위성 내비게이션 시스템은 무선 신호를 전송하고받는 글로벌 위성 네트워크를 사용합니다. 위성에는 엄청나게 정확한 원자 시계가 있습니다. 시간 정보는 위성에 의해 방송 된 코드에 배치되어 수신기가 신호가 전송 된 시간을 지속적으로 결정할 수 있습니다.
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오늘날의 현대 세계에서는 실제로 익숙하지 않은 곳이라고 할 수 없습니다. 다른 나라를 여행하는 동안에도 자신감을 가지고 걸을 수 있습니다. 이 자신감은 우리가 주머니에 가지고있는 스마트 폰에 의해 분명히 촉진됩니다. 위성 내비게이션 시스템이 여전히 정부와 군대에 의해 여전히 통제되고 독점적으로 즐거워지는 2000 년대 초 이전에는 그렇지 않았습니다. 문제는, 이러한 고도로 탐욕스러운 기술이 어떻게 대중에게 유용한 이익이 되었습니까? 그 대답에 도달하기 전에 위성 내비게이션의 내부 작업을 살펴 보겠습니다.
위성 내비게이션 시스템의 기능
위성 내비게이션 시스템은 무선 신호를 전송하고받는 전 세계 위성 네트워크로 구성됩니다. 이 글로벌 네트워크를 구성하는 정확한 위성 수는 32입니다. 국제 위성 체계에는 두 가지 주요 부서가 있습니다. 하나는 GPS로, 현재 미국에서 운영되고 있으며 현재 운영되고 있습니다. 러시아인들은 또한 글로나 스 (Glonass)로 알려진 GPS와 유사한 것을 개발했습니다. 둘 다 국제 사회에 시스템을 무료로 사용했습니다.
현재 GPS 시스템은 시간의 95%에 가까운 대상 위치에서 7.8 미터 이내에 사용자에게 정확도를 제공합니다. 이 정확도는 지구와 근처의 모든 장소에 대해 보장됩니다. 이 힘든 작업을 수행하기 위해 32 개의 위성은 위치를 결정하기 위해 수신기 (스마트 폰 또는 GPS 내비게이션 테이블 일 수 있음)에 신호를 방출합니다. 위성에 의해 신호가 방출되는 데 걸리는 시간과 위성이 수신기로부터 신호를받는 데 걸리는 시간의 차이는 엄격하게 계산되고 수신기가 위치한 위치를 정확하게 결정하는 데 사용됩니다.
GPS 위성에는 엄청나게 정확한 원자 시계가 있습니다. 시간 정보는 위성에 의해 방송 된 코드에 배치되므로 수신기는 신호가 전송 된 시간을 지속적으로 결정할 수 있습니다. 이 신호는 타임 스탬프 신호라고도합니다. 타임 스탬프 신호는 수신기가 위성의 위치를 계산하는 데 사용하는 신호입니다. 이것은 또한 계산을 수정하는 데 사용되며 위성 위치의 지속적인 변화로 인해 발생할 수 있습니다. 또한 타임 스탬프 신호를 사용하여 수신기를 계산하면 위성의 범위를 계산할 수 있습니다. 반대로, 이러한 매개 변수를 추정함으로써 수신기는 자체 3 차원 위치를 계산할 수 있습니다. 이것이 위성 내비게이션 시스템의 작동 방식의 기초입니다.
오류 처리
이제 우리는 모든 시스템을 수행하는 작업이 어느 정도의 오류가 발생하기 쉽다는 것을 알고 있습니다. 이 수준의 오류에 기여할 수있는 많은 요소가 있지만 매우 빠르게 확대되는 오류 중 일부를 살펴볼 것입니다. 위성 내비게이션에서 발생하는 첫 번째 오류는 전리층 때문입니다. 전리층은 해발 60km에서 2000km까지 연장됩니다. 이 지역이 잠재적 오류에서 중요한 역할을하는 이유는 상당한 수의 자유 전자를 가지고 있기 때문입니다. 이 자유 전자는 위성과 수신기 사이를 통과하는 전자기파에 눈에 띄는 영향을 미칩니다. 위성으로 인한 오류는 위성이 수평선 근처에있을 때보 다 직접 오버 헤드 일 때 훨씬 적습니다. 지평선 근처에서는 위성과 수신기 사이의 전리층 층의 수가 증가하기 때문입니다.
일반적으로 발생하는 다음 오류는 시간 오류입니다. 제 시간에 매우 작은 오류조차도 큰 합병증을 유발할 수 있습니다. 위성에 탑승 한 원자 시계의 1 나노초 시간 경과는 수신기와 1 피트 또는 30cm의 차이를 유발합니다. 오늘날 많은 기술의 기반을 형성하는 글로벌 시스템의 경우 그러한 오류는 허용되지 않습니다.
(사진 크레딧 :Lukas Rohr/Wikimedia Commons)
그 시대의 다음 방법은 그러한 직관적 인 방식은 아니지만 아인슈타인의 악명 높은 이론을 통한 것입니다. 특별한 상대성 이론은 원자 시계가 지상에서 정지 상태를 유지하는 시계보다 약간 느리게 진드기를 주장합니다. 속도가 빛의 속도를 향한 경향이 있기 때문에 시간이 느려지기 때문입니다. 위성 시계가 빛의 속도에 가까운 곳에서는 원자 시계가 비록 지구의 고정 시계와의 상대적인 속도로 인해 지구의 시계가 경험하는 시간보다 약간 느린 시간을 경험하게합니다. 이것은 상대성 이론의 일반적인 이론이 시작되는 곳으로, 거대한 물체에 가까운 시계가 멀리있는 시계보다 더 빨리 움직일 것이라고 진술합니다. 시간 지연은 하루에 약 21.9 마이크로 초가 크게 더 큽니다.
두 가지를 결합하면 대략 38 마일의 지연이있는 것으로 추정됩니다. 이 오류가 계산되지 않은 상태로 남겨두면 하루에 10km의 의사 범위 오류가 발생하여 전체 시스템이 처음부터 쓸모가 없게됩니다. 이것에 대한 보정은 매우 간단한 솔루션입니다. 위성의 원자 시계의 주파수를 10.23MHz에서 10.2299999543 MHz로 정확하게 낮추어 "고정"되어 상대성의 효과를 나타냅니다.
.따라서 다음에 GPS 또는 GPS 의존 장치를 사용할 때는 삶을 단순하게 만들고 집을 떠날 때마다 길을 잃을 가능성을 줄이기 위해 수학과 엔지니어링의 양에 감사 할 수 있습니다!
