पिछली बार जब आपने Google मानचित्र को मानचित्र पर आपके सटीक स्थान को इंगित^{(Google Maps pinpoint your exact location)} करने के लिए अपने फ़ोन का उपयोग किया था, तो क्या आपने कभी रुककर सोचा था कि GPS इतनी सटीकता से कैसे काम करता है?

ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम^{(Global Positioning System)} ( जीपीएस^(GPS) ) प्रणाली वास्तव में 1973 में अमेरिकी रक्षा विभाग द्वारा शुरू की गई थी ( जिसे ^{(U.S. Department)}NAVSTAR^(Defense) के नाम से जाना जाता है^(NAVSTAR) )। 1993 तक, 24 जीपीएस^(GPS) उपग्रह पृथ्वी की परिक्रमा कर रहे थे और कक्षीय और स्थितीय डेटा प्रसारित कर रहे थे जिनका उपयोग सेना नौवहन और अन्य सैन्य उद्देश्यों के लिए कर सकती थी। आज, इस लेखन के रूप में, 28 हैं।

1980 के दशक में, GPS^(GPS) उपग्रहों से प्रेषित डेटा को जनता के लिए खोल दिया गया था, जिसने आज हमारे पास मौजूद GPS नेविगेशन उपकरणों के विस्तृत वर्गीकरण के लिए एक संपूर्ण बाज़ार खोल दिया है। 

इस लेख के लिखे जाने तक, रूस^(Russia) , चीन^(China) , यूरोप^(Europe) और भारत^(India) सभी के पास अपने-अपने सक्रिय जीपीएस^(GPS) सिस्टम हैं। जापान^(Japan) अपना खुद का जीपीएस^(GPS) सिस्टम विकसित कर रहा है जो 2023 में चालू हो जाएगा।

जीपीएस कैसे काम करता है?^{(How Does GPS Work?)}

जबकि उपग्रह प्रौद्योगिकी जीपीएस^(GPS) पर आधारित है, बहुत उन्नत है, जिस तरह से सिस्टम संचालित होता है वह प्रभावशाली रूप से सरल है।

किसी भी जीपीएस^(GPS) नेविगेशनल सिस्टम के तीन घटक होते हैं।

• उपग्रह^(Satellites) : जीपीएस उपग्रह ^(GPS)पृथ्वी^(Earth) की परिक्रमा करते हैं और अपने वर्तमान समय और कक्षीय स्थिति को ग्रह के अपने पक्ष के सभी जीपीएस रिसीवरों तक पहुंचाते हैं।^(GPS)
• कमांड सेंटर^{(Command Center)} : कमांड सेंटर कक्षीय डेटा, समय सुधार, और अन्य उपग्रहों की कक्षीय स्थिति को कक्षा में उपग्रहों तक पहुंचाता है।
• जीपीएस रिसीवर^{(GPS Receivers)} : पृथ्वी पर एक ^(Earth)जीपीएस^(GPS) रिसीवर सीमा के भीतर कई उपग्रहों से कक्षीय समय प्राप्त करता है, और कम से कम चार जीपीएस^(GPS) उपग्रहों की स्थिति के आधार पर पृथ्वी पर अपनी स्थिति की गणना करता है।^(Earth)

जीपीएस^(GPS) रिसीवर अपने स्वयं के स्थान की गणना करने के लिए एक गणितीय सिद्धांत का उपयोग करते हैं जिसे त्रिभुज के रूप में जाना जाता है। 

जीपीएस त्रिभुज कैसे काम करता है^{(How Does GPS Triangulation Work)}

ग्रह पर किसी भी बिंदु से, यदि आप एक जीपीएस^(GPS) रिसीवर (जैसे आपके फोन में एक) धारण कर रहे हैं, तो एक जीपीएस रिसीवर प्रत्येक ^(GPS)जीपीएस^(GPS) उपग्रहों पर सिंक्रनाइज़ घड़ियों से टाइम स्टैम्प प्राप्त करता है ।

टाइमस्टैम्प में अंतर और प्रकाश की निरंतर गति जिस पर रेडियो तरंगें यात्रा करती हैं, का उपयोग करके जीपीएस^(GPS) रिसीवर उस दूरी को निर्धारित कर सकता है जहां आप प्रत्येक उपग्रह के लिए खड़े हैं।

यह GPS रिसीवर को केंद्र में उपग्रहों के साथ गोले की त्रिज्या और गोले के किनारे पर आपका स्थान प्रदान करता है।

चूंकि प्रत्येक उपग्रह पृथ्वी के ऊपर एक पूर्वानुमेय कक्षा में यात्रा करता है, रिसीवर यह निर्धारित करने के लिए सभी जीपीएस^(GPS) उपग्रहों की वर्तमान ज्ञात स्थिति के एक संग्रहीत पंचांग का उपयोग कर सकता है , जहां, लगभग, वे उपग्रह वर्तमान में पृथ्वी पर स्थित हैं।

प्रत्येक उपग्रह की ज्ञात स्थिति, और उन उपग्रहों और आपकी स्थिति के बीच की मापी गई दूरी के साथ, आपका GPS प्राप्त करता है यह निर्धारित करके आपके अनुमानित स्थान की गणना करने में सक्षम है कि उन तीन क्षेत्रों का प्रतिच्छेदन पृथ्वी^(Earth) की सतह पर एक साथ कहाँ आता है ।

रिसीवर तब आपको उस स्थान को मानचित्र पर प्रदर्शित करता है।

तीन उपग्रह एक मोटा स्थान प्रदान करते हैं, और एक अन्य गणितीय सिद्धांत का उपयोग करके पृथ्वी की सतह पर आपकी वर्तमान ऊंचाई निर्धारित करने के लिए जीपीएस रिसीवर को दूसरे ^(GPS)जीपीएस^(GPS) उपग्रह से चौथे सिग्नल की आवश्यकता होती है ।

आपका फोन जीपीएस सेंसर कैसे काम करता है^{(How Your Phone GPS Sensor Works)}

अधिकांश आधुनिक स्मार्टफोन आज जीपीएस^(GPS) रिसीवर चिप से लैस हैं । यह चिप जीपीएस^(GPS) उपग्रहों से रेडियो सिग्नल प्राप्त कर सकती है ।

आपके फ़ोन की घड़ी परमाणु घड़ी नहीं है, इसलिए इसका समय कक्षा में मौजूद उपग्रहों की परमाणु घड़ियों के साथ समन्वयित नहीं है। हालाँकि, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता जब उन उपग्रहों से संकेतों का उपयोग करके स्थान की गणना करने की बात आती है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि आपके फ़ोन का GPS रिसीवर उपग्रहों से प्राप्त होने वाले डेटा और ^(GPS)पृथ्वी^(Earth) पर ज्ञात उपग्रह स्थानों के डेटाबेस पर ध्यान केंद्रित कर रहा है । चूंकि सभी उपग्रहों में एक परमाणु घड़ी होती है, प्रत्येक उपग्रह पर वर्तमान समय किसी भी समय बिल्कुल समान होता है।

हालांकि, उपग्रह से दूरी और इस तथ्य के कारण कि रेडियो सिग्नल प्रकाश की गति से यात्रा करते हैं, प्रत्येक प्राप्त टाइमस्टैम्प के बीच के अंतर से आपके फोन और प्रत्येक उपग्रह के बीच की दूरी का पता चलता है।

यहां बताया गया है कि यह GPS प्रक्रिया कैसे काम करती है:

• सभी चार उपग्रह एक ही सटीक टाइमस्टैम्प को आपके फ़ोन पर शाम 5:12:14 बजे प्रसारित करते हैं।
• आपका फ़ोन उस टाइमस्टैम्प को सैटेलाइट 1 से 5:12:15 पर प्राप्त करता है।
• यह सैटेलाइट 2 से 5:12:16 पर टाइमस्टैम्प प्राप्त करता है।
• अंत में, 5:12:17 पर, यह सैटेलाइट 3 से टाइमस्टैम्प प्राप्त करता है।

यह आपके जीपीएस^(GPS) रिसीवर को बताता है कि रेडियो सिग्नल को उपग्रह 1 से 1 सेकंड, उपग्रह 2 से 2 सेकंड और उपग्रह 3 से 3 सेकंड तक पहुंचने में 1 सेकंड का समय लगा।

प्रकाश की गति ज्ञात स्थिरांक 299,792,458 मीटर प्रति सेकंड है।

साधारण गणित का उपयोग करके, रिसीवर यह गणना कर सकता है कि उपग्रह से इसकी दूरी लगभग 300 हजार मीटर है, उपग्रह 2 से 600 हजार मीटर और उपग्रह 3 से 900 हजार मीटर है।

GPS उपग्रह डेटाबेस से लुकअप तालिका का उपयोग करके , आपके फ़ोन का GPS रिसीवर सभी तीन उपग्रहों की पृथ्वी पर अनुमानित वर्तमान स्थान को जानता है, जो तीनों के देशांतर और अक्षांश निर्देशांक प्रदान करता है। 

उस जानकारी के साथ, आपका फ़ोन पृथ्वी पर आपके देशांतर और अक्षांश निर्देशांकों^{(your own longitude and latitude coordinates)} की गणना करने में सक्षम है ।

आपके ज्ञात निर्देशांकों का उपयोग करते हुए, आपका GPS रिसीवर तब अपने और चौथे उपग्रह के बीच मापी गई दूरी का उपयोग करके यह निर्धारित कर सकता है कि आप ^(GPS)पृथ्वी^(Earth) से कितनी ऊँचाई पर स्थित हैं।

असिस्टेड ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम क्या है?^{(What Is An Assisted Global Positioning System?)}

इससे पहले कि स्मार्टफ़ोन GPS^(GPS) सर्किटरी को एकीकृत करना शुरू करें, लोग आमतौर पर AA बैटरी से चलने वाले हैंडहेल्ड GPS रिसीवर का उपयोग करेंगे। ^(GPS)या फिर वे कारों में जीपीएस^(GPS) यूनिट लगाते, जो फोन की बैटरी से जुड़ी होती।

ऐसा इसलिए था क्योंकि रेडियो संचार के लिए अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है। इसकी सीमा यह है कि आपको अक्सर अपने जीपीएस^(GPS) रिसीवर के लिए अपनी स्थिति की गणना करने के लिए पर्याप्त जीपीएस^(GPS) उपग्रहों को "लॉक ऑन" करने के लिए कई मिनट इंतजार करना पड़ता है।

सेल्युलर त्रिभुज की अपनी मौजूदा तकनीक को मिलाकर स्मार्टफोन निर्माताओं ने बैटरी की इस सीमा को पार कर लिया। फोन जीपीएस सक्षम होने से ^(GPS)बहुत पहले, वे ^(Long)जीपीएस^(GPS) उपग्रहों  के समान त्रिभुज टाइमस्टैम्प और दूरी तकनीक का उपयोग करके, आपकी स्थिति को त्रिभुज करने के लिए सेलफोन टावरों से आने वाले सिग्नल का उपयोग कर सकते थे।

दुर्भाग्य से, क्योंकि सेल फोन टावर जमीनी स्तर पर हैं, यह नौवहन गणना बहुत कम सटीक है। तो आपका स्मार्टफोन जीपीएस^(GPS) सॉफ्टवेयर पहले आपकी अनुमानित स्थिति निर्धारित करने के लिए सेल सिग्नल त्रिकोणासन का उपयोग करेगा, और फिर सैटेलाइट जीपीएस^(GPS) डेटा तैयार होने के बाद उस स्थिति को अपडेट कर देगा।

यह आधुनिक स्मार्टफ़ोन को केवल GPS^(GPS) डेटा का उपयोग करके बैटरी पावर आरक्षित करने की अनुमति देता है जब उन स्थान अपडेट की आवश्यकता होती है। यही कारण है कि अधिक सटीक डेटा उपलब्ध होने पर आप अक्सर Google मानचित्र^{(Google Maps)} पर अपना स्थान देख^{(see your location)} सकते हैं, कभी-कभी किसी नए स्थान पर कूद जाते हैं।

HDG Explains : How Does GPS Work?

The last time you usеd your 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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