Como o GPS escala e lida com potencialmente milhões de solicitações por segundo e responde em tempo real?

Atualmente, quase todo mundo que possui um smartphone ou algum tipo de dispositivo GPS em algum lugar. Esses dispositivos também aparentemente são atualizados em tempo real. Como o satélite GPS é capaz de responder a milhões de solicitações de milhões de dispositivos diferentes e atualizar todos os milhões de dispositivos em tempo real sem atrasos?

Pelo que entendi, os sites que recebem tráfego, mesmo aos milhares, ficam mais lentos se não estiverem preparados adequadamente, como o GPS lida com quantidades de tráfego aparentemente impossíveis de lidar, até difíceis para um super computador.

Se alguém fica no topo de uma colina sobre uma cidade grande e grita "os mongóis estão chegando!" então todo mundo sabe o que se passa e sai da cidade. A vigia não precisa dizer "Hey Timmy: os mongóis estão chegando! Hey John: os mongóis estão chegando! Hey Sarah ..."

O GPS é apenas um monte de satélites em órbita que gritam "Estou aqui!" em radiofrequência. Um receptor de GPS apenas tenta distinguir os diferentes satélites que gritam suas posições e faz o número para "Se o satélite 1 está lá, o satélite 2 está lá, e o satélite 3 está naquele ponto ... então eu devo estar por aqui em algum lugar ".

Tecnicamente, o receptor está escutando o registro de data e hora orbital de cada satélite GPS. Ele calcula o tempo que os sinais dos diferentes satélites levaram para chegar ao receptor, o que dá ao receptor a distância de cada satélite. Dada a distância de cada satélite, você conhece sua própria posição.

Quão? Imagine três satélites em órbita e você na Terra, com longos paus no meio. Essas varas só vão se encontrar em um ponto. Com um satélite e um stick de comprimento fixo, você pode estar em qualquer lugar da esfera ao redor do satélite. Com dois satélites, você pode estar em qualquer lugar em um círculo centralizado entre os dois satélites. Com três satélites, sua posição geralmente pode estar em um único local. Geralmente, quatro satélites são necessários para qualquer precisão. (O cálculo da distância dos satélites geralmente não é tão preciso, portanto, conhecer a distância para mais satélites é melhor)

O satélite GPS é apenas um transmissor (no que diz respeito ao sinal GPS) e a outra extremidade é apenas um receptor. Não há comunicação bidirecional e, portanto, não há necessidade de o satélite se preocupar com o número de dispositivos. Basicamente, o satélite transmite sua própria localização em determinado momento e o receptor calcula sua posição usando essas informações, para que todo o trabalho seja realizado pelo receptor.

Em resumo, não existem "pedidos", assim como não existem "pedidos" para rádio e televisão analógicos tradicionais.

Os satélites não respondem. Eles transmitem sinal e os clientes de GPS o recebem. Quero dizer, o seu dispositivo GPS não precisa enviar nada para o satélite, apenas recebe do satélite e é o suficiente. Seu dispositivo GPS precisa receber sinais de mais satélites e depois faz algumas contas para calcular sua própria posição.

Portanto, a resposta curta é: é paralelamente massivamente. :-)

A distância de cada satélite à sua posição é calculada a partir do tempo necessário para o sinal percorrer os 20.200 km (12.600 milhas) em cima, que sobe para 26.600 km (16.500 milhas) quando no horizonte, para o seu receptor. Com o sinal viajando a 300.000 km / s, o tempo gasto fica entre 89 e 67 milissegundos e, portanto, isso deve ser medido com precisão de nanossegundos. Uma das coisas mais notáveis ​​sobre o GPS é como o relógio simples e barato no receptor é feito para ter a mesma precisão que os relógios muito complexos e caros dos satélites.

Darron explicou como a correção é obtida usando quatro satélites. Um define uma esfera, o segundo cruza isso como um círculo, o terceiro corta o círculo em dois pontos e o quarto distingue esses dois pontos. Se for assumido que o receptor está próximo da superfície da Terra, isso pode ser usado em vez da quarta medição de satélite. Idealmente, todos eles deveriam se cruzar em um único ponto, mas, na prática, sem correção, eles se estenderiam um pouco devido ao relógio do receptor correr rápido ou devagar. Ajustando a velocidade do relógio para chegar o mais próximo possível da partida, é obtida a precisão de tempo necessária. O spread restante é uma medida da precisão da correção.

Nos velhos tempos de navegação por cronômetro para longitude, tudo o que era realmente necessário era um relógio extremamente estável. Embora o relógio funcionasse um pouco devagar ou mais rápido, isso não importava desde que a taxa fosse conhecida; era fácil calcular o tempo exato a partir da taxa e há quanto tempo o relógio era verificado com relação a um horário exato, como o disparo de uma arma do meio-dia no porto. Da mesma forma, o que é realmente necessário no receptor GPS é um relógio simples, mas estável, com a taxa calculada acima, para fornecer o equivalente a um "relógio atômico na sua mão".