Как работает GPS без интернета и SIM-карты

Спутники GPS: простое объяснение

Глобальная система позиционирования (GPS) — это спутниковая группировка, управляемая Космическими силами США. Вот как она работает на самом базовом уровне:

• 31 спутник вращается вокруг Земли на высоте около 20 200 km по средней околоземной орбите
• На каждом спутнике установлены сверхточные атомные часы, и он непрерывно передаёт радиосигнал с идентификатором спутника, его текущим положением на орбите и точной временной меткой
• Эти сигналы распространяются со скоростью света к поверхности Земли
• Наземный приёмник GPS одновременно принимает сигналы от нескольких спутников
• Измеряя время прохождения каждого сигнала, приёмник вычисляет расстояние до каждого спутника
• Зная расстояния как минимум до 4 спутников, приёмник может вычислить точные трёхмерные координаты (широту, долготу и высоту) методом трилатерации

Ключевой момент: весь этот процесс односторонний. Спутники передают сигналы. Ваш приёмник их принимает. Он ничего не передаёт спутникам в ответ. Спутники не знают о существовании вашего устройства. Интернет не используется ни на одном этапе.

GPS работает одинаково и в центре города, и на удалённой горной вершине. Для спутников нет разницы. Они просто передают сигналы.

Почему самой системе GPS не нужен интернет

Для конечных пользователей GPS по своей сути является пассивной системой, работающей только на приём. Сигнал от спутников до вашего приёмника передаётся исключительно радиоволнами через атмосферу. Никакого сетевого подключения, сервера или тарифного плана.

Встроенная GPS-навигация вашего автомобиля десятилетиями работает автономно. Специализированные туристические устройства GPS, такие как Garmin eTrex, всегда работали без сотовой связи. Авиационные навигационные системы вычисляют местоположение без подключения к интернету. Все они используют одни и те же спутниковые сигналы GPS — интернет не требуется.

Стандарт GPS даже намеренно не предусматривает шифрование или контроль доступа в гражданском диапазоне сигнала (L1, 1575,42 MHz) — он специально разработан так, чтобы любой человек с совместимым приёмником мог бесплатно принимать сигнал в любой точке Земли.

Чип-приёмник GPS стоит несколько долларов, потребляет умеренное количество энергии и вычисляет точные координаты, используя только радиосигналы из космоса — без подписки, подключения и облака.

Для чего ДЕЙСТВИТЕЛЬНО нужен интернет: большинство коммерческих GPS-трекеров

Если GPS сам по себе работает без интернета, почему большинству GPS-трекеров нужен тариф с мобильным интернетом?

Ответ кроется во второй части задачи: передаче местоположения с трекера на ваш телефон.

GPS сообщает трекеру, где он находится. Но трекер в поле, на ошейнике собаки или на дроне физически отделён от вас. Кто-то должен передать эти координаты GPS на ваше устройство. Именно на этом этапе большинство производителей создают зависимость от интернета.

Типичная архитектура сотового GPS-трекера:

1. Чип GPS вычисляет координаты (офлайн, интернет не нужен)
2. Встроенная SIM-карта подключается к сотовой сети (нужен тариф с передачей данных)
3. Координаты загружаются на облачный сервер производителя (нужен интернет)
4. Приложение на вашем телефоне запрашивает данные с облачного сервера через интернет (нужен интернет)
5. Приложение показывает местоположение на карте

Для шагов 2, 3 и 4 нужна интернет-инфраструктура. Без сотового покрытия вся цепочка обрывается после первого шага. Поэтому сотовые GPS-трекеры не работают в удалённых районах — не потому, что перестал работать GPS, а потому, что пропала связь на этапе передачи данных. Та же SIM-карта — причина, по которой большинство трекеров для питомцев требуют ежемесячной оплаты; трекер для собаки без подписки должен передавать координаты другим способом.

Это архитектурное решение, а не техническая необходимость. Координаты GPS можно передавать без интернета и другим способом.

Как LoRa заменяет сотовую связь при передаче координат

Радиосвязь LoRa (Long Range) — это альтернативная технология передачи данных, позволяющая передавать координаты GPS на большие расстояния без сотовой инфраструктуры.

LoRa использует нелицензируемые радиодиапазоны ISM (868 MHz в Европе и 915 MHz в Северной Америке) для прямой передачи небольших пакетов данных, включая координаты GPS, с одного устройства на другое. Это прямая радиосвязь между двумя устройствами, по принципу похожая на рацию, но с гораздо большей дальностью и значительно меньшим энергопотреблением.

Радиопередатчик LoRa мощностью 14 dBm способен надёжно передать пакет координат GPS на 15–20km по открытой местности. Приёмнику не требуется подключение к интернету, вышке сотовой связи или какой-либо инфраструктуре. Достаточно находиться в пределах радиуса действия.

Именно так работает Loko. Координаты GPS, вычисленные трекером Loko Air, передаются по LoRa на приёмник Loko Ground у вас в руках — полностью в обход интернета. Передача данных работает офлайн, как и приём GPS. Если вы сравниваете эту систему с сотовым ошейником для собак, узнайте, чем автономная альтернатива Tractive отличается по покрытию, дальности и стоимости.

Полная автономная цепочка: от спутника до экрана

Вот полный путь сигнала в системе Loko — обратите внимание, что на каждом этапе используется локальная радиосвязь без участия интернета:

Как работает GPS: часто задаваемые вопросы