La dernière fois que vous avez utilisé votre téléphone pour que Google Maps indique votre emplacement exact^{(Google Maps pinpoint your exact location)} sur une carte, vous êtes-vous déjà arrêté et vous êtes-vous déjà demandé comment le GPS fonctionnait si précisément ?

Le système de positionnement global^{(Global Positioning System)} ( GPS ) a en fait été lancé par le département américain^{(U.S. Department)} de la Défense^(Defense) en 1973 (connu sous le nom de NAVSTAR ). En 1993, il y avait 24 satellites GPS en orbite autour de la Terre et diffusant des données orbitales et de position que l'armée pouvait utiliser à des fins de navigation et à d'autres fins militaires. Aujourd'hui, au moment d'écrire ces lignes, il y en a 28.

Dans les années 1980, les données transmises par les satellites GPS ont été ouvertes au public, ce qui a ouvert tout un marché pour le large assortiment d' appareils de navigation GPS que nous avons aujourd'hui. 

Au moment de la rédaction de cet article, la Russie^(Russia) , la Chine^(China) , l'Europe^(Europe) et l'Inde ont toutes leurs propres systèmes ^(India)GPS actifs . Le Japon^(Japan) développe son propre système GPS qui devrait être opérationnel en 2023.

Comment fonctionne le GPS ?^{(How Does GPS Work?)}

Bien que la technologie satellitaire sur laquelle repose le GPS soit très avancée, le fonctionnement du système est d'une simplicité impressionnante.

Il y a trois composants dans tout système de navigation GPS individuel.^(GPS)

• Satellites : Les satellites GPS orbitent autour de la Terre^(Earth) et transmettent leur heure actuelle et leur position orbitale à tous les récepteurs GPS de leur côté de la planète.
• Centre de commande^{(Command Center)} : Le centre de commande transmet les données orbitales, les corrections de temps et la position orbitale des autres satellites jusqu'aux satellites en orbite.
• Récepteurs GPS^{(GPS Receivers)} : Un récepteur GPS sur Terre^(Earth) reçoit les temps orbitaux d'autant de satellites à portée et calcule sa propre position sur Terre^(Earth) en se basant sur les positions d'au moins quatre satellites GPS .

Les récepteurs GPS^(GPS) utilisent un principe mathématique connu sous le nom de triangulation pour calculer sa propre position. 

Comment fonctionne la triangulation GPS^{(How Does GPS Triangulation Work)}

De n'importe quel point de la planète, si vous tenez un récepteur GPS (comme celui de votre téléphone), un récepteur GPS reçoit les horodatages des horloges synchronisées sur chacun des satellites GPS au- dessus.

En utilisant les différences d'horodatage et la vitesse constante de la lumière à laquelle les ondes radio se propagent, le récepteur GPS peut déterminer la distance entre l'endroit où vous vous trouvez et chaque satellite.

Cela fournit au récepteur GPS le rayon des sphères avec les satellites au centre et votre position au bord de la sphère.

Étant donné que chaque satellite se déplace sur une orbite prévisible au-dessus de la terre, le récepteur peut utiliser un almanach stocké de la position actuelle connue de tous les satellites GPS pour déterminer où, approximativement, ces satellites sont actuellement situés au-dessus de la terre.

Avec la position connue de chaque satellite et la distance mesurée entre ces satellites et votre position, votre récepteur GPS^(GPS) est capable de calculer votre position approximative en déterminant où l'intersection de ces trois sphères se rejoignent à la surface de la Terre^(Earth) .

Le récepteur vous affiche ensuite cet emplacement sur une carte.

Trois satellites fournissent une position approximative, et les récepteurs GPS nécessitent un quatrième signal d'un autre satellite GPS pour déterminer votre altitude actuelle sur la surface de la Terre en utilisant un autre principe mathématique connu sous le nom de trilatération.

Comment fonctionne le capteur GPS de votre téléphone^{(How Your Phone GPS Sensor Works)}

La plupart des smartphones modernes sont aujourd'hui équipés d'une puce de récepteur GPS . Cette puce peut recevoir les signaux radio des satellites GPS .

L'horloge de votre téléphone n'est pas une horloge atomique, donc son heure n'est pas synchronisée avec les horloges atomiques des satellites en orbite. Cependant, cela n'a pas d'importance lorsqu'il s'agit de calculer l'emplacement en utilisant les signaux de ces satellites.

En effet, le récepteur GPS^(GPS) de votre téléphone se concentre sur les données qu'il reçoit des satellites et sur une base de données d'emplacements de satellites connus sur la Terre^(Earth) . Étant donné que tous les satellites ont une horloge atomique, l'heure actuelle sur chaque satellite est exactement la même à tout moment.

Cependant, en raison de la distance par rapport au satellite et du fait que les signaux radio se déplacent à la vitesse de la lumière, les différences entre chaque horodatage reçu révèlent la distance entre votre téléphone et chacun des satellites.

Voici comment fonctionne ce processus GPS :

• Les quatre satellites transmettent le même horodatage exact à votre téléphone à 17:12:14.
• Votre téléphone reçoit cet horodatage à 5:12:15 du satellite 1.
• Il reçoit l'horodatage à 5:12:16 du satellite 2.
• Enfin, à 5:12:17, il reçoit l'horodatage du satellite 3.

Cela indique à votre récepteur GPS qu'il a fallu 1 seconde au signal radio pour l'atteindre depuis le satellite 1, 2 secondes depuis le satellite 2 et 3 secondes depuis le satellite 3.

La vitesse de la lumière est une constante connue de 299 792 458 mètres par seconde.

En utilisant des calculs simples, le récepteur peut calculer que sa distance est d'environ 300 000 mètres du satellite 1, 600 000 mètres du satellite 2 et 900 000 mètres du satellite 3.

À l' aide d'une table de correspondance à partir d'une base de données de satellites GPS , le récepteur ^(GPS)GPS de votre téléphone connaît l'emplacement actuel approximatif sur la terre des trois satellites, qui fournit les coordonnées de longitude et de latitude des trois. 

Avec ces informations, votre téléphone est capable de calculer vos propres coordonnées de longitude et de latitude^{(your own longitude and latitude coordinates)} sur la Terre.

En utilisant vos coordonnées connues, votre récepteur GPS peut alors utiliser la distance mesurée entre lui-même et un quatrième satellite pour déterminer à quelle altitude au-dessus de la Terre^(Earth) vous vous trouvez.

Qu'est-ce qu'un système de positionnement mondial assisté ?^{(What Is An Assisted Global Positioning System?)}

Avant que les smartphones ne commencent à intégrer des circuits GPS , les gens utilisaient généralement des récepteurs ^(GPS)GPS portables fonctionnant avec des piles AA. Ou ils installaient des unités GPS dans les voitures, qui fonctionnaient connectées à la batterie du téléphone.

En effet, la communication radio nécessite plus de puissance. La limitation de ceci est que vous deviez souvent attendre plusieurs minutes pour que votre récepteur GPS se "verrouille" sur suffisamment de satellites GPS pour calculer votre position.

Les fabricants de smartphones ont contourné cette limitation de la batterie en combinant sa technologie existante de triangulation cellulaire. Bien^(Long) avant que les téléphones ne soient compatibles avec le GPS^(GPS) , ils pouvaient utiliser les signaux provenant des tours de téléphonie cellulaire pour trianguler votre position, en utilisant le même type d'horodatage de triangulation et de technologie de distance qu'avec les satellites  GPS .

Malheureusement, comme les tours de téléphonie cellulaire sont au niveau du sol, ce calcul de navigation est beaucoup moins précis. Ainsi, le logiciel GPS^(GPS) de votre smartphone utilisera d'abord la triangulation du signal cellulaire pour déterminer votre position approximative, puis mettra à jour cette position une fois que les données GPS par satellite seront prêtes.

Cela permet aux smartphones modernes de réserver l'énergie de la batterie en utilisant uniquement les données GPS lorsque ces mises à jour de localisation sont nécessaires. C'est pourquoi vous pouvez souvent voir votre emplacement^{(see your location)} sur Google Maps passer occasionnellement à un nouvel emplacement lorsque des données plus précises sont disponibles.

HDG Explains : How Does GPS Work?

The last time yоu used уour phone to have Google Maps pinpoint your exact location on a map, did you ever stop and wonder how does GPS work so accurately?

The Global Positioning System (GPS) system was actually launched by the U.S. Department of Defense in 1973 (known as NAVSTAR). By 1993, there were 24 GPS satellites orbiting the Earth and broadcasting orbital and positional data that the military could use for navigational and other military purposes. Today, as of this writing, there are 28.

In the 1980s, data transmitted from GPS satellites were opened up to the public, which opened up an entire market for the wide assortment of GPS navigation devices we have today. 

As of the writing of this article, Russia, China, Europe, and India all have their own active GPS systems. Japan is developing its own GPS system slated to be operational in 2023.

How Does GPS Work?

While the satellite technology GPS is based on is very advanced, the way the system operates is impressively simple.

There are three components to any individual GPS navigational system.

• Satellites: GPS satellites orbit the Earth and transmit their current time and orbital position to all GPS receivers on their side of the planet.
• Command Center: The command center transmits orbital data, time corrections, and the orbital position of other satellites up to the satellites in orbit.
• GPS Receivers: A GPS receiver on Earth receives orbital times from as many satellites within range, and calculates its own position on Earth based on the positions of at least four GPS satellites.

GPS receivers utilize a mathematical principle known as triangulation to calculate its own location. 

How Does GPS Triangulation Work

From any point on the planet, if you’re holding a GPS receiver (like the one in your phone), a GPS receiver receives time stamps from the synchronized clocks on each of the GPS satellites overhead.

Using the differences in timestamps, and the constant speed of light at which radio waves travel, the GPS receiver can determine the distance between where you’re standing to each satellite.

This provides the GPS receiver with the radius of the spheres with the satellites at the center, and your location at the edge of the sphere.

Since each satellite travels in a predictable orbit over the earth, the receiver can use a stored almanac of the current known position of all GPS satellites to determine where, approximately, those satellites are currently located over the earth.

With the known position of each satellite, and the measured distance between those satellites and your position, your GPS receive is able to calculate your approximate location by determining where the intersection of those three spheres come together on the surface of the Earth.

The receiver then displays that location to you on a map.

Three satellites provide a rough location, and GPS receivers require a fourth signal from another GPS satellite to determine your current altitude on the Earth’s surface using another mathematical principle known as trilateration.

How Your Phone GPS Sensor Works

Most modern smartphones today come equipped with a GPS receiver chip. This chip can receive the radio signals from GPS satellites.

Your phone’s clock is not an atomic clock, so its time isn’t synced with the atomic clocks of the satellites in orbit. However, this doesn’t matter when it comes to calculating location using signals from those satellites.

This is because your phone’s GPS receiver is focusing on the data it receives from the satellites, and a database of known satellite locations over the Earth. Since all of the satellites do have an atomic clock, the current time on each satellite is exactly the same at any given moment.

However, due to distance from the satellite, and the fact that the radio signals travel at the speed of light, the differences between each received timestamp reveals the distance between your phone and each of the satellites.

Here’s how this GPS process works:

• All four satellites transmit the same exact timestamp to your phone at 5:12:14 PM.
• Your phone receives that timestamp at 5:12:15 from satellite 1.
• It receives the timestamp at 5:12:16 from satellite 2.
• Finally, at 5:12:17, it receives the timestamp from satellite 3.

This tells your GPS receiver that it took 1 second for the radio signal to reach it from satellite 1, 2 seconds from satellite 2, and 3 seconds from satellite 3.

The speed of light is a known constant of 299,792,458 meters per second.

Using simple math, the receiver can calculate that its distance is roughly 300 thousand meters from satellite 1, 600 thousand meters from satellite 2, and 900 thousand meters from satellite 3.

Using a lookup table from a GPS satellite database, your phone’s GPS receiver knows the approximate current location over the earth of all three satellites, which provides longitude and latitude coordinates of all three. 

With that information, your phone is able to calculate your own longitude and latitude coordinates on the Earth.

Using your known coordinates, your GPS receiver can then use the distance measured between itself and a fourth satellite to determine what altitude above the Earth you’re located.

What Is An Assisted Global Positioning System?

Before smartphones started integrating GPS circuitry, people typically would use handheld GPS receivers that ran off AA batteries. Or they would install GPS units in cars, which ran connected to the phone’s battery.

This was because radio communication requires more power. The limitation of this is that you often had to wait several minutes for your GPS receiver to “lock onto” enough GPS satellites to calculate your position.

Smartphone manufacturers got around this battery limitation by combining its existing technology of cellular triangulation. Long before phones were GPS enabled, they could use signals coming from cellphone towers to triangulate your position, using the same sort of triangulation timestamp and distance technology as with GPS satellites. 

Unfortunately, because cell phone towers are at ground level, this navigational calculation is far less accurate. So your smartphone GPS software will first use cell signal triangulation to determine your approximate position, and then update that position once satellite GPS data is ready.

This allows modern smartphones to reserve battery power by only using GPS data when those location updates are required. This is why you may often see your location on Google Maps occasionally jump to a new location when more accurate data is available.

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