Műholdas helymeghatározás az okoseszközökben

Hogyan működik a "GPS" vétel mobiltelefonokban, okosórákban, fitneszkarkötőkben? – írta: joghurt, 3 hete

Alapok

Ma már minden valamirevaló okoseszközben (mobiltelefon, okosóra, fitneszkarkötő) van „GPS” vevő, a kifejezetten belépő szintet kivéve. Mire jók ezek a mérések? Milyen pontosságra számíthatunk? Milyen korlátokkal kell együtt élnünk? Hogy mindez miért lehet lényeges? Egyrészt a megtett táv, másrészt az ebből számolt sebesség miatt. Annyit és olyan tempóban futok, mint amit terveztem? Vagy majd a versenyen ér meglepetés, hogy „De hát ilyen tempóban már oda szoktam érni x km-hez!”

Ezt az írást 2022. január 10-én töltöttem fel a Logoutra. Pár nap alatt el is végezte korrektúrázását egy szerkesztő. Azóta (jelenleg 2,5 hónapja) Kalandorra várt a megjelenése. Mint a korábbi írásaimnál is. Ezúton is szeretnék hangot adni annak az elégedetlenségemnek, hogy a tartalmat – olvasottságot – bevételt létrehozó szerzőkkel ennyire tiszteletlenül bánik. Nincsen akkora torlódás a címlapon, nem pörögnek úgy a cikkek, ami ezt indokolná. OFF vége.

Hirdetés

Az alábbiakban igyekszem közérthető módon tálalni a témát. Remélem, ez nem megy a szakmai pontosság rovására. Aki már tisztában van a GNSS alapjaival, az nyugodtan ugorjon a következő oldalra!

Rövid kitérő magyarázat a bevezetőben idézőjelezett „GPS”-re. A műholdas helymeghatározás őskorában az USA védelmi minisztériuma által üzemeltetett Global Positioning System (GPS, globális helymeghatározó rendszer) volt az egyetlen ilyen polgári rendszer. És mindenki látá, hogy ez jó. Hogy függetlenedjenek az USA-tól (ld. az Öbölháború és a Délszláv-háború idején lekapcsolt polgári adatok), saját rendszert épített ki az EU (Galileo), az oroszok (Glonassz), és a kínaiak (Beidu / BeiDou), valamint jobbára csak helyi elérhetőséggel a japánok (QZSS) és az indiaiak (NavIC). Tehát a műholdas helymeghatározás és navigáció (GNSS) már nem csak az eredeti amerikai rendszert jelenti, de a köznyelvben rajta ragadt, mint iPadnek hívni egy androidos tabletet is. Úgy érzem, egy szakmai portálon lehetünk annyira szőrszálhasogatóak, hogy legalább mi nevezzük jól.

Induljunk onnan, hogy egy helymeghatározó rendszerhez tartozó több tíz műhold a Föld körül kering. Ezek sugározzák felénk az adatokat, amiket a vevő elektronikája dekódol, megmér, és kiszámítja belőle a helyzetünket. Fontos tudni, hogy a mi készülékünk nem sugároz semmit: tehát nem „szól fel” a műholdnak, hogy „Mondd meg, hol vagyok!” Másrészt a műhold mindenkinek ugyanazt küldi, nincsen tűpontosan ránk irányított helymeghatározó antenna, mint a kémfilmekben.

A mérés úgy történik, hogy a vevő a műholdak és önmaga közötti távolságokat igyekszik meghatározni, hasonlóan a háromszögeléshez. A térben a ponttól (műholdtól) adott távolságra levő helyek egy gömbfelszínt írnak le. Ha egy másik ponttól való távolságot is ismerünk, a két gömbfelület közös része egy kör lesz. Egy harmadik pontból harmadik távolságot felmérve már csak két lehetséges metszéspontot kapunk, amiből az egyik a világűrbe esik.

Na jó, de hogyan lehet pontosan megmondani két, több száz kilométerre levő dolog távolságát? Ha meg tudjuk mérni, mennyi időbe telik a fénynek (vagy az elektromágneses hullámoknak) eljutni egyik helyről a másikra, már meg is vagyunk. Nanoszekundumokat is simán tudunk mérni, ami alatt a fény kevesebb mint egy métert tesz meg. Ez jó, de az is kellene, hogy egyszerre indítsuk a stoppert. Ehhez a műholdakon atomóra ketyeg, és lényegében pontos időjelzést kiabálnak. A méréshez azért kell egy negyedik műhold is, hogy a mi óránk eltérését is meghatározhassuk a műholdak pontos idejétől. Bővebb magyarázat olvasható pl. a Wikipédia GPS oldalán.

Egy vevőnek több mint tíz percre is szüksége lehet, hogy begyűjtse a szükséges adatokat a műholdakra hallgatózva (pl. ilyen a bekapcsolás utáni ún. hidegindítás). Hogy ezen gyorsítsanak, a legtöbb eszközben elérhető az AGPS (segített GPS), ami pl. a mobilhálózatból tud körülbelüli időt beállítani, illetve pályaadatokat letölteni ahelyett, hogy a vevő maga számolgatná ki.

Az egyszerűbb hétköznapi tájékozódásokhoz vannak még trükkök, amik a telefon által látott mobiltornyokból, vagy a környéken észlelt WiFi hotspotok alapján tudják megmondani, nagyjából hol vagyunk. Mivel ezek nem klasszikus mérések, és elérhetőségük (pl. az erdő közepén), pontosságuk is esetleges, ezért most nem is foglalkozom velük.

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!