Als Sie das letzte Mal Ihr Telefon verwendet haben, um Google Maps Ihren genauen Standort^{(Google Maps pinpoint your exact location)} auf einer Karte anzeigen zu lassen, haben Sie sich jemals gefragt, wie GPS so genau funktioniert?

Das Global Positioning System ( GPS ) wurde 1973 vom US- ^{(U.S. Department)}Verteidigungsministerium^(Defense) eingeführt (bekannt als NAVSTAR ). Bis 1993 umkreisten 24 GPS -Satelliten die Erde und sendeten Orbital- und Positionsdaten, die das Militär für Navigations- und andere militärische Zwecke verwenden konnte. Heute, zum Zeitpunkt dieses Schreibens, gibt es 28.

In den 1980er Jahren wurden die von GPS^(GPS) -Satelliten übertragenen Daten der Öffentlichkeit zugänglich gemacht, was einen ganzen Markt für das breite Sortiment an GPS - Navigationsgeräten eröffnete, das wir heute haben. 

Zum Zeitpunkt des Schreibens dieses Artikels haben Russland^(Russia) , China , Europa^(Europe) und Indien^(India) alle ihre eigenen aktiven GPS -Systeme. Japan entwickelt ein eigenes GPS -System, das 2023 in Betrieb gehen soll.

Wie funktioniert GPS?^{(How Does GPS Work?)}

Während die Satellitentechnologie, auf der GPS basiert, sehr fortschrittlich ist, ist die Funktionsweise des Systems beeindruckend einfach.

Jedes individuelle GPS -Navigationssystem besteht aus drei Komponenten.

• Satelliten^(Satellites) : GPS - Satelliten umkreisen die Erde^(Earth) und übermitteln ihre aktuelle Zeit und Umlaufbahnposition an alle GPS -Empfänger auf ihrer Seite des Planeten.
• Kommandozentrale^{(Command Center)} : Die Kommandozentrale überträgt Umlaufbahndaten, Zeitkorrekturen und die Umlaufbahnposition anderer Satelliten an die Satelliten im Orbit.
• GPS-Empfänger^{(GPS Receivers)} : Ein GPS - Empfänger auf der Erde^(Earth) empfängt Umlaufzeiten von so vielen Satelliten in Reichweite und berechnet seine eigene Position auf der Erde^(Earth) basierend auf den Positionen von mindestens vier GPS - Satelliten.

GPS -Empfänger verwenden ein mathematisches Prinzip, das als Triangulation bekannt ist, um den eigenen Standort zu berechnen. 

Wie funktioniert die GPS-Triangulation?^{(How Does GPS Triangulation Work)}

Wenn Sie einen GPS^(GPS) -Empfänger (wie den in Ihrem Telefon) in der Hand halten, empfängt ein GPS -Empfänger von jedem Punkt der Erde aus Zeitstempel von den synchronisierten Uhren auf jedem der GPS - Satelliten über Ihnen.

Anhand der Unterschiede in den Zeitstempeln und der konstanten Lichtgeschwindigkeit, mit der sich Funkwellen ausbreiten, kann der GPS - Empfänger die Entfernung zwischen Ihrem Standort und jedem Satelliten bestimmen.

Dadurch erhält der GPS- Empfänger den Radius der Kugeln mit den Satelliten in der Mitte und Ihren Standort am Rand der Kugel.

Da sich jeder Satellit in einer vorhersagbaren Umlaufbahn über der Erde bewegt, kann der Empfänger einen gespeicherten Almanach der aktuellen bekannten Position aller GPS - Satelliten verwenden, um zu bestimmen, wo sich diese Satelliten derzeit ungefähr über der Erde befinden.

Mit der bekannten Position jedes Satelliten und der gemessenen Entfernung zwischen diesen Satelliten und Ihrer Position kann Ihr GPS - Empfänger Ihren ungefähren Standort berechnen, indem er bestimmt, wo sich die Schnittpunkte dieser drei Kugeln auf der Erdoberfläche treffen^(Earth) .

Der Empfänger zeigt Ihnen diesen Ort dann auf einer Karte an.

Drei Satelliten liefern eine ungefähre Position, und GPS -Empfänger benötigen ein viertes Signal von einem anderen GPS -Satelliten, um Ihre aktuelle Höhe auf der Erdoberfläche mithilfe eines anderen mathematischen Prinzips zu bestimmen, das als Trilateration bekannt ist.

So funktioniert der GPS-Sensor Ihres Telefons^{(How Your Phone GPS Sensor Works)}

Die meisten modernen Smartphones sind heute mit einem GPS -Empfängerchip ausgestattet. Dieser Chip kann die Funksignale von GPS - Satelliten empfangen.

Die Uhr Ihres Telefons ist keine Atomuhr, daher ist ihre Zeit nicht mit den Atomuhren der Satelliten im Orbit synchronisiert. Dies spielt jedoch keine Rolle, wenn es darum geht, den Standort anhand der Signale dieser Satelliten zu berechnen.

Dies liegt daran, dass sich der GPS^(GPS) -Empfänger Ihres Telefons auf die Daten konzentriert, die er von den Satelliten empfängt, sowie auf eine Datenbank mit bekannten Satellitenstandorten auf der Erde^(Earth) . Da alle Satelliten eine Atomuhr haben, ist die aktuelle Zeit auf jedem Satelliten zu jedem Zeitpunkt genau gleich.

Aufgrund der Entfernung zum Satelliten und der Tatsache, dass sich die Funksignale mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, zeigen die Unterschiede zwischen den einzelnen empfangenen Zeitstempeln jedoch die Entfernung zwischen Ihrem Telefon und jedem der Satelliten.

So funktioniert dieser GPS-Prozess:

• Alle vier Satelliten übertragen exakt denselben Zeitstempel um 17:12:14 Uhr auf Ihr Telefon.
• Ihr Telefon empfängt diesen Zeitstempel um 5:12:15 Uhr von Satellit 1.
• Er empfängt den Zeitstempel um 5:12:16 von Satellit 2.
• Schließlich erhält er um 5:12:17 Uhr den Zeitstempel von Satellit 3.

Dies teilt Ihrem GPS -Empfänger mit, dass es 1 Sekunde gedauert hat, bis das Funksignal ihn von Satellit 1, 2 Sekunden von Satellit 2 und 3 Sekunden von Satellit 3 erreicht hat.

Die Lichtgeschwindigkeit ist eine bekannte Konstante von 299.792.458 Metern pro Sekunde.

Mit einfacher Mathematik kann der Empfänger berechnen, dass seine Entfernung von Satellit 1 ungefähr 300.000 Meter, von Satellit 2 600.000 Meter und von Satellit 3 900.000 Meter beträgt.

Anhand einer Nachschlagetabelle aus einer GPS -Satellitendatenbank kennt der ^(GPS)GPS -Empfänger Ihres Telefons die ungefähre aktuelle Position aller drei Satelliten über der Erde, die Längen- und Breitengradkoordinaten aller drei liefert. 

Mit diesen Informationen kann Ihr Telefon Ihre eigenen Längen- und Breitengradkoordinaten^{(your own longitude and latitude coordinates)} auf der Erde berechnen .

Unter Verwendung Ihrer bekannten Koordinaten kann Ihr GPS -Empfänger dann die zwischen ihm und einem vierten Satelliten gemessene Entfernung verwenden, um zu bestimmen, in welcher Höhe Sie sich über der Erde^(Earth) befinden.

Was ist ein Assisted Global Positioning System?^{(What Is An Assisted Global Positioning System?)}

Bevor Smartphones anfingen, GPS -Schaltkreise zu integrieren, verwendeten die Leute normalerweise tragbare GPS - Empfänger, die mit AA-Batterien betrieben wurden. Oder sie installierten GPS -Geräte in Autos, die mit der Batterie des Telefons verbunden liefen.

Dies lag daran, dass die Funkkommunikation mehr Energie benötigt. Die Einschränkung besteht darin, dass Sie oft mehrere Minuten warten mussten, bis Ihr GPS- Empfänger genügend GPS- Satelliten erfasste, um Ihre Position zu berechnen.

Smartphone-Hersteller haben diese Batteriebeschränkung umgangen, indem sie ihre bestehende Technologie der zellularen Triangulation kombiniert haben. Lange^(Long) bevor Telefone GPS - fähig waren, konnten sie Signale von Mobilfunkmasten verwenden, um Ihre Position zu triangulieren, wobei die gleiche Art von Triangulationszeitstempel und Entfernungstechnologie wie bei GPS - Satelliten verwendet wurde. 

Da Mobilfunkmasten ebenerdig sind, ist diese Navigationsberechnung leider viel ungenauer. Die GPS^(GPS) -Software Ihres Smartphones verwendet also zunächst die Zellsignaltriangulation, um Ihre ungefähre Position zu bestimmen, und aktualisiert diese Position dann, sobald die Satelliten - GPS -Daten bereit sind.

Auf diese Weise können moderne Smartphones Batterieleistung reservieren, indem sie nur dann GPS -Daten verwenden, wenn diese Standortaktualisierungen erforderlich sind. Aus diesem Grund wird Ihr Standort^{(see your location)} auf Google Maps möglicherweise gelegentlich angezeigt, wenn Sie zu einem neuen Standort springen, wenn genauere Daten verfügbar sind.

HDG Explains : How Does GPS Work?

The lаst time уou used your phone to have Google Maps pinpoint your exact location on a map, did you ever stop and wonder how does GPS work so accurately?

The Global Positioning System (GPS) system was actually launched by the U.S. Department of Defense in 1973 (known as NAVSTAR). By 1993, there were 24 GPS satellites orbiting the Earth and broadcasting orbital and positional data that the military could use for navigational and other military purposes. Today, as of this writing, there are 28.

In the 1980s, data transmitted from GPS satellites were opened up to the public, which opened up an entire market for the wide assortment of GPS navigation devices we have today. 

As of the writing of this article, Russia, China, Europe, and India all have their own active GPS systems. Japan is developing its own GPS system slated to be operational in 2023.

How Does GPS Work?

While the satellite technology GPS is based on is very advanced, the way the system operates is impressively simple.

There are three components to any individual GPS navigational system.

• Satellites: GPS satellites orbit the Earth and transmit their current time and orbital position to all GPS receivers on their side of the planet.
• Command Center: The command center transmits orbital data, time corrections, and the orbital position of other satellites up to the satellites in orbit.
• GPS Receivers: A GPS receiver on Earth receives orbital times from as many satellites within range, and calculates its own position on Earth based on the positions of at least four GPS satellites.

GPS receivers utilize a mathematical principle known as triangulation to calculate its own location. 

How Does GPS Triangulation Work

From any point on the planet, if you’re holding a GPS receiver (like the one in your phone), a GPS receiver receives time stamps from the synchronized clocks on each of the GPS satellites overhead.

Using the differences in timestamps, and the constant speed of light at which radio waves travel, the GPS receiver can determine the distance between where you’re standing to each satellite.

This provides the GPS receiver with the radius of the spheres with the satellites at the center, and your location at the edge of the sphere.

Since each satellite travels in a predictable orbit over the earth, the receiver can use a stored almanac of the current known position of all GPS satellites to determine where, approximately, those satellites are currently located over the earth.

With the known position of each satellite, and the measured distance between those satellites and your position, your GPS receive is able to calculate your approximate location by determining where the intersection of those three spheres come together on the surface of the Earth.

The receiver then displays that location to you on a map.

Three satellites provide a rough location, and GPS receivers require a fourth signal from another GPS satellite to determine your current altitude on the Earth’s surface using another mathematical principle known as trilateration.

How Your Phone GPS Sensor Works

Most modern smartphones today come equipped with a GPS receiver chip. This chip can receive the radio signals from GPS satellites.

Your phone’s clock is not an atomic clock, so its time isn’t synced with the atomic clocks of the satellites in orbit. However, this doesn’t matter when it comes to calculating location using signals from those satellites.

This is because your phone’s GPS receiver is focusing on the data it receives from the satellites, and a database of known satellite locations over the Earth. Since all of the satellites do have an atomic clock, the current time on each satellite is exactly the same at any given moment.

However, due to distance from the satellite, and the fact that the radio signals travel at the speed of light, the differences between each received timestamp reveals the distance between your phone and each of the satellites.

Here’s how this GPS process works:

• All four satellites transmit the same exact timestamp to your phone at 5:12:14 PM.
• Your phone receives that timestamp at 5:12:15 from satellite 1.
• It receives the timestamp at 5:12:16 from satellite 2.
• Finally, at 5:12:17, it receives the timestamp from satellite 3.

This tells your GPS receiver that it took 1 second for the radio signal to reach it from satellite 1, 2 seconds from satellite 2, and 3 seconds from satellite 3.

The speed of light is a known constant of 299,792,458 meters per second.

Using simple math, the receiver can calculate that its distance is roughly 300 thousand meters from satellite 1, 600 thousand meters from satellite 2, and 900 thousand meters from satellite 3.

Using a lookup table from a GPS satellite database, your phone’s GPS receiver knows the approximate current location over the earth of all three satellites, which provides longitude and latitude coordinates of all three. 

With that information, your phone is able to calculate your own longitude and latitude coordinates on the Earth.

Using your known coordinates, your GPS receiver can then use the distance measured between itself and a fourth satellite to determine what altitude above the Earth you’re located.

What Is An Assisted Global Positioning System?

Before smartphones started integrating GPS circuitry, people typically would use handheld GPS receivers that ran off AA batteries. Or they would install GPS units in cars, which ran connected to the phone’s battery.

This was because radio communication requires more power. The limitation of this is that you often had to wait several minutes for your GPS receiver to “lock onto” enough GPS satellites to calculate your position.

Smartphone manufacturers got around this battery limitation by combining its existing technology of cellular triangulation. Long before phones were GPS enabled, they could use signals coming from cellphone towers to triangulate your position, using the same sort of triangulation timestamp and distance technology as with GPS satellites. 

Unfortunately, because cell phone towers are at ground level, this navigational calculation is far less accurate. So your smartphone GPS software will first use cell signal triangulation to determine your approximate position, and then update that position once satellite GPS data is ready.

This allows modern smartphones to reserve battery power by only using GPS data when those location updates are required. This is why you may often see your location on Google Maps occasionally jump to a new location when more accurate data is available.

Related posts

• HDG erklärt: Wie funktioniert 3D-Druck?

• HDG erklärt: Was ist CAPTCHA und wie funktioniert es?

• HDG erklärt: Wie funktioniert Augmented Reality?

• HDG erklärt: Was ist SFTP & FTP?

• HDG erklärt: Was ist ein Computerserver?

• HDG erklärt: Was ist Bandbreite?

• HDG erklärt: Was ist der Flugmodus auf Ihrem Smartphone oder Tablet?

• Erstellen Sie eine Windows 10-Systemabbildsicherung

• HDG erklärt: Was ist JavaScript und wofür wird es online verwendet?

• HDG erklärt: Was ist der Chromebook-Entwicklermodus und wofür wird er verwendet?

• HDG erklärt: Was ist Markdown und was sind die Grundlagen, die ich kennen sollte?

• HDG erklärt: Habe ich einen Virus? Hier sind die Warnzeichen

• Beste Zeit, um einen Computer für erstaunliche Angebote zu kaufen

• Wie funktioniert kabelloses Laden?

• HDG-Leitfaden zum Erstellen von Screenshots von Boot-Umgebungen

• HDG erklärt: Was ist ein Computerport und wofür werden sie verwendet?

• 5 kostenlose Programme zum vollständigen Löschen einer Festplatte

• 12 Chromebook-Tipps und Tricks

• Fehlerbehebung bei WLAN-Druckern

• HDG erklärt: Was ist SQL, T-SQL, MSSQL, PL/SQL und MySQL?