Können Sie GPS-Satelliten von der Erde aus sehen?

Answer 1

Bei klarem Himmel, ja

Answer 2

Ein GPS ist im Grunde ein Netzwerk von Satelliten, die die Erde umkreisen. GPS verwendet Trilateration, um die Position eines Benutzers zu bestimmen. Um die Trilateration anwenden zu können, müssen wir die genaue Entfernung unseres GPS-Empfängers von den umlaufenden Satelliten kennen, um eine genaue Position berechnen zu können. Durch die Anwendung einiger grundlegender Mathematik kann der Empfänger diese Entfernung berechnen.
Entfernung = Geschwindigkeit x Reisezeit

1. GPS-Signale sind Funksignale und breiten sich daher mit Lichtgeschwindigkeit aus
2. Wenn wir wissen, wann das Signal gesendet und empfangen wurde, können wir die Reisezeit berechnen.
3. Durch Subtrahieren der gesendeten Zeit von der empfangenen Zeit können wir die Reisezeit ermitteln
4. Jetzt können wir die Reisezeit mit der Lichtgeschwindigkeit multiplizieren und so die Entfernung bestimmen

Um die Laufzeit zu berechnen, sendet jeder Satellit seinen eigenen Pseudocode, wie unten dargestellt.

Um die Entfernung zu bestimmen, generieren sowohl der Satellit als auch der GPS-Empfänger gleichzeitig denselben Pseudocode. Der Satellit sendet den Pseudocode, der vom GPS-Empfänger empfangen wird. Der Empfänger produziert immer noch den Pseudocode, während der Code des Satelliten durch den Himmel wandert. Die beiden Signale werden schließlich verglichen und der Unterschied zwischen den beiden Signalen ist die Laufzeit.

Wenn wir die Entfernung zwischen dem Satelliten und dem Empfänger kennen für:

• 1 Satellit ist der Standort des Empfängers innerhalb einer Kugel bekannt.
• 2 Satelliten, der Standort des Empfängers ist innerhalb des 3D-Rings bekannt
• 3 Satelliten, der Standort des Empfängers liegt irgendwo in höchstens 2 3D-Regionen
• 4 Satelliten, die Region wird aufgrund der Sphäre des neuen Satelliten kleiner

Quelle: Wie funktionieren GPS-Systeme?

Zusätzlich zu Ihrer Zusatzfrage in den Kommentaren: „Es gibt keine Atomuhr im GPS-Gerät“, das stimmt und die Qualität Ihrer Benutzerpositionslösung wird von der Qualität der Uhr im GPS-Gerät beeinflusst. High-End-GPS-Empfänger für technische Anwendungen, die eine Positionsgenauigkeit im mm-Bereich erfordern, verfügen über sehr stabile und relativ vorhersehbare Uhren. Da es stabil und relativ vorhersehbar ist, wird der „Uhrfehler“ geschätzt und auf die Empfängeruhr angewendet.

Bearbeiten: 1 – Zusätzliche Informationen basierend auf Kommentaren hinzugefügt

Die Genauigkeit der GPS-Position hängt von der Qualität der Empfängeruhr und anderen Fehlerquellen ab (Referenz: Fehlermanagement ). Ein Taktfehler von zehn Nanosekunden verursacht einen Fehler von etwa 2,93 m (3×10^8 m/s / 1,023×10^6 Hz × 0,01 = 2,93 m) (Quelle: Berechnung ). Der wirtschaftlichste Weg, dies zu erreichen, ist die Verwendung einer sehr günstigen Uhr im Empfänger. Typischerweise eine Quarzuhr (Oszillator), ähnlich der in Ihrer Armbanduhr oder Ihrem Computer. Ein neuerer Standard von Microsoft und Intel heißt High Precision Event Timer und spezifiziert eine Taktrate von 10 MHz (Referenz: Computerspezifikationen ). Sogar neuere PC-Architekturen übernehmen dies und übertragen es auf den Northbridge-Controller, und der HPET kann auf 100 MHz oder sogar mehr abstimmen . Bei 10 MHz sollten wir eine Auflösung von 100 Nanosekunden und bei 100 MHz eine Auflösung von 10 Nanosekunden erreichen können.

Edit: 2 – Zusätzliche Informationen basierend auf Kommentaren hinzugefügt

Grundsätzlich ist das GPS-System ein Uhrensystem (am Satelliten und am Empfänger). In einem Empfänger verschlechtert sich mit der Verschlechterung der Taktqualität auch die Positionsschätzung. Ja, die Empfängeruhr kann relativ zu einem Satelliten gemessen werden, aber eine Uhr von schlechter Qualität würde zu schnell abweichen, um eine gute Benutzerlösung zu bieten. „schlechte Qualität“ und „gute Benutzerlösung“ beziehen sich alle auf die Anwendung, da GPS eine Genauigkeit im mm-Bereich aufweist.

Nehmen Sie zum Beispiel:

Uhr von schlechter Qualität

Obwohl die Uhr (unter Verwendung eines „Referenzsatelliten“) mit einer Genauigkeit im Nanosekundenbereich auf die korrekte Zeit initialisiert wurde, weicht die Uhr schnell von der korrekten Zeit ab. (Denken Sie daran, dass der Empfänger die interne Uhr verwendet, um ein Signal zu erzeugen, das angibt, wie weit der Satellit entfernt ist.)

Hochwertige Uhr

Ebenso wurde der Satellit auf die gleiche Weise mit einer Uhr mit niedriger Qualität initialisiert und driftet viel langsamer.

Man kann sich einfachere Szenarien vorstellen, die die Bedeutung einer GPS-Uhr mit einer Genauigkeit von weniger als 40 ns erkennen lassen, wenn der Benutzer an der Genauigkeit auf m-Ebene interessiert ist:

- Messen Sie die Länge Ihres Tisches mit einem Lineal mit Markierungen pro Meter, aber ich möchte, dass die Messung auf den Zentimeter genau ist

- Messen Sie die Zeit, die jemand braucht, um 100 Meter zu laufen, aber Sie zählen die Sekunden, anstatt eine Stoppuhr zu verwenden. Beim Zählen weichen Sie von der *wahren* Zeit ab, während die Stoppuhr langsamer *abdriftet*.

- (verbindet sich mit dem vorherigen Beispiel) Ein Auto fährt mit 20 km pro Minute. Sie müssen 1 Minute zählen, um zu wissen, wann das Auto 20 km zurückgelegt hat, anstatt eine Stoppuhr zu verwenden. Sowohl Sie als auch die Stoppuhr haben zur gleichen Zeit gestartet (Sie wurden beide mithilfe eines Referenzsatelliten initialisiert). Welches Instrument misst die Entfernung genauer?