Kompas i sekstans trafiły do lamusa. O miejscu przebywania na Ziemi
najdokładniej poinformuje nas odbiornik GPS. Ale nie tylko podróżnicy korzystają z tego
zaawansowanego technicznie systemu - także wojskowi, geodeci, kartografowie, policjanci,
ratownicy, rybacy itd.
Jak to się dzieje, że małe pudełko - często nie większe od telefonu
komórkowego - wie, w którym mejscu znajduje się jego właściciel ?
Dzięki należącym do Departamentu Obrony USA 24 satelitom krążącym
wokół Ziemi na wysokości 20,2 tys. km po orbitach nachylonych pod kątem 55° do równika.
Wszystkie satelity wysyłają sygnał na identycznej czstotliwości (dla tzw. usługi standardowej
jest to 1575,42 MGz), jednak każdy używa innych kodów, aby odbiornik odróżnił poszczególne
sygnały. Docierają one na całą powierzchnię globu, a korzystanie z nich jest bezpłatne.
Zanim odbiornik wyświetli na ciekłokrystalicznym ekranie dane na temat położenia,
dokonuje pomiaru odległości od trzech satelitów. Położenie każdego satelity jest dokładnie
znane, więc znając odległość jednego z nich od odbiornika, można określić sferę o promieniu
równym zmierzonej odległości, w jakiej znajduje się odbiornik. Poznana odległość od drugiego
satelity wyznacza drugą sferę, a przecięcie obu sfer tworzy okrąg, na którym z całą pewnością
znajduje się odbiornik. Okrąg ten przecina sfera o promieniu równym odległości trzeciego
satelity od odbiornika i wyznacza dwa punkty, w których może znajdować się urządzenie pomiarowe.
Jeden z tych punktów można wykluczyć, ponieważ znajduje się zbyt daleko od powierzchni Ziemi.
W jaki sposób dokonuje się pomiaru odległości odbiornika od satelity ?
Na podstawie czasu, jaki jest potrzebny sygnałowi radiowemu na przebycie
drogi z orbity do odbiornika. I tu rodzi się pewien problem, ponieważ żeby uzyskać użyteczne
pomiary dystansów sięgających dziesiątek tysięcy kilometrów, odbiornik powinien posiadać
zegar, który będzie zsynchronizowany z zegarem satelity z dokładnością do nanosekundy (miliardowej części
sekundy). Satelity dysponują zegarami atomowymi, a odbiorniki tylko kwarcowymi. Odbiornik
więc przyjmuje sygnał od czwartego satelity i rozwiązuje układ czterech równań z czterema niewiadomymi,
oblicza rzeczywisty czas oraz położenie.
