Як система GPS масштабує і вирішує потенційно мільйони запитів за секунду та реагує в режимі реального часу?

В даний час майже всі, хто десь володів смартфоном або якимсь GPS-пристроєм. Ці пристрої також начебто оновлюються в режимі реального часу. Як GPS-супутник здатний реагувати на потенційно мільйони запитів від мільйонів різних пристроїв та оновлювати всі мільйони пристроїв у режимі реального часу без відставання.

Як я розумію, веб-сайти, які отримують трафік навіть на тисячі, сповільнюються, якщо до нього належним чином не підготовлені, як GPS справляється з кількістю трафіку, який, здається, неможливо впоратися, навіть важко для суперкомп'ютера.

Якщо хтось стоїть на вершині пагорба над великим містечком і кричить "монголи йдуть!" то всі знають, що там, і вони виїжджають за місто. Огляд не повинен говорити "Ей Тіммі: Монголи приходять! Ей Джон: Монголи приходять! Ей, Сара ..."

GPS - це лише купа супутників на орбіті, що кричить "Я тут!" в радіочастоті. GPS-приймач просто намагається розрізнити різні супутники, які кричать про свої позиції, і численні цифри для "Якщо супутник 1 там, а супутник 2 - ТУТ, а супутник 3 - це саме в цьому місці ... тоді я повинен бути десь ТУТ ".

Технічно приймач прослуховує часову мітку та орбітальне положення кожного супутника GPS. Він обчислює час, коли сигнали різних супутників пройшли до приймача, що дає приймачу відстань від кожного супутника. Враховуючи відстань до кожного супутника, ви знаєте свою власну позицію.

Як? Уявіть, що на орбіті три супутники, і ви на землі, з довгими палицями посеред. Ці палички збираються на зустріч лише в одному місці. З одним супутником і однією палицею фіксованої довжини ви можете бути де завгодно на кулі навколо супутника. З двома супутниками ви можете знаходитись у будь-якому місці кола, зосередженого між цими двома супутниками. З трьома супутниками ваше положення, як правило, може бути лише в одному місці. Зазвичай для будь-якої точності потрібні чотири супутники. (Розрахунок відстані від супутників зазвичай не такий точний, тому краще знати відстань до більшості супутників)

GPS-супутник - це лише передавач (що стосується сигналу GPS), а інший кінець - лише приймач. Немає двонаправленого зв’язку і тому немає необхідності в супутнику дбати про кількість пристроїв. В основному супутник передає власне місце розташування в певний час, і приймач обчислює своє положення, використовуючи цю інформацію, тому всю роботу виконує приймач.

Коротше кажучи, "запитів" немає, як і немає "запитів" для традиційного аналогового радіо і телебачення.

Супутники не відповідають. Вони передають сигнал і GPS клієнти отримують його. Я маю на увазі, що ваш GPS-пристрій не повинен нічого надсилати до супутника, він просто отримує з супутника, і цього достатньо. Ваш GPS-пристрій повинен отримувати сигнали від більшої кількості супутників, і тоді він робить певну математику для обчислення власної позиції.

Отже, коротка відповідь: Це масово паралельно. :-)

Відстань від кожного супутника до вашої позиції обчислюється від часу, необхідного сигналу для проїзду 20 200 км (12 600 миль), коли над головою, що піднімається на горизонті до 26 600 км (16 500 миль), до вашого приймача. Коли сигнал проходить з швидкістю 300 000 км / с, час, що займає, становить від 89 до 67 мілісекунд, і це потрібно вимірювати з наносекундною точністю. Одна з найбільш примітних речей щодо GPS - це те, як дешевий і простий годинник у приймачі має таку ж точність, як і дуже складні та дорогі годинники супутників.

Даррон пояснив, як виправлення отримують за допомогою чотирьох супутників. Один визначає сферу, другий перетинає це як коло, третій розрізає коло на дві точки, а четвертий розрізняє ці дві точки. Якщо зроблено припущення, що приймач знаходиться біля поверхні Землі, то це можна використовувати замість четвертого супутникового вимірювання. В ідеалі всі вони повинні перетинатися в одній точці, але на практиці, без корекції, вони були б трохи розкинуті через годинник приймача, який працює швидко або повільно. Регулюючи тактову частоту, щоб максимально наблизити відповідність, виходить необхідна точність синхронізації. Залишився спред - це міра точності виправлення.

За старих часів навігації хронометром для довготи все, що було дійсно необхідним, був надзвичайно стійким годинником. Хоча годинник буде працювати трохи повільно або швидко, це не мало значення, поки швидкість була відома; Тоді було легко обчислити точний час зі ставки і скільки часу годинник перевірявся на точний час, наприклад, стрілянину полуденної гармати у порту. Аналогічно, що дійсно потрібно в GPS-приймачі - це простий, але стабільний годинник зі швидкістю, розробленою як вище, щоб отримати еквівалент "атомному годиннику в руці".