GPS รู้ตำแหน่งเราและความเร็วได้ไง?

เวลาเราเปิดแผนที่หรือแอปนำทาง หลายคนจะคิดว่า GPS “รู้” ตำแหน่งเราเหมือนมีคนตามดู แต่จริงๆ มันคือการคำนวณจากสัญญาณดาวเทียมล้วนๆ (GLOBAL POSITIONING SYSTEM / Navstar) โดยเครื่องในมือถือหรือกล่อง GPS ของรถทำหน้าที่เป็น “ตัวรับสัญญาณ” ไม่ได้ส่งตำแหน่งเราขึ้นไปหาดาวเทียม 1) GPS หาตำแหน่ง (latitude/longitude) ได้ยังไง? หลักๆ คือ 3-D trilateration หรือการหาตำแหน่งจาก “ระยะทาง” ไปยังดาวเทียมหลายดวง เครื่องจะฟังสัญญาณที่ดาวเทียมส่งลงมาพร้อมข้อมูลเวลา เมื่อสัญญาณเดินทางมาถึงเครื่องรับ จะเอา “ความต่างของเวลา” คูณด้วยความเร็วแสง (SPEED OF LIGHT) เพื่อประมาณระยะทางถึงดาวเทียมแต่ละดวง - ถ้ามี 3 ดวง จะพอเดาตำแหน่งบนพื้นผิวได้คร่าวๆ - แต่ในชีวิตจริงมักใช้ 4 ดวงขึ้นไป เพื่อคำนวณได้ครบทั้งละติจูด ลองจิจูด และความสูง พร้อมทั้งชดเชยความคลาดเคลื่อนของนาฬิกาในเครื่องรับ (ดาวเทียมใช้นาฬิกาอะตอมที่แม่นมาก มือถือเราไม่แม่นระดับนั้น) 2) แล้ว GPS คำนวณความเร็วได้ไง? วิธีที่เจอบ่อยมี 2 แบบ - แบบง่าย: เอาตำแหน่ง 2 จุดมาหาระยะทาง แล้วหารด้วยเวลา (ความเร็วเฉลี่ยช่วงสั้นๆ) ยิ่งสัญญาณนิ่ง ค่าจะยิ่งเนียน - แบบแม่นกว่า: ใช้การเปลี่ยนความถี่ของสัญญาณ (Doppler) เพื่อประเมินความเร็วทันที ทำให้ค่า “ความเร็ว GPS” ในรถบางรุ่นนิ่งกว่าการดูจากตำแหน่งอย่างเดียว 3) ทำไมบางทีความเร็ว/ตำแหน่งแกว่ง? จากที่เคยลองเทียบเอง สาเหตุยอดฮิตคือ - ตึกสูง อุโมงค์ ทางยกระดับ ทำให้สัญญาณสะท้อน (multipath) หรือติดๆ ดับๆ - อยู่ในรถแล้ววางมือถือในจุดอับสัญญาณ - อากาศและชั้นบรรยากาศมีผลต่อเวลาที่สัญญาณเดินทาง (คลาดเคลื่อนได้เป็นเมตรๆ) 4) GPS ต่างจาก “จับสัญญาณโทรศัพท์ว่าอยู่ที่ไหน” ยังไง? - GPS: มือถือรับสัญญาณจากดาวเทียม แล้วคำนวณตำแหน่งเอง ความแม่นขึ้นกับจำนวนดาวเทียม/สภาพแวดล้อม - ตำแหน่งจากเครือข่ายมือถือ: ประเมินจากเสาสัญญาณที่เชื่อมอยู่ (หรือหลายเสาร่วมกัน) แม่นน้อยกว่าแต่ใช้ได้แม้ GPS อ่อน ทิปส่วนตัว: ถ้าอยากให้แผนที่ล็อกเร็ว ลองเปิด Location แบบ “ความแม่นยำสูง” และอยู่กลางแจ้งสักพัก ดาวเทียมจะจับได้หลายดวงขึ้น แล้วทั้งตำแหน่งของฉันและความเร็วจะนิ่งขึ้น明显