GPS如何缩放和处理每秒可能数百万的请求并实时响应？

如今，几乎每个人在某个地方拥有智能手机或某种GPS设备。这些设备似乎也可以实时更新。GPS卫星如何能够响应来自数百万个不同设备的潜在数以百万计的请求，并实时无延迟地更新所有数百万个设备。

据我了解，如果没有适当的准备，即使流量成千上万的网站也会放慢速度，GPS如何处理似乎无法处理的流量，甚至对于超级计算机来说也难以应付。

如果有人站在大城镇的山顶上，大喊“蒙古人来了！” 然后每个人都知道发生了什么事，然后他们便出了城。监视不必说“嘿蒂米：蒙古人来了！嘿约翰：蒙古人来了！嘿莎拉...”

GPS只是轨道上一群叫着“我在这里！”的卫星。在无线电频率上。GPS接收器只是试图找出不同的卫星在尖叫它们的位置，然后对数字进行计算：“如果卫星1在那边，卫星2在那边，而卫星3恰好在那个地方……那么我必须在这里某处”。

从技术上讲，接收器正在侦听每个GPS卫星的时间戳和轨道位置。它计算不同卫星的信号到达接收器所花费的时间，从而为接收器提供距每颗卫星的距离。给定到每颗卫星的距离，您就会知道自己的位置。

怎么样？想象一下，在轨道上的三颗卫星和您在地球上，中间有长杆。这些棍子只会在一个地方碰面。有了一颗卫星和一根固定长度的摇杆，您就可以在卫星周围的任何地方。有了两颗卫星，您就可以位于两颗卫星之间以圆为中心的任何地方。使用三颗卫星，您的位置通常只能在一处。通常，无论如何精度都需要四颗卫星。（与卫星的距离的计算通常不是那么精确，因此知道与更多卫星的距离更好）

GPS卫星仅是发射机（就GPS信号而言），另一端仅是接收机。没有双向通信，因此不需要卫星来关心设备的数量。基本上，卫星在特定时间发送自己的位置，接收器通过使用该信息来计算其位置，因此所有工作都由接收器完成。

简而言之，没有“请求”，就像没有对传统模拟广播和电视的“请求”一样。

卫星不响应。他们发送信号，GPS客户端接收信号。我的意思是您的GPS设备不需要向卫星发送任何东西，只需从卫星接收就可以了。您的GPS设备需要从更多的卫星接收信号，然后进行一些数学运算以计算其自身位置。

因此，简短的答案是：大规模并行化。:-)

从每颗卫星到您的位置的距离，是根据信号在头顶上方传播20,200公里（12,600英里）所需的时间（到地平线时可达26,600公里（16,500英里））至接收器的时间来计算的。当信号以300,000 km / s的速度传播时，所花费的时间介于89到67毫秒之间，因此必须以纳秒的精度进行测量。GPS最引人注目的事情之一就是如何使接收器中的便宜而简单的时钟具有与卫星上非常复杂而又昂贵的时钟相同的精度。

达伦（Darron）解释了如何使用四颗卫星获得此修复程序。一个定义一个球体，第二个将其相交为一个圆，第三个将球切成两个点，第四个将这两个点区分开。如果假设接收器位于地球表面附近，则可以使用它代替第四颗卫星的测量值。理想情况下，这些都应在单个点处相交，但实际上，如果不进行校正，由于接收器时钟快或慢运行，它们会稍微散开。通过调整时钟频率以尽可能地接近匹配，可以获得所需的定时精度。剩余的价差是修复精度的度量。

在过去用天文钟进行经度导航的过程中，真正需要的只是一个极其稳定的时钟。尽管时钟会稍微慢一些或快一些，但是只要知道频率就没关系。然后，您可以轻松地从速率中计算出准确的时间，以及根据准确的时间检查时钟的时间，例如在港口开枪中午枪。同样，GPS接收器真正需要的是一个简单但稳定的时钟，其时钟速率如上计算得出，相当于给您“手中的原子钟”。