Как GPS масштабирует и обрабатывает потенциально миллионы запросов в секунду и отвечает в режиме реального времени?

В настоящее время почти каждый, кто где-то владел смартфоном или каким-либо устройством GPS. Эти устройства также, кажется, обновляются в режиме реального времени. Как спутник GPS способен отвечать на потенциально миллионы запросов от миллионов различных устройств и обновлять все миллионы устройств в режиме реального времени без задержек.

Насколько я понимаю, веб-сайты, которые получают трафик даже тысячами, замедляются, если он не подготовлен должным образом, как GPS справляется с объемом трафика, с которым, по-видимому, невозможно справиться, даже трудно для суперкомпьютера.

Если кто-то стоит на вершине холма над большим городом и кричит: «Монголы идут!» тогда все знают, что случилось, и они уезжают из города. Наблюдателю не нужно говорить: «Эй, Тимми: монголы идут! Эй, Джон: монголы идут! Эй, Сара ...»

GPS - это просто спутник на орбите, кричащий "Я здесь!" в радиочастоте. Приемник GPS просто пытается различить разные спутники, кричащие их позиции, и вычисляет число для «Если спутник 1 находится там, и спутник 2 находится там, а спутник 3 почти в этом месте ... тогда я должен быть где-нибудь здесь ".

Технически, приемник прослушивает временную метку и орбитальную позицию каждого спутника GPS. Он рассчитывает время, за которое сигналы разных спутников прошли до приемника, что дает приемнику расстояние от каждого спутника. Учитывая расстояние до каждого спутника, вы знаете свою позицию.

Как? Представьте себе три спутника на орбите и вы на земле с длинными палками между ними. Эти палки собираются только в одном месте. С одним спутником и одной палкой фиксированной длины вы можете быть где угодно на сфере вокруг спутника. С двумя спутниками вы можете оказаться в любом месте круга, центрированного между двумя спутниками. С тремя спутниками ваша позиция обычно может быть только в одном месте. Обычно для любой точности требуется четыре спутника. (Расчет расстояния от спутников обычно не такой точный, поэтому лучше знать расстояние до большего количества спутников)

Спутник GPS является только передатчиком (что касается сигнала GPS), а другой конец является только приемником. Нет двунаправленной связи, поэтому спутнику не нужно заботиться о количестве устройств. В основном, спутник передает свое собственное местоположение в определенное время, и приемник вычисляет свое положение, используя эту информацию, поэтому вся работа выполняется приемником.

Короче говоря, нет никаких «запросов», точно так же, как нет «запросов» на традиционное аналоговое радио и телевидение.

Сателлиты не отвечают. Они передают сигнал, а клиенты GPS получают его. Я имею в виду, что вашему устройству GPS не нужно ничего отправлять на спутник, оно просто получает со спутника, и этого достаточно. Ваше устройство GPS должно принимать сигналы от большего количества спутников, а затем оно выполняет некоторые математические расчеты, чтобы вычислить свою собственную позицию.

Таким образом, короткий ответ: это массивно распараллелено. :-)

Расстояние от каждого спутника до вашего местоположения рассчитывается исходя из времени, которое требуется сигналу для прохождения 20 200 км (12 600 миль) в надземном направлении, которое достигает 26 600 км (16 500 миль) на горизонте до вашего приемника. При скорости сигнала 300000 км / с время составляет от 89 до 67 миллисекунд, поэтому его необходимо измерять с точностью до наносекунды. Одна из самых замечательных особенностей GPS - это то, как дешевые и простые часы в приемнике имеют такую ​​же точность, как и очень сложные и дорогие часы на спутниках.

Даррон объяснил, как исправить это, используя четыре спутника. Один определяет сферу, второй пересекает ее как круг, третий разрезает круг на две точки, а четвертый различает эти две точки. Если сделано предположение, что приемник находится вблизи поверхности Земли, то это можно использовать вместо четвертого спутникового измерения. В идеале все они должны пересекаться в одной точке, но на практике, без коррекции, они будут немного разбросаны из-за быстрых или медленных тактовых импульсов приемника. Регулируя тактовую частоту, чтобы максимально приблизить совпадение, достигается необходимая точность синхронизации. Оставшийся спред является мерой точности исправления.

В старые времена навигации по долготе по хронометру все, что было действительно необходимо, - это чрезвычайно стабильные часы. Хотя часы будут работать немного медленно или быстро, это не имело значения, пока скорость была известна; тогда было легко вычислить точное время по скорости и как долго часы сравнивались с точным временем, таким как стрельба из полуденного ружья в порту. Точно так же, в GPS-приемнике действительно нужны простые, но стабильные часы со скоростью, описанной выше, чтобы дать вам эквивалент «атомных часов в вашей руке».