезд в город был лотереей, всегда проигрышной, ведь так или иначе я проигрывал свое время, то свернув не туда, то встав в дикую пробку. В то время навигаторы хотя и начали появляться у обширной публики, жаждущей хлеба, зрелищ и новых айфонов, но все-таки были далеки от своих теперешних сородичей и глючили так, будто хватанули с утра вместо кофе солидную порцию транквилизаторов. К примеру, однажды мне нужно было поехать по М5 в сторону Рязани и далее, вместо этого навигатор повел меня со МКАДа прямиком в центр. Проехав несколько километров по рязанке в противоположное направление, я выругался, резко развернулся, выключил навигатор и очень долгое время его не включал.
К счастью, с годами все изменилось. Теперь, например, любой узбек, не знающий ни слова по-русски, может таксовать в Москве, объезжая ее вдоль и поперек по нескольку раз за день, ведь у него есть перед глазами навигатор, который безошибочно построит нужный маршрут. Маршруты строятся алгоритмами на основании данных о дорогах, но как устройству удается определять свое местоположение с такой высокой точностью?
На высоте около 20 тысяч километров над Землей бороздят просторы Национального театра не менее 24 спутников GPS. Траектории движения аппаратов рассчитаны таким образом, чтобы единовременно в любой точке планеты в области видимости находилось не менее трех спутников. Спутники синхронно излучают сигнал, содержащий данные о времени и текущих координатах спутника. Зная скорость света и время, которое сигнал затратил на свое путешествие, можно определить расстояние между спутником и приемником. Если вокруг спутника очертить сферу с радиусом, равным посчитанному расстоянию, то это будет поверхность возможного местонахождения GPS-приемника, т.е. пользователя со смартфоном или другой приблудой. Две сферы в пересечении дают окружность, а три сферы с тремя спутниками в центрах – искомую точку, наше местоположение.
Однако в таком случае часы на спутнике и навигаторе должны быть точно синхронизированы, иначе время движения сигнала будет посчитано неправильно, и если в космосе аппараты снабжены атомными часами, то в смартфоне такой роскоши не встретишь. Поэтому GPS-приемник при помощи последовательных итераций корректирует свое текущее время до тех пор, пока воображаемые сферы не пересекутся в одной искомой точке.
Кроме того, для точного расчета времени вводятся поправки, связанные с релятивистскими эффектами, ведь спутник, во-первых, движется относительно Земли с большой скоростью, во-вторых, на него на высоте 20 тысяч километров гравитация действует слабее. Все это приводит к тому, что время на нем течет медленнее. Другие поправки связаны со скоростью электромагнитных волн, которая постоянна только в вакууме, и в зависимости от атмосферных явлений может меняться.
И напоследок хотелось бы поделиться интересным фактом. Дело в том, что спутник сообщает свое время не в явном виде, а генерирует псевдослучайную последовательность нулей и единиц, которая зависит от времени. Точно такую же последовательность генерирует GPS-приемник. Принимая сигнал и находя соответствие между участками кода, приемник точно знает, в какой момент сигнал был отправлен со спутника.
Подписывайтесь на канал,
ставьте лайки, оставляйте комментарии
