Mnogi korisnici pametnih telefona i dalje žive u uverenju da je za precizno određivanje lokacije na mapi neophodna aktivna internet konekcija ili makar domet mobilne mreže. Istina je, međutim, da je vaš uređaj sposoban da izračuna svoje tačne koordinate usred pustinje, bez ijedne crtice signala i bez pristupa internetu. Tajna leži u arhitekturi Globalnog pozicionog sistema (GPS) i elegantnoj matematici koja se odvija u pozadini, direktno na hardveru vašeg telefona.
Telefon kao pasivni slušalac
Osnovna zabluda o satelitskoj navigaciji je ideja da telefon komunicira sa satelitima u oba smera. GPS je zapravo jednosmeran sistem. Vaš pametni telefon ne šalje apsolutno nikakve podatke u svemir. On isključivo i pasivno sluša radio-signale koje kontinuirano emituju sateliti iz srednje Zemljine orbite.
Svaki satelit u konstelaciji opremljen je izuzetno preciznim atomskim časovnikom i neprekidno emituje signal koji sadrži dve ključne informacije: tačno vreme kada je signal poslat i tačnu orbitalnu poziciju samog satelita u tom trenutku.
S obzirom na to da radio-signali putuju brzinom svetlosti, postoji merljivo kašnjenje između trenutka kada satelit pošalje signal i trenutka kada ga antena u vašem telefonu registruje. Na osnovu tog vremenskog kašnjenja i poznate brzine svetlosti, procesor u telefonu izračunava tačnu udaljenost od tog konkretnog satelita.
Matematika iza lociranja: Koncept trilateracije
Kada hardver telefona izračuna udaljenost od jednog satelita, sistem zapravo samo zna da se uređaj nalazi negde na površini zamišljene sfere čiji je poluprečnik ta udaljenost, a centar sam satelit. To svakako nije dovoljno za lociranje.
-
Ukoliko telefon uhvati signal sa dva satelita, on zna da se nalazi negde na kružnici koja predstavlja presek te dve sfere.
-
Signal sa tri satelita sužava moguću lokaciju na samo dve tačke u prostoru. Jedna od tih tačaka je obično logički besmislena (nalazi se duboko u svemiru ili visoko iznad Zemlje, sa nerealnom brzinom kretanja), pa sistem sa tri satelita tehnički može da pruži preciznu dvodimenzionalnu lokaciju, odnosno geografsku širinu i dužinu.
Međutim, u praksi je uvek neophodan signal sa minimum četiri satelita. Razlog za to je stroga sinhronizacija vremena.
Atomske časovnike koji se nalaze na satelitima je tehnološki nemoguće ugraditi u potrošačku elektroniku, pa telefoni koriste standardne, jeftine kvarcne oscilatore koji nisu savršeno tačni. Čak i mikrosekunda greške u vremenu na telefonu rezultovala bi greškom u pozicioniranju od oko 300 metara. Četvrti satelit uvodi dodatnu promenljivu koja omogućava softveru u telefonu da matematički koriguje grešku lokalnog časovnika. Rešavanjem sistema geometrijskih jednačina, postiže se tačno određivanje sve tri koordinate: geografske širine, dužine i nadmorske visine, uz savršenu vremensku sinhronizaciju.
Zašto nam je onda potreban internet? Uloga A-GPS tehnologije
Ako GPS radi samostalno, zašto navigacija na telefonu drastično uspori kada ste van dometa mobilne mreže? Odgovor leži u vremenu potrebnom za prvo fiksiranje pozicije, poznatom kao Time to First Fix (TTFF).
Da bi telefon uopšte znao gde da traži satelite na nebu i kako da brzo dekodira njihove signale, on mora da poseduje takozvane almanah i efemeris podatke. Ovi podaci opisuju tačne orbitalne putanje, korekcije sata i statuse svih satelita u konstelaciji.
Problem nastaje u brzini prenosa "iz svemira". GPS sateliti emituju ove navigacione poruke brzinom od samo 50 bita u sekundi. Preuzimanje kompletnih almanah i efemeris podataka isključivo preko direktnog satelitskog signala može potrajati od 30 sekundi do nekoliko minuta. U urbanim sredinama sa visokim zgradama, ovaj proces takozvanog "hladnog starta" (Cold Start) često puca ili traje predugo.
Tu na scenu stupa Assisted GPS (A-GPS). Umesto da čeka spori prenos podataka sa satelita, telefon koristi mobilnu mrežu mobilnog operatora ili Wi-Fi da bi u deliću sekunde preuzeo trenutne efemeris podatke sa A-GPS servera.
Mobilna mreža ovde ima dvostruku ulogu. Pored obezbeđivanja data konekcije za skidanje fajla, bazne stanice (Cell ID lokacija) telefonu automatski pružaju grubu početnu procenu njegove lokacije. Oslanjajući se na tu grubu lokaciju i skinute efemeris podatke, procesor u telefonu tačno zna koji se sateliti trenutno nalaze iznad njega i na kojim frekvencijama da ih traži, umesto da skenira celo nebo.
Zahvaljujući A-GPS-u, vreme fiksiranja lokacije se skraćuje sa minuta na par sekundi. Internet konekcija, dakle, ne određuje vašu tačnu lokaciju - ona služi isključivo kao katalizator koji vašem telefonu dostavlja parametre neophodne da momentalno počne da rešava geometrijski problem trilateracije nad signalima iz orbite.
Nema komentara