Bagaimana cara kerja GPS?

Tersesat saat mengemudi dekat dengan seni yang hilang. Dengan GPS di sistem navigasi mobil Anda, di perangkat navigasi portabel di dasbor, atau di ponsel cerdas Anda, mudah untuk menarik peta dan melihat di mana Anda berada, atau mendapatkan petunjuk arah ke mana Anda pergi. Bagian tersulit mungkin berbicara atau memasukkan data jika mobil Anda memiliki antarmuka yang kikuk, atau jika Anda tidak dapat memasukkan alamat saat mobil bergerak, bahkan jika Anda mengemudi melalui lingkungan yang samar di luar bandara di persewaan.

Berikut adalah latar belakang tentang apa itu GPS, apa yang dapat dilakukannya untuk Anda hari ini di dalam mobil, dan apa yang mungkin dilakukan di masa depan. GPS akan membuat Anda lebih aman, mengarahkan Anda di sekitar kemacetan lalu lintas, membantu Anda menemukan layanan terdekat, dan membantu pedagang menjangkau untuk menjual layanan yang mungkin atau tidak Anda inginkan.

Bagaimana GPS bekerja (mungkin lebih dari yang ingin Anda ketahui)

Sejak tahun 1994, dua lusin satelit GPS telah mengorbit bumi sejauh 13.000 mil dalam enam kelompok, atau pesawat. Mereka bukan overhead stasioner (geosynchronous), tetapi bergerak dari barat ke timur dengan kecepatan sekitar 8.000 mph dan mengorbit bumi (melewati tempat yang sama) dua kali sehari. On board adalah jam atom. Setiap satelit terus menerus melaporkan:

• Kode pseudorandom , ID untuk setiap satelit.
• Data Ephemeris, tanggal dan waktu saat ini, dan apakah satelit dalam keadaan sehat atau tidak sehat ('tidak sehat' dapat berarti satelit sedang direposisi atau dikalibrasi ulang; tidak selalu hilang).
• Data almanak, dimana satelit harus berada pada setiap saat data (juga data almanak untuk setiap satelit GPS).

Penerima di GPS Anda menangkap waktu kedatangan (TOA) dan waktu penerbangan (TOF) dari satelit ke penerima. Mengingat kecepatan cahaya (diketahui) dan di mana serta kapan sinyal dikirim, penerima GPS kemudian menghitung di mana lokasi mobil Anda, PND, GPS pejalan kaki, atau ponsel cerdas Anda. Saat perangkat Anda bergerak di sepanjang jalan raya, ia menghitung kecepatan, biasanya beberapa mil per jam lebih rendah dari yang ditunjukkan oleh speedometer mobil (percaya kecepatan GPS), dan arah kompas. Ini menempatkan data tersebut pada peta bergerak sistem navigasi. Sinyal satelit tertunda melewati ionosfer, atmosfer bagian atas bumi membentang dari ketinggian 40-600 mil; Sistem GPS menerapkan faktor koreksi.

Diperlukan tiga sinyal GPS untuk menentukan (melakukan triangulasi) posisi penerima dan yang keempat juga menghitung ketinggian. Jika penerima mengambil lebih banyak satelit (hingga selusin dapat dilihat, selusin lainnya berada di belahan dunia yang jauh), kualitas penentuan lokasi meningkat. Jika jam atom melayang, atau beberapa ketidakakuratan lainnya ikut bermain, faktor koreksi juga dikirimkan.

Satelit GPS pertama dalam sistem ini diluncurkan pada tahun 1978. Satelit GPS saat ini dapat digunakan selama sekitar 10 tahun. Beratnya sekitar 2.000 pound (di tanah) dan diameter 17 kaki termasuk panel surya yang menggerakkan satelit. Pemancar menghasilkan keluaran tidak lebih dari 50 watt. Pengganti terus dibuat dan diluncurkan. Negara lain juga memiliki satelit GPS.

Sistem GPS yang lebih baru ( penerima di bumi ) akan lebih akurat, lebih kecil, lebih murah, dan bahkan berfungsi di dalam ruangan. DARPA telah menunjukkan chip yang lebih kecil dari satu sen yang mencakup tiga giroskop, tiga akselerometer, dan jam internal (foto kanan atas). Penelitian lain meningkatkan waktu dan akurasi jam satelit. Tujuannya adalah untuk mendapatkan keakuratan sistem GPS multi-ribu dolar ke dalam head unit sistem infotainment mobil Anda.

Seberapa akurat penerima GPS saya?

GPS memulai kehidupan sebagai sistem satelit pertama militer yang dimaksudkan untuk meningkatkan akurasi pesawat terbang, kapal selam, dan persenjataannya. Hingga tahun 2000, sinyal yang tersedia untuk warga sipil didegradasi untuk memberikan akurasi yang kurang. Sinyal waktu tidak terenkripsi yang dikirim ke pengguna non-militer secara acak diimbangi untuk memberikan akurasi tidak lebih dari 100 meter. Ini disebut ketersediaan selektif. Itu berarti bahwa lokasi mobil mungkin melenceng satu atau dua blok kota, dan 'ambil belokan kanan berikutnya' mungkin datang satu blok terlalu cepat atau terlambat.

Pengembangan dari GPS diferensial Teknologi yang menggunakan stasiun referensi berbasis darat mengoreksi keakuratan sinyal SA hingga sekitar 15 meter (2-3 panjang mobil) dan dalam situasi terbaik hingga hanya 10 cm atau 4 inci, cukup baik bagi surveyor untuk menempatkan lokasi secara akurat taruhan. Pada saat yang sama, FAA, Penjaga Pantai, dan Departemen Perhubungan meminta SA dihentikan. Presiden Clinton memerintahkan ketersediaan selektif dihapus pada tahun 2000. Itu hilang untuk selamanya. Pemerintah Situs web GPS berkata, 'Amerika Serikat tidak berniat menggunakan ketersediaan selektif lagi'.

Saat ini, penerima GPS di mobil akurat hingga 10-15 meter. Ini dengan modul penerima satelit yang harganya hanya beberapa dolar. Penerima GPS mandiri mengklaim keakuratan dalam 3 meter (10 kaki) dan unit biaya yang lebih tinggi mencapai beberapa sentimeter. Sistem GPS Trimble Total Station senilai $ 25.000 dapat akurat hingga kurang dari satu inci. Apa artinya ini? Varian sistem GPS presisi tinggi dapat mengontrol dari jarak jauh peralatan konstruksi jalan perataan dan pencukuran tanah untuk membuat jalan raya.

Jika Anda memiliki sistem navigasi mobil yang lebih tua yang tampaknya lebih akurat dari 15 meter, sistem navigasi memainkan sedikit trik. Jika Anda menuju ke utara di jalan raya dan tidak ada jalan lain di dekatnya, ikon lokasi akan mengarah ke jalan raya dan jika itu adalah jalan raya yang terbagi, akan mengarah ke sisi utara. Navigasi juga dapat mengkalibrasi ulang sendiri jika Anda berbelok atau memutar tikungan. Navigasi GPS juga menggunakan kompas internal, sensor gerak, dan speedometer untuk memperkirakan secara akurat lokasi Anda di dalam terowongan. (Dalam terowongan yang melintasi dua negara bagian, Anda akan melihat ikon posisi saat ini melintasi batas negara bagian dalam satu atau dua panjang mobil dengan akurasi sempurna.)

Apa yang dilakukan GPS untuk mobil Anda selain memindahkan peta

Jelas sekali, GPS di mobil Anda memberikan titik berkedip di peta yang menunjukkan di mana mobil Anda berada. Masih ada lagi. Berikut beberapa contohnya:

• Pemberitahuan kerusakan otomatis. Dalam kecelakaan, jika mobil Anda dilengkapi dengan telematika seperti GM OnStar, mobil secara otomatis melaporkan lokasi Anda ke pusat panggilan telematika, yang kemudian memanggil PSAP terdekat (titik jawab keselamatan publik), atau nomor 911. Dimulai dengan Ford dan Sync, panggilan juga bisa dilakukan ke ponsel yang terhubung dengan Bluetooth. Biasanya pengendara yang lewat juga menelepon 911, tapi itu mungkin lima menit kemudian di jalan yang dilalui ringan, dan jika Anda menuruni tanggul dan tidak terlihat mobil yang lewat, itu mungkin tidak akan pernah terjadi jika polisi tidak tahu ke mana harus mencari. . ACN yang ditingkatkan menambahkan informasi non-GPS tambahan seperti lokasi dan tingkat keparahan kecelakaan, jika penumpang diikat, dan jika mobil terguling. BMW dan GM sedang mengerjakan algoritme yang akan memprediksi kemungkinan seorang penghuni terluka parah; mereka yakin algoritme tersebut cukup akurat untuk menjamin agar mereka memberi tahu petugas keselamatan kapan harus mengirim helikopter evakuasi medis ($ 5.000 - $ 15.000). Semua ini tidak akan mungkin terjadi tanpa sinyal GPS.
• Lampu depan prediktif. Pertama ada lampu depan, lalu lampu depan bagus (xenon, LED, laser), lalu lampu depan yang bisa dikemudikan yang mengarah ke kanan saat Anda memutar roda ke kanan, dan sekarang lampu depan yang mulai berbelok ke kanan tepat sebelum belok (foto di atas). Mereka menggunakan sinyal GPS untuk mulai memutar lampu depan saat Anda mulai melihat ke sudut untuk melihat rusa, pejalan kaki atau kendaraan cacat, satu atau dua detik sebelum roda berputar. Ford sedang mengemudikan Lampu depan yang ditujukan untuk GPS .
• Hibrida jarak jauh, EV. Mobil ingin menyimpan sebagian daya baterai sebagai cadangan untuk peningkatan daya ekstra, atau agar baterai penyimpanan tidak habis. Katakanlah Toyota Prius Anda bagus untuk berkendara dengan kecepatan 60 mph di jalan raya dengan sedikit tanjakan. Jika data peta ditambah lokasi GPS Anda saat ini ditambah kemampuan pengisian ulang mobil saat ini mengetahui bahwa menanjak diikuti oleh 2,5 mil menuruni bukit, data peta dapat memberi tahu mobil untuk menempuh perjalanan menanjak berikutnya dengan tenaga baterai karena mengetahui bahwa lari menurun akan membuat baterai terisi ulang.
• Jasa. Saat Anda mencari Burger King terdekat bukan McDonald's (mungkin anak-anak Anda berpikir hadiah BK lebih baik), itu membutuhkan GPS. Beberapa kekusutan masih diperbaiki. Banyak aplikasi pihak ketiga, serta database dalam sistem navigasi mobil, belum memperhitungkan bahwa Anda mungkin menginginkan layanan di depan, bukan di belakang, dan tidak 20 mil ke samping.
• Aplikasi smartphone. Jika mobil Anda memiliki telematika, ia memiliki aplikasi ponsel cerdas dengan sejumlah fitur seperti start jarak jauh dan buka kunci pintu jarak jauh. Ada juga aplikasi pencari lokasi berbasis GPS yang memandu Anda ke mobil saat Anda lupa lokasinya di stadion atau di mal.
• Pembuka pintu garasi pintar. Banyak mobil memiliki pembuka pintu garasi HomeLink. Alih-alih mengacaukan mobil dengan lebih banyak tombol di dekat kaca depan, atau tombol virtual di LCD, Tesla menutupinya agar terlihat. Saat GPS mendeteksi mobil berada sekitar setengah mil dari rumah, tombol akan muncul di sudut kanan tampilan tumpukan tengah.
• Kalibrasikan speedometer Anda. Peraturan federal mengharuskan speedometer untuk tidak pernah mengecilkan kecepatan Anda terlepas dari ukuran ban yang disetujui pada mobil. Anda tidak ingin mendapatkan tiket 78-dalam-65-zona ketika Anda mengira Anda hanya melakukan 75; sebaliknya, Anda mungkin mengemudi dengan kecepatan 72 atau 73 mph. GPS terintegrasi dapat mengkalibrasi speedometer Anda ke kecepatan yang benar-benar tepat untuk rangkaian ban ini pada inflasi ini. Itu bisa. Tidak. Jika Anda memiliki perangkat navigasi portabel, biasanya itu menunjukkan kecepatan Anda.
• Saran jalur terbaik. Saat ini, sistem navigasi yang baik memiliki tampilan jalur keluar yang menunjukkan jalur yang dilalui lalu lintas, jalur keluar, dan jalur yang bisa menjadi salah satu jalur. GPS yang semakin akurat dapat mendeteksi saat Anda perlu berpindah jalur untuk keluar.

GPS dan mobil tanpa pengemudi

Mobil self-driving mengandalkan sensor optik (juga radar) dan peta 3D untuk memahami dengan tepat di mana mereka berada dan di mana bahaya berada. GPS dapat memainkan peran yang lebih besar jika akurat hingga inci, bukan pengukur atau 5 meter. Itu akan datang. Setidaknya, mobil harus memusatkan dirinya di jalur sepanjang 12 kaki dan tidak goyah lebih dari satu kaki dari tengah. Mobil dengan kaca spion lebarnya 6-7 kaki. Tambahkan kaki untuk penyimpangan yang diperbolehkan dari tengah dan Anda berada di kiri dengan margin keamanan 1,5-2,0 kaki di setiap sisi. Hal itu dapat ditangani paling baik saat ini dengan sistem optik yang melacak posisi mobil relatif terhadap marka jalur.

Dengan GPS yang sangat akurat, ia dapat bertindak sebagai auditor independen dari sensor mobil - misalnya, jika diyakini LDW tidak lagi berkinerja sempurna. Dalam cuaca hujan atau bersalju ringan di mana sistem optik rusak, atau marka lajur tertutup sebagian, kombinasi ini dapat membantu mobil mempertahankan pemusatan lajur sedikit lebih lama. Akhirnya itu akan ditutup.

Pembajak salju masih bisa menjelajah dalam cuaca buruk dan terus maju setidaknya dengan kecepatan sedang dengan GPS yang memandu setir, atau memperingatkan pengemudi bahwa bajak menyimpang dari jalur dan menyimpang dari jalan. Apa yang tidak mungkin dilakukan pada kecepatan 60 mph dalam lima tahun ke depan mungkin dapat diterapkan pada kecepatan 30 mph.

Membeli saran

Sistem navigasi mobil tertanam pertama pada pertengahan 1990-an pada BMW Seri 7 berharga sekitar $ 2.500 ($ 4.000 dalam dolar 2015). Sekarang beberapa sistem navigasi berharga lebih dari $ 1.000, banyak yang $ 500 atau kurang, dan sering kali standar pada mobil $ 50.000-plus, karena memiliki LCD warna di tumpukan tengah sudah cukup banyak wajib. Keuntungan utama dari navigasi yang disematkan adalah layar besar (diagonal 7 hingga 10 inci), tampilan navigasi sekunder di panel instrumen atau tampilan head-up, dan (biasanya) kenop dan tombol kontrol yang lebih besar daripada di PND atau smartphone. Antena sirip hiu atap mungkin mendapatkan posisi yang lebih cepat saat dinyalakan. Sistem navigasi mobil hampir tidak pernah dicuri, dan tidak ada kabel yang terlihat tidak sedap dipandang.

Ponsel cerdas biasanya memiliki pengenalan suara yang lebih baik ('Siri, beri saya petunjuk arah ke Mile High Stadium'), aplikasinya lebih murah atau gratis, dan pembaruannya gratis. Pembaruan navigasi mobil mungkin $ 100- $ 200.

Apple CarPlay dan Google Android Auto menggabungkan aspek unggulan dari keduanya: Anda mendapatkan aplikasi pemetaan tersemat yang sudah Anda kenal dan sukai (Apple Maps di iOS, Google Maps di perangkat Android), ditampilkan di layar LCD mobil, dan menggunakan beberapa tombol dan kenop mobil.

Jika Anda membeli navigasi GPS di dalam mobil, lakukan dengan mengetahui bahwa ia memiliki masa paruh, yang berarti mungkin lebih baik daripada perangkat portabel saat ini, tetapi seiring waktu hal itu dapat dilampaui oleh unit portabel. Sejauh ini, produsen mobil belum menawarkan pembaruan head unit atau modul GPS. Jika Anda menginginkan GPS terbaru sepanjang waktu di mobil Anda, sewa - jangan membeli.

Lihat seri 2007es.com Explains kami untuk liputan yang lebih mendalam.