Global Positioning System

Since  ages  man  has  invented  various  instruments  to  assist  him  in  navigation  on  earth.  Magnetic compass  is  one  of  the  oldest  navigational  instrument  man  has  been  using  for  many  centuries  for direction  identification  on  earth’s  surface.  

Global  Positioning  System  (GPS)  based  devices  are  the latest  navigation  assistance  devices  used  these  days.  GPS  devices  provide  accurate  real  time  location and  much  more  information  to  its  user  for  easier  and  comfortable  navigation  even  through  his  or  her local  streets.  A  commonly  available  GPS  device  is  shown  in  the  figure.  When  fitted  in  a  car,  it  shows speed of the car, time, longitude coordinates and map of near-by area. 

What  is Global  Positioning  System  (GPS)?

Global  positioning  system  GPS  is  a  method  of  identifying  location  or  position  of  any  point  (or  a person)  on  earth  using  a  system  of  24  satellites,  which  are  continuously  orbiting,  observing, monitoring  and  mapping  the  earth  surface.  Every  such  satellite  revolves  around  earth  twice  a  day  at  a distance  of  about  20000  km  from  it.  The  given  figure  shows  sketch  view  of  24  GPS  satellites  orbiting around  the  earth.   The  orbits  of  these  satellites  are  so  aligned  that  at  least  four  of  them  always  keep  looking  any  given point  on  earth  surface.  This  is  minimum  necessary  requirement  for  correct  and  accurate  location identification  through  this  system.  In  the  given  figure,  the  given  location  at  the  instant  is  visible  to  12 satellites. 

Working  principle  of  a  GPS  device 

For  using  the  GPS  system  of  satellites,  a  person  needs  a  GPS  device  fitted  with  a  transmitter/receiver for  sending/receiving  signals  (electromagnetic  radio  waves)  so  that  it  can  link  up  with  GPS  satellites in real time.   The  unique  location  (or  longitude  coordinates)  of  a  GPS  user  is  determined  by  measuring  its  distance from  at  least  three  GPS  satellites.  Based  on  these  distance  measurements,  the  location  calculations  are done  by  the  microprocessor  (computing  device) fitted in the  GPS  device. For  measuring  distance  of  three  GPS  satellites  from  the  GPS  device  user,  the  time  taken  by  a  radio signal to travel from  device  to satellites and  back are  recorded by  the  GPS  device. 

For, example,  if a  radio  signal takes 0.140 seconds  to travel back  from a satellite-1 to its GPS  user.  

Following  the  above  method, let D1, D2  and D3  be  the distances of  three  satellites from a  GPS  device user.  From  this  information,  the  identification  of  unique  location  of  the  GPS  device  user  is  done  as follows: 

(1)  If  user  is  at  a  distance  “D1”  from  satellite-1.  Then  user’s  location  can  be  anywhere  on  a circumference of circle of radius “D1” from satellite-1 as shown in fig below. 

(2)  If  user  is  at  a  distance  “D2”  from  satellite-2.  Then  user’s  location  can  be  either  at  intersecting points  X  or  Y  of  circumferences  of  circles  of  radius  D1  and  D2  from  satellite-1  and  2 respectively as shown in figure below. 

(3)  If  user  is  at  a  distance  “D3”  from  satellite-3.  Then  user’s  location  will  be  at  the  intersecting point  of circumferences  of  circles  of  radius  D1,  D2  and  D3  from  satellite-1,  2  and  3  respectively  as shown in fig(c). i.e. here user is at point Y.

This  way,  minimum  three  satellites  together  provide  the  exact  location  (longitude  coordinates)  of  the GPS  device  user  on his  display  board.   

If  a  person  is  at  some  height  on  earth  surface,  then  using  distance  information  from  minimum  4-GPS satellites even altitude  of  the  user can also be measured. 

It  may  be  noted  that  since  all  24-GPS  satellites  orbit  in  predefined  orbits,  therefore  their  locations  are precisely  predetermined.  It  is  these  known locations  of  3  or  4  -GPS  satellites  (3  or  4  sets  of  longitude coordinates)  and  their  distances  to  GPS  device  that  assist  a  GPS  user  (i.e.  its  computing  device)  in locating  its own longitude  coordinates. 

Applications  of GPS   Global positioning system  has many  day-to-day  applications:   

It helps in navigation on water, air and land.   

It assists in map designing of a  location.   

It helps  automatic  vehicle  movements (without  man)   

One can measure  speed of moving object using this technology.   

One can locate  change  in  position of  glaciers, mountains heights.   

It assists in keeping standard time  world over.   

It  assists  in  tracking  animals  and  birds  and  studying  their  movements  by attaching  GPS devices to their bodies.     

It assists in  airplane  traffic  movement.  

It assists visually impaired in location identification.

Now-a-days,  various  devices  like  mobile  phones,  i-pad  etc.  come  equipped  with  pre-loaded geographical  maps  and  GPS  software  which  identifies  the  location  of  these  devices  using  GPS system. GPS is a free service available to anyone in the world with a GPS device.

Source:- CBSE ONLINE STUDY MATERIAL