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Gobal Positioning System

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Ein Modell, das die 24 ursprünglichen GPS-Satelliten in der Umlaufbahn und einen Punkt auf der Erde, die drehen. Animation: El pak / Wikimedia


Ihr GPS-fähigen Telefon oder Auto erfasst dieses Signal und vergleicht die Zeit, die zur Zeit empfangen wurde sie übermittelt wurden. Eine schnelle Berechnung der Lichtgeschwindigkeit Beteiligung ermöglicht das Gerät die Entfernung zu diesem Satelliten herauszufinden. Wenn Sie Ihr Abstand auf zwei oder drei Satelliten haben, können Sie Ihre Position auf der Erde Triangulation. Wenn alle GPS-Satelliten arbeiten, ein Benutzer hat immer mindestens vier in Ansicht, so dass sie Dinge wie Höhe, Geschwindigkeit und Richtung zu bestimmen.

GPS richtig Triangulierung, erfordert extrem genaue Zeitmessung um, weshalb jeder Satellit eine Atomuhr trägt. Die Satelliten sind einige der wichtigsten Technologie auch Lehren aus Einstein verwenden, die uns gelehrt, dass Uhren außerhalb eines Gravitations auch schneller laufen als die in der es wegen der Verwerfungen der Raumzeit. Ein entgegengesetzter Effekt kommt von der Tatsache, dass GPS-Satelliten in 14.000 Kilometern pro Stunde bewegen (0,001 Prozent der Lichtgeschwindigkeit), was bedeutet, dass sie eine leichte Zeitdilatation, die ihre Uhren langsam in Bezug auf einen in Ruhe auf dem Boden erleben laufen. Die beiden verstanden Effekte zusammen, dass die Uhr auf einem GPS-Satelliten läuft etwa 38 Mikrosekunden schneller jeden Tag als die hier auf der Erde. GPS erfordert Genauigkeit von 20 bis 30 Nanosekunden (eine Mikrosekunde beträgt 1000 Nanosekunden), so beide Effekte Teil der Berechnung sind die Bestimmung, wie weit jeder Satellit zu einem bestimmten Zeitpunkt ist.






Die Idee hinter GPS stammt aus den Anfängen des Space Race. Im Jahr 1957, die neu eingeführte Sputnik-Satelliten der Sowjet emittiert ein charakteristisches Radio Ton, die in als das Objekt Kopf weitergegeben abgestimmt werden konnte. Während der Rest der US-flippte aus, zwei Wissenschaftler des Applied Physics Laboratory realisiert sie diese Übertragungen nutzen könnten, um festzulegen, wo der Satellit war. Wie Sputnik näherte, würde seine Funksignale ein wenig zusammengedrückt erhalten, ihre Wellenlänge verkürzt wird, und wie es zurückging, würde verlängern die Wellenlängen. Dies wird als Doppler-Effekt bekannt und können gut zu hören, wie ein Krankenwagen zu sich beschleunigt, die Teilung der Sirene immer höher.

Die APL Wissenschaftler verwendeten UNIVAC, einer der ersten kommerziellen Computer in den USA, Sputniks Umlaufbahn um herauszufinden. Ein Jahr später wurden sie gebeten, das umgekehrte Problem zu tun: Finden Sie heraus, wo jemand auf der Erde auf den Standort eines Overhead-Satelliten war. Dies wurde bald durch das Department of Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA später den Namen, die Agentur verantwortlich für die Entwicklung des Internet) aufgenommen, die Satelliten gestartet im Jahr 1964 als Teil der TRANSIT-Programm zu starten, das erste Satellitennavigationsprogramm. Die US-Marine war der Hauptnutzer der TRANSIT-Satelliten, deren Verwendung Lage, um Informationen für ihre Rakete U-Boote.
Entwicklung, Einführung und Aufrechterhaltung der Satelliten, die für eine vollständige GPS-System war horrend teuer (schließlich kostet etwa $ 8000000000 in der heutigen Dollar). Wenn es nicht gewesen für den Kalten Krieg war, und der Tatsache, dass die US-von überall Atomraketen zu starten benötigt und überall, GPS vielleicht nie geschehen. Die paranoide US-Militärs wollten sicherstellen, dass sie zu einem sowjetischen Atomangriff zu reagieren wäre in der Lage, auch wenn einige ihrer Kernwaffenarsenal zerstört wurde. Es war nicht genug Flugzeuge Bomber und landgestützten Interkontinentalrakete Trägerraketen zu haben. U-Boot-ins Leben gerufen wurden ballistische Raketen benötigt einen Gegenangriff aus dem Meer zu bieten. (Die Sowjets, natürlich, war ähnlich ausgelegten Gegenmaßnahmen.)

Aber U-Boote benötigt, um genau ihre Position kennen, bevor eine Rakete, um der Präsentation ihrer Ziel zu treffen. Die Marine hatte TRANSIT dafür. Paralleles Arbeiten in der gesamten 1960er Jahre entwickelte sich die Air Force ein ähnliches Konzept namens Mosaik für ihre Bomber und die Armee startete Satelliten unter der SECOR Programm, das den Standort einer Einheit irgendwo auf dem Globus bestimmen könnte.
Bis 1973 realisiert die Zweige des US-Militärs konnten sie ihre Ideen und kommen mit etwas besser als alle drei kombinieren. Im September desselben Jahres trafen sich die Top-Messing im Pentagon und kam mit dem, was als Navigationssystem nutzen, Timing-and Ranging Programm bekannt schließlich werden würde, NAVSTAR-GPS genannt, die später gekürzt wurde nur Navigationsgerät. Zwischen 1978 und 1985 startete das Militär 11 Satelliten (10 davon arbeiteten) die neue GPS-System zu testen.