GPS III Dove siamo? E dove stiamo andando?

Quindici anni fa, il primo cellulare abilitato GPS è andato sul mercato. Ha floppato, ma il fattore di forma è stato il pioniere, la combinazione di apparecchiature di comunicazione di livello quasi militare con un dispositivo di consumo è rimasta con noi.

Non puoi girare un angolo senza il telefono o l'orologio o le scarpe che ti dicono dove andare perché sanno esattamente dove ti trovi. Ma non è sempre stato così.

Una breve storia del GPS

Diamo per scontato il GPS come una "merce", un grande dono della MADness della Guerra Fredda di Reagan-Era Star Wars che occasionalmente insegna agli studenti delle scuole superiori sulla relatività. Il fatto deprimente è che il GPS (o GNSS così come era stato classificato all'epoca) è stato reso disponibile al pubblico solo dopo un disastro di compagnie aeree stranamente familiare.

Nel 1983, appena cinque anni dopo il lancio del primo satellite NAVSTAR, il volo 007 della Korea Air Lines fu abbattuto dopo aver attraversato lo spazio aereo sovietico a causa di un errore di navigazione del pilota. La risposta globale alla perdita delle 269 anime a bordo era angosciosa ma venata di sfumature da Cold War Politics, e il presidente Ronald Reagan annunciò che il GPS sarebbe stato reso disponibile gratuitamente al mondo per prevenire una simile tragedia.

Il Global Positioning System era originariamente concepito per necessità militari di coordinare il movimento di truppe e imbarcazioni in aree sconosciute (come il Golfo Persico, dove il GPS era usato per la prima volta in teatro nell'Operazione Desert Storm), così come il Sistema di Detenzione Nucleare ( NUDET).

Gli anni di posizionamento "selettivi"

Grazie al suo utilizzo di più satelliti con orologi estremamente precisi, il GPS ha avuto una precisione di posizionamento di circa 10 m fin dall'inizio. Tuttavia, il Dipartimento della Difesa ha introdotto errori di posizionamento intenzionali nelle bande Civilian, citando i timori che la tecnologia sarebbe stata utilizzata contro di loro. Questo, come spesso accade, si ritorce quasi istantaneamente.

Anche durante il primo utilizzo operativo del GPS in Desert Storm, il numero limitato di costose unità riceventi GPS pesanti e affamate di energia ha spinto molti membri delle forze armate a catturare ricevitori civili "economici", leggeri e quasi onnipresenti, che erano effettivamente inutili sul campo a causa di questi errori intenzionali. Questo era un problema così riconosciuto che il sistema di inserimento degli errori (chiamato Selective Availability o solo SA) è stato disattivato in tutto il mondo per il resto della Guerra del Golfo ('90 -'91).

Durante gli anni '90, gli organismi militari, corporativi e civili hanno spinto per la rimozione di SA, con persone che vanno dalle aziende di autotrasporti alla FAA sostenendo che il rumore spuria nel segnale stava limitando l'utilità e l'adattamento del GPS nelle rispettive aree. Questi errori furono disattivati ​​"permanentemente" nel 2000 dal presidente Bill Clinton.

Tuttavia, viene lanciata una nuova generazione di satelliti, che promettono un notevole aumento non solo della precisione, ma anche della disponibilità del GPS. Designato come GPS Block III, o solo GPS III, questa suite di 30 nuovi satelliti sostituirà il vecchio Block II e il già defunto Block I's. Di 64 uccelli Block I / II lanciati, 33 rimangono operativi, il più vecchio dei quali è Navstar IIA-01, ad un grandissimo 23enne.

Le ragioni per cui questi satelliti sono un enorme miglioramento sono più complicate di “è più veloce da bloccare e più preciso”. Ecco perché.

Come funziona il GPS

Il GPS funziona come un sistema puramente radiotelevisivo; non richiede alcuna connessione dati per comunicare la tua posizione (sebbene la maggior parte delle app necessiterà di una connessione dati Sick della connessione dati della tua app GPS che si interrompe? Prova 3 mappe offline aggiornate [Android] Malato della connessione dati della tua app GPS che si sfalda? 3 Mappe offline aggiornate [Android] Poco tempo fa, Chris copriva tre delle migliori app GPS offline disponibili su Android e da allora molte altre app GPS sono state rilasciate o hanno ricevuto aggiornamenti importanti: questi nuovi arrivati ​​si confrontano favorevolmente con quelli recensiti da ... Read More for il lato mappatura). Il tuo telefono o SatNav non sta parlando con il satellite a 12.500 miglia di distanza, ma ascolta solo una particolare frequenza per determinati codici.

Il tuo telefono ascolta un particolare canale, o "banda", con ciascun satellite che trasmette il proprio time code personale in base al proprio orologio atomico che galleggia in orbita. Tuttavia, dal momento che ogni satellite si trova a una distanza diversa da te, quando ricevi questi "tick", saranno leggermente fuori sincrono. Il tuo dispositivo GPS tenta quindi di sincronizzare ogni stream con un orologio interno, in modo che possa calcolare la distanza di ciascun satellite dalla tua posizione.

Quindi, sei a X, a Y e a Z miglia da tre satelliti. Questi sono almeno 12.500 miglia sopra la tua testa, e viaggiano a 14.000 miglia all'ora, e non hai idea di dove siano o dove stiano andando. Questo non è di grande aiuto fino a quando non aggiungiamo il codice temporale trasmesso da ciascun satellite, che contiene molte più informazioni del solo tempo.

So dove sono, ma dove sei?

Per capire dove siamo basati sui "ticks" dei satelliti, abbiamo bisogno di un ulteriore bit di informazione che è già stato trasmesso nel timecode, quello che viene chiamato "Almanacco". Questo contiene informazioni sulle caratteristiche di orbita corrente di ciascun satellite. Così il tuo telefono costruisce un piccolo planetario modello basato su un tempo preciso fino a pochi nanosecondi. Funziona dove sono i satelliti nello spazio e dove sei relativo ai satelliti Come funziona il GPS [MakeUseOf Explains] Come funziona il GPS [MakeUseOf Explains] Come giocatore accanito, sono sorpreso dalla correlazione tra le funzionalità simili a GPS in videogiochi moderni e la proliferazione della tecnologia GPS nella vita mondana. Quando ero bambino, mappe cartografiche e cartografia erano ... Leggi altro. Boom. Lo Starbucks più vicino dista 12,6 metri.

Ora diventa interessante; è solo una "band" o canale. C'erano originariamente tre canali; due (L1 / L2) sono stati utilizzati rispettivamente per Acquisizione e Posizionamento. Questi sono stati utilizzati nelle applicazioni consumer, ma se si dispone di un particolare codice di crittografia (comunemente chiamato codice Gold), si ottiene una maggiore precisione, segnali solo militari.

Infine, la banda L3 è riservata ai rilevatori di detonazioni nucleari, che monitorano il globo per gli eventi ad infrarossi ad alta energia ed è principalmente utilizzato per far rispettare i trattati nucleari di divieto dei test. Ma le nuove versioni dello standard GPS sono dotate di nuove interessanti funzionalità.

Novità di GPS III?

Negli ultimi Block II e nei nuovi sistemi Block III, il numero di bande disponibili è aumentato a 5. L4 è lasciato come una banda di ricerca, mentre L5 include il Safety-Of-Life (segnali SoL Data e Pilot), che è estremamente versione affidabile del GPS per gli utenti di aviazione, marittimo e "cerca e salva".

Nei nuovi sistemi, il metodo di sovrapposizione dei dati nello stesso segnale utilizzando un codice Gold (CDMA) viene anche utilizzato per produrre segnali aggiuntivi per i canali civili e solo militari (rispettivamente L2C e M-Code) che fanno due cose molto interessanti separatamente.

Il codice L2C è sia 250 volte più "rilevabile" (che non è lo stesso di "più forte") e funziona su una banda diversa da quella normalmente utilizzata dal GPS civile. Dato che ora avremo accesso a due bande, possiamo confrontarle in tempo reale per compensare le interferenze atmosferiche, il che significa che i consumatori saranno finalmente in grado di ottenere un posizionamento interno affidabile (entro limiti ragionevoli) .

Il codice M è il grosso elemento del biglietto che giustifica le nuove modifiche al funzionamento del GPS. I due grandi progressi in questo senso sono la direzionalità e l'anti-jamming. Piuttosto che il normale sistema di "trasmissione della Terra intera", i nuovi satelliti del Blocco III avranno entrambe le antenne Terra intera e Direzionale M-Code, fornendo truppe con ricezione più forte entro il cono del raggio, che sarà (solo) diverse centinaia di chilometri attraverso.

In relazione a questa pompa di alimentazione, i segnali M-Code includeranno anche una serie di tecniche di correzione degli errori, anti-jamming, anti-spoofing e trasmissione dati per combattere i sistemi di negazione GPS locali e garantire che le truppe abbiano sempre i migliori dati di posizione disponibili, indipendentemente di tempo, posizione o nemico.

Oltre a questo, ci sono i soliti aggiornamenti che arrivano quando acquisti un nuovo pezzo di kit; Gli orologi al rubidio più veloci offrono tempi più precisi e un migliore posizionamento del ricevitore. Nel frattempo, i migliori pannelli solari forniranno più energia a antenne più potenti, il che significa più potenza all'estremità ricevente.

Poi hai le solite aggiunte quando i governi vengono coinvolti nelle cose; La NASA ha chiesto di attaccare alcuni catadiottri laser (specchi) per fornire una migliore tracciabilità del terreno delle orbite, e l'Air Force sta facendo pressioni per aggiungere capacità di ricerca e salvataggio (SAR) aggiuntive oltre ai canali di dati SoL esistenti. Questo fa parte di uno standard globale per i sistemi SAR che coinvolge 37 paesi e non fornirà solo il rilevamento immediato del segnale di emergenza e la posizione, ma anche la possibilità di inviare brevi messaggi al ricevitore.

È in aria?

Molti di questi progressi si basano non solo sui satelliti aggiornati, ma anche sulle stazioni terrestri aggiornate, precedentemente chiamate “Segmenti di controllo operativo”(OCS). Queste stazioni di terra sono luoghi in tutto il mondo e coordinano i percorsi orbitali, la densità di copertura e le capacità di ricerca e salvataggio / rilevamento nucleare per la rete GPS, oltre a correggere periodicamente quella fastidiosa dilatazione temporale della relatività speciale. Le nuove versioni di queste stazioni di terra (OCX) consentono la maggior parte di questi progressi e consentono l'interoperabilità tra sistemi GNSS statunitensi ed europei (PS è per questo che il GPS fa schifo se sei in Europa rispetto agli Stati Uniti, abbiamo meno uccelli sopra le nostre teste).

Sfortunatamente sono proprio questi fantastici nuovi sistemi a frenare il rilascio di GPS III. L'appaltatore della Difesa, Lockheed Martin, è stato incaricato di costruire il primo satellite, ma è stato rinviato dai nuovi computer di gestione e navigazione L2C di Exelis; mentre a Raytheon è stato affidato l'incarico di costruire gli OCX, che hanno subito notevoli sforamenti di budget.

Riepilogo e speculazione

I vantaggi del nuovo sistema Block III, compresi alcuni dei bit sul Block II attualmente lanciato, possono essere riassunti come:

• Diminuzione del tempo di acquisizione
• Aumento della ricezione interna
• Accuratezza aumentata e sensibilità al movimento
• Area di copertura più ampia
• Maggiore precisione per gli scenari di schieramento militare usando un raggio focalizzato
• Aumento delle capacità anti-jamming (non è chiaro se questo si applica ai segnali sia civili che militari, ma sono ottimista)
• Maggiore interoperabilità con il sistema di posizionamento europeo GALILEO
• Riduzione dei tempi di risposta di ricerca e recupero e migliore copertura globale con alcune funzionalità di messaggistica, che avrebbero potuto impedire la perdita di MH370

Con ritardi sia nei sistemi satellitari che nei segmenti di controllo a terra, è improbabile che vedremo i vantaggi degli utenti finali di questi sistemi fino alla fine del 2015 / metà 2016. Tuttavia, una volta saliti, hanno una vita proposta di 15 anni, quindi dove andremo dopo?

Gli Stati Uniti non sono più l'unico giocatore in Global Navigation. La Russia ha avuto GLONASS dalla metà degli anni '90 e negli ultimi 5 anni sia il BeiDou cinese che i sistemi GALILEO europei sono arrivati ​​online. Ultimo ma non meno importante, il sistema di navigazione satellitare regionale indiano (IRNASS) è programmato per andare in diretta entro i prossimi anni.

Questi hanno diversi focus regionali, quindi la grande domanda diventa, chi collaborerà prima? Saranno i produttori di ricevitori oi governi globali? O torneremo ai giorni dei viaggiatori globali che devono avere un cellulare per ogni continente?

Con le nuove estensioni al GPS, gli Stati Uniti hanno dimostrato la volontà di lavorare con il sistema europeo, così come la Russia, fornendo interoperabilità Safety-of-life sia con GPS che con GALILEO. I cieli si stanno affollando e a questo ritmo ci saranno almeno 120 satelliti nel cielo che forniscono il posizionamento a "qualcuno". Se tutto va bene, noi poveri consumatori potremmo persino essere in grado di usarne la maggior parte, portandoci a una precisione di pochi centimetri, anche all'interno. Ciò significa soddisfare i requisiti della FAA per gli autopiloti con approccio di precisione per aeromobili (suggerimento e droni), oltre a consentire un rilevamento della corsia molto più accurato per auto a guida automatica. Ecco come arriveremo a un mondo pieno di auto senza conducente Ecco come Arriverà in un mondo pieno di auto senza conducente La guida è un compito noioso, pericoloso ed impegnativo. Potrebbe un giorno essere automatizzato dalla tecnologia automobilistica senza conducente di Google? Leggi di più .

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Questo è solo uno dei miei pensieri su dove ci porterà questa tecnologia, ma qual è la tua storia? Cosa potresti fare con i dispositivi sensibili alla posizione? Dovremmo avere paura?

E come sempre, qualsiasi domanda o qualcosa che ho sfiorato un po 'troppo, chiedi nei commenti.

Crediti immagine: Storia Ratto: Operazione Desert Storm - The Ground War; Mashup of Two pieces di DonkeyHotey, rilasciato (e ripubblicato) con CC-SA-2.0, Canada Search and Rescue di Bmpower su Wikipedia inglese (opera propria); Trilaterazione 2D di Javiersanp tramite Wikimedia Commons (propria opera GFDL o CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0), GPS Segment Control Map autorizzata sotto dominio pubblico tramite GPS.gov; Debris-GEO1280 di NASA Orbital Debris Program Office, con licenza di dominio pubblico, tramite Wikimedia Commons

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