Skip to content

GPS-3 Mystery Cache

Hidden : 4/18/2011
Difficulty:
4 out of 5
Terrain:
1 out of 5

Size: Size:   micro (micro)

Join now to view geocache location details. It's free!

Watch

How Geocaching Works

Please note Use of geocaching.com services is subject to the terms and conditions in our disclaimer.

Geocache Description:

[Czech only]
Keš je typu mystery, na úvodních souřadnicích nic nehledejte, finální souřadnice získáte dle zadání v listingu. Tato keš je součástí tématické série věnované satelitům, zaznamenejte si proto bonusový kód, bude se vám hodit po dokončení celé série.

V této kešce se podíváme trochu blíž na GPS satelit a na to, jak funguje.

Satelit GPS

Nejnápadnější částí satelitu jsou asi jeho "křídla", což jsou ve skutečností solární panely, které jsou hlavním zdrojem energie satelitu. U GPS satelitů první generace byl výkon těchto solárních panelů přibližně 400 W. S postupným vylepšováním nových modelů satelitů rostla i jejich spotřeba. Satelity řady IIA jsou vybaveny panely s výkonem asi 700 W, pozdější satelity řady IIR mají solární panely s výkonem nad 1100 W. Nejnovější satelit série IIF, který je v době vzniku této kešky na oběžné dráze zatím jediný, má solární panely o výkonu okolo 2450 W. S rostoucí elektrickou spotřebou satelitů a výkonem solárních panelů roste příslušně i "rozpětí křídel" satelitů, které u satelitů řady IIA dělá 530 cm, u řady IIR 1140 cm a u nejnovějšího IIF úctyhodných 35,5 metrů. Elektřinou vyrobenou v solárních panelech je napájena veškerá elektronika satelitu a ještě jsou z nich dobíjeny akumulátory, které pak napájejí satelit v době, kdy prolétá zemským stínem a solární panely elektřinu nevyrábí.

Akumulátor používaný v prvních GPS satelitech

Další nutnou součástí GPS satelitů jsou anténky, kterých je na prvním obrázku vidět hned několik. Jednak jsou to samozřejmě vysílací antény, které vysílají navigační signály pro nás kačery (a též pro ostatní uživatele GPS). Dále pak antény sloužící pro komunikaci s pozemními řídícími centry, u novější modelů i antény pro komunikaci mezi satelity navzájem. Velmi důležitá je prý i nulovací anténa, která má za úkol předcházet (ať už záměrnému nebo náhodnému) rušení GPS signálu. Mimo to jsou ještě na povrchu GPS satelitů umístěny detektory atomových výbuchů a další nezbytná špionážní zařízení. Uvnitř, pod ochranným pláštěm se pak nachází srdce GPS satelitu, kterým jsou přesné atomové hodiny.

Atomové hodiny

Kvůli zajištění vyšší spolehlivosti a delší životnosti satelitu je těch srdcí hned několik. Satelity řady IIA mají dvoje hodiny césiové a dvoje přesnější hodiny rubidiové. U satelitů řady IIR je to pak trojice atomových hodin rubidiových. U budoucích GPS satelitů se počítá s využitím hodin na principu vodíkového maseru, které by měly být ještě přesnější. Přesný čas je v GPS satelitech potřebný právě pro vysílání navigačních signálů. Hodně zjednodušeně si princip GPS navigace můžeme představit tak, že všechny satelity vyšlou současně přesně ve stejný okamžik radiový signál. Váš přijímač zachytí tento signál s určitým zpožděním, protože rádiové vlny se šíří konečnou rychlostí (rychlostí světla). A protože je vzdálenost mezi přijímačem a jednotlivými satelity různá, liší se i doba, kterou navigační signál potřeboval k překonání této vzdálenosti. Ač tedy signály ze všech GPS satelitů byly vyslány ve stejnou dobu, do příjímače dorazí s různým zpožděním (od zhruba 67 do 86 milisekund), a právě z tohoto rozdílného zpoždění signálu pak přijímač vypočítává souřadnice své polohy. Přesné tikání atomových hodin GPS satelitu, potřebné pro přesnou navigaci, částečně narušují jevy vyplývající z teorie relativity, a sice to, že při velkých rychlostech a působením gravitace se tok času zpomaluje. Oběžná dráha satelitů není dokonale kruhová, proto rychlost ani gravitace na satelity působící není konstantní, a přesný čas atomových hodin se musí neustále korigovat.

Představu o rozměrech GPS satelitů a o tom, jak to vypadá uvnitř si můžete udělat z následujícího obrázku.

Satelit GPS ve výrobě

Současné GPS satelity váží něco okolo 2 tun a cena každého z nich je minimálně 40 milionů dolarů.

A teď už ke kešce.
Výchozí souřadnice Vás zavedou před budovu katastrálního úřadu ve Zlíně, před kterou se nachází zajímavá skulptura ve tvaru zemského glóbu.

Globus před budovou katastrálního úřadu

Zde kešku nehledejte. Ta se nachází na souřadnicích, které máte vypočítat podobně, jako to dělá Vaše navigace, kdykoliv ji o to žádáte. Tak proč byste si to jednou nezkusili spočítat sami?

V přiložené tabulce najdete přesné souřadnice čtyř satelitů vyjádřené v geocentickém ECEF XYZ souřadnicovém systému v metrech. Časové údaje v tabulce udávají, o kolik nanosekund se signál z příslušného satelitu zpozdil oproti signálu ze satelitu, který dorazil do přijímače jako první (tj. oproti signálu ze satelitu č. 11).


satelit č. 11 19 22 28
X [m] 16760934 24823082 -2580163 6598142
Y [m] -2352487 7345523 19029729 -19256089
Z [m] 20185742 6709304 18473580 17438988
δt [ns] 0 4917495 10097073 13069143


Aby se předešlo nejednoznačnostem, zadání je značně zidealizováno, všechny rušivé nebo zkreslující jevy (např. zpoždění signálu v ionosféře či Sagnacovo zakřivení) byly ignorovány a jejich korekce do výpočtu zahrnovat nemusíte. Za rychlost světla, kterou budete pro výpočet potřebovat, dosaďte hodnotu 299792458 m/s. Pozor na možnou chybu v určení severní šířky - je potřeba výsledné geocentrické XYZ souřadnice převést na souřadnice geodetické.

Pokud se Vám podaří finální souřadnice vypočítat, jistě pro Vás už nebude problém zjistit, kolik celých milisekund trvala cesta signálu ze satelitu č. 11 do GPS přijímače. Zjištěný počet milisekund si zapište jako bonusový kód z této kešky, bude se Vám možná brzy hodit.

Přeji příjemný lov!


Aktualizace 2/2016: Pokud se Vám nechce počítat nebo nevíte, jak na to, připravil jsem pro Vás řešení matematické úlohy ze zadání jako soubor v Excelu. Najdete v něm připravené vzorce pro numerické řešení a snad i srozumitelný návod, na co kliknout, aby se výpočet provedl. Pro vážné zájemce je tam pak i ukázka přesného analytického řešení. Chcete-li soubor s řešením získat, pokračujte zde.




Součástí série jsou kešky:


Poznámka: V rámci zabezpečení proti vymudlení skrýše prosím nelogujte na místě nálezu. K vytažení krabičky z úkrytu doporučuji použít magnet. Taky pozor na případné mudly pozorojící vás z "rozhledny". Díky!

Ověření souřadnic je s přesností 3 metry.

Additional Hints (Decrypt)

gehoxn i xebií, cbhžvw zntarg

Decryption Key

A|B|C|D|E|F|G|H|I|J|K|L|M
-------------------------
N|O|P|Q|R|S|T|U|V|W|X|Y|Z

(letter above equals below, and vice versa)