GPSچیست ؟
سیستم مکان یابی جهانی ( Global Positioning System ) یک سیستم هدایت ( ناوبری ) ماهواره ای است شامل شبکه ای از 24 ماهواره درگردش که درفاصله 11 هزارمایلی ودر شش مدارمختلف قراردارند .
ماهوارها درحال حرکت می باشند .
ودرعرض 24 ساعت دوبارکامل برگرد زمین می گردند .
( باسرعتی درحدود 108 مایل درثانیه )
ماهوارهای GPS به نام NAVSTAR شناخته می شوند .
لازمه هرگونه آشنایی با GPS فراگیری ماهیت اصلی این ماهوارها می باشد .
اولین ماهواره GPS درفوریه 1978 پرتاب شد .
وزن هرماهواره تقریباً / 2000 پاوند ودارای صفات آفتابی به پهنای 17¬f می باشد .
وقدرت فرستنده آن 50 وات ویا کمتر می باشد.
هر ماهواره 2 سیگنال ارسال می کند: L1 و L2 .
GPS های غیر نظامی از فرکانس 42MHZ.1575 :L1 استفاده می کننند .
هر ماهواره حدوداً 10 سال فعال می ماند وجایگزینی ماهوارها بموقع انجام وماهواره های جایگزین به فضا پرتاب می گردند .
برنامه شبکه GPS هم اکنون تا سال 2006 تنظیم وجایگزینی های لازمه ترتیب داده شده اند .
مسیر گردش ماهوارها آنها را بین عرض جغرافیایی 60 درجه شمالی و60 درجه جنوبی قرارمی دهد .
این امر به معنی آن است که درهرنقطه از زمین ودرهرزمان می توان سیگنال های ماهواره أی را دریافت نمود.
وهرچه به قطبهای شمال – جنوب نزدیک شویم نیز همچنان ماهوارهای GPS را خواهیم دید .
هرچند دقیقاً در بالای سرما نخواهند بود واین در دقت وصحت عمل آنها در این نقاط تاثیرمی گذارد .
یکی از بزرگترین مزایای رهیابی بوسیله GPS نسبت به روشهای دیگر زمینی آن است که این سیستم درهر شرایط جوی و بدون توجه به نوع کاربرد گیرنده GPS بخوبی کارمی کند .
اطلاعاتی که یک ماهواره GPS ارسال می کند چیست ؟
سیگنال GPS شامل : یک کد شبه تصادفی Pseudo Random Code ، داده ای بنام ephemeris ویک داده تقویمی بنام almanac می باشد.
کد شبه تصادفی مشخص کننده ماهواره ارسال کننده اطلاعات ( کد شتاسایی ماهواره ) می باشد.
هرماهواره باکدی مخصوص شناسایی می شود : RPN
( Random Code Pseudo ) این عددی است بین 1و 32 .
این عدد درگیرنده هر GPS نمایش داده میشود .دلیل اینکه تعداد این شناسه ها بیش از 24 می باشد امکان تسهیل درنگهداری شبکه GPS باشد .
زیرا ممکن است یک ماهواره پرتاب شود و شروع بکار نماید قبل از اینکه ماهواره قبلی از رده خارج شده باشد .
به این دلیل ازیک عدد دیگر بین 1و 32 برای شناسایی این ماهواره جدید استفاده می شود .
داده Ephemris دائماً بوسیله ماهوارها ارسال میگردد وحاوی اطلاعاتی درمورد : وضعیت خود ماهواره ( سالم یا ناسالم ) و تاریخ وزمان فعلی می باشد .
گیرنده GPS بدون وجود این بخش از پیام درمورد زمان وتاریخ فعلی درکی ندارد .
این بخش پیام نکته اساسی برای تعین مکان می باشد.
Almanac داده أی را انتقال می دهد که نشان دهنده اطلاعات مداری برای هرماهواره وتمام ماهوارهای دیگر سیستم می باشد .
حال میتوان شیوه کار GPS را بهتر بررسی کرد .
هرماهواره پیامی را ارسال می کند که بطور ساده می گوید :
من ماهواره شماره X هستم ، موقعیت فعلی من Y است ، و این پیام در زمان Z ارسال شده است .ً
هر چند که این شکل ساده شده پیام ارسالی است ولی می تواند کل طرز کار سیستم را بیان نماید .
گیرنده GPS پیام را می خواند و داده های almanac و ephemeris را جهت استفاده بعدی ذخیره می نماید .
این اطلاعات می توانند برای تصحیح و یا تنظیم ساعت درونی GPS نیز به کار روند .
حال برای تعیین موقعیت ، گیرنده GPS زمانهای دریافت شده را با زمان خود مقایسه می کند .
تفاوت این دو مشخص کننده فاصله گیرنده GPS از ماهواره مزبور می باشد .
این عملی است که دقیقاً یک گیرنده GPS انجام می دهد .
با استفاده از حداقل سه ماهواره یا بیشتر ، GPS می تواند طول و عرض جغرافیایی مکان خود را تعیین نماید .
( که آن را تعیین دو بعدی می نامند .
) و با تبادل با چهار ( و یا بیشتر ) ماهواره یک GPS می تواند موقعیت سه بعدی مکان خود را تعیین نماید که شامل طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع می باشد .
با انجام پشت سر هم این محاسبات ، GPS می تواند سرعت و جهت حرکت خود را نیز به دقت مشخص نماید .
یکی از عواملی که بر روی دقت عمل یک GPS اثر می گذارد .
شکل قرار گرفتن ماهواره ها نسبت به یکدیگر می باشد .
(از نقطه نظر GPS )
اگر یک GPS با چهار ماهواره تبادل نماید و هر چهار ماهواره در شمال و شرق GPS باشند طرح و هندسه این ماهوارها برای این GPS بسیار ضعیف میباشد و شاید GPS قادر نباشد مکان یابی نماید.
زیرا تمام اندازه گیریهای فاصله در یک جهت عمومی قرار دارند.
مثلث سازی ضعیف است وناحیه مشترک بدست آمده ازاشتراک این مسافت سنجی ها وسیع می باشد ( مکانی که GPS برای مکان خود تصورمی کند بسیار وسیع می باشد ودر نتیجه تعیین دقیق محل آن ممکن نیست ) دراین موقعیتها حتی اگر GPS مکان یابی را انجام دهد وموقعیتی راگزارش نماید دقت آن نمی تواند زیاد خوب باشـــــــد ( کمتر از500-300 فیت ).
اگر همین چهارماهواره درچهارجهت ( شمال ، جنوب ، شرق ، غرب ) وبا زوایای 90 درجه قرارداشته باشند .
طرح این چهار ماهواره برای GPS مزبور بهترین حالت می باشد چراکه جهات مسافت سنجی چهار جهت متفاوت و نقطه اشتراک این مسافت سنجی ها بسیار کوچک می باشد .
وهرچه این نقطه اشتراک کوچکتر باشد به معنی آن است که بیشتر به نقطه واقعی حضورخود نزدیک شده ایم .
دراین موقعیت دقت عمل کمتر از100فیت می باشد .
طرح وهندسه قرارگرفتن ماهواره ها هنگامیکه GPS نزدیکی ساختمانهای بلند، قلل کوهها ، دره های عمیق ویا در وسایل نقلیه قرارگرفته باشد به مساله مهمتری تبدیـل می گردد .اگر مانعی در رسیدن سیگنالهای بعضی از ماهواره ها وجود داشته باشد GPS می تواند از بقیه ماهواره ها بـــرای مکان یابی خود استفاده نماید.
هرچه این موانع بیشتر و شدیدتر شوند مکان یابی نیز مشکل تر می گردد .
یک گیرنده GPS نه تنها ماهواره های قابل استفاده را تشخیص می دهد بلکه مکان آنها را درآسمان نیز تعین می کند .
( ارتفاع و زاویه ) منبع دیگرایجاد خطا ً چند مسیری ً می باشد .
ً چند مسیری ً نتیجه انعکاس سیگنال رادیویی به وسیله یک شی می باشد .
این پدیده باعث ایجاد تصاویر سایه دار در تلویزیونها می گردد هر چند در آنتنهای جدید این شکل به وجود نمی آید ، این پدیده در آنتنهای رو تلویزیونی قدیمی به وجود می آمد.
بروز این اختلال برای GPS ها به این شکل است که امواج بعد از انعکاس به وسیله اشیاء ( مانند ساختمانها یا زمین ) به آنتن GPS برسند .
در این صورت سیگنال مسیر بیشتری را تا رسیدن به آنتن GPS طی می کند و این باعث می شود که GPS فاصله ماهواره را بیشتر از آنچه هست محاسبه نماید .
که باعث ایجاد خطا در مکان یابی نهایی می گردد.
در صورت بروز این اختلال تقریباً 15 فیت بر خطای نهایی افزوده می شود .
منبع دیگری نیز برای ایجاد خطا ممکن است وجود داشته باشند .
افزایش تاخیر ( delay ) به دلیل اثرات جوی نیز می تواند برروی دقت کار اثر بگذارد .
همچنین خطاهای ساعت داخلی GpS .
در هر دو این موارد گیرنده GPS طوری طراحی شده است که این اثرات را جبران نماید .
ولی خطاهای کوچکی بر اساس همین اثرات همچنان بروز خواهند کرد .
در عمل ، دقت کار یک GPS غیر نظامی معمولی ، با توجه به تعداد ماهواره های تبادلی و طرح قرار گرفتن آنها بین 60 تا 225 فیت می باشد.
GPS های پیچیده تر و گرانتر می توانند با دقتهایی در حد سانتیمتر کارکنند .
ولی دقت یک GPS معمولی نیزمی تواند به کـــمک پـــردازشی بـــه نـــام DGPS ( Differential GPS ) به حدود 14 فیت یا کمتر برسد .
سرویسهای DGPS با هزینه کمی قابل اشتراک می باشند .
سیگنال تصحیحات DGPS توسط سازمان Army Corps Of Engineers و از ایستگاههای مخصوص ارسال می گردد .
این ایستگاهها در فرکانس KHZ .325- 283.5 کار می کنند تنها هزینه استفاده از این سرویس خریدن یک دامنه از این سیگنالها می باشد .
با این کار یک گیرنده دیگر به GPS ما متصل می شود ( از طریق یک کابل سه رشته ای ) و عمل تصحیح را طبق یک روش استاندارد به نام ( RTCM SC-104 ) انجام می دهد .
اشتراک سرویسهای DGPS از طریق امواج رادیویی FM نیز ممکن می باشد .
چه کسانی از GPS استفاده می کنند ؟
GPS ها دارای کاربردهای متنوعی در زمین ، دریا و هوا می باشند ، اساساً GPS هر جایی قابل استفاده است مگر در نقاطی که امکان وصول امواج ماهواره درآنها نباشد مانند داخل ساختمانها ، غارها ونقاط زیرزمینی دیگر و یا زیر دریا ، کاربردهای هوایی GPS در رهیابی برای هوانوردی تجاری میباشد .
در دریا نیز ماهیگیران ، قایقهای تجاری ، ودریا نوردان حرفه أی از GPS برای رهیابی استفاده میکنند .
استفاده های زمینی GPS بسیار گسترده تر می باشد .
مراکز علمی از GPS برای استفاده از قابلیت و دقت زمان سنجی اش واطلاعات مکانی اش استفاده می کنند .
نقشه برداران از GPS برای توسعه منطقه کاری خود بــــهره می گیرند .
سایتهای گرانقیمت نقشه برداری دقتهایی تا یک متر را فراهم می آورند .
GPS ها علاوه بر صرفه جویی دقتهای بهتری را برای این سایتها به ارمغان می آورند .
استفاده های تفریحی از GPS نیز به تعداد تمام ورزشهای تفریحی متنوع است .
به عـنوان مثال برای شکارچیان ، برف نوردان ، کوهنوردان وسیاحان و… در نهایت باید گفت هرکسی که می خواهد بداند که درکجا قراردارد ، راهش به چه سمتی است ، ویا با چه سرعتی درحرکت است می تواند از یک GPS استفاده کند .
در خودروها نیز وجود GPS به امری عادی بدل خواهد شد.سیستم هایی درحال تهیه است تا درکنار هر جاده ای با فشار دادن یک کلید موقعیت به یک مرکز اورژانس انتقال یابد .
( بوسیله انتقال موقعیت فعلی به یک مرکز توزیع ) سیستم های پیچیده دیگری موقعیت هر خودرو را دریک خیابان ترسیم می کنند این سیستمها به راننده بهترین مسیر برای رسیدن به یک هدف خاص را پیشنهاد می کنند .
GPS چیست ؟
GPS یعنی سیستم موقعیت یاب جهانی این سیستم تشکیل شده است از یک شبکه 24 ماهواره ای در مدار زمین که توسط وزارت دفاع دولت آمریکا پشتیبانی میشود.
هـدف اصـلی و اولـیـه از طـراحـی GPS ، اهـداف نـظامـی بـوده امـا از ســال 1980 به بـعــد بـرای اسـتـفاده های غــیر نـــــظامی نیز در دسترس قرار گرفت.
GPS در تمام شرایط بصورت 24 ساعت در شبانه روز و در تمام دنیا قابل استفاده می باشد .
و هیچ گونه بهائی بابت این خدمات اخذ نمی شود.
GPS چطور کارمی کند ؟
ماهواره های GPS هر روز دوبار در یک مدار دقیق دور زمین میگردند و سیگنال های حاوی اطلاعات را به زمین می فرستند.
GPS براساس زمان مقایسه زمان ارسال و دریافت سیگنال توسط یک ماهواره کار می کند .
اختلاف زمان مشخص می کند که گیرنده GPS چقدر از ماهواره دور است .
حال با انداره گیری مسافت از چند ماهواره گیرنده GPS میتواند موقعیت کاربر را مشخص نموده حتی روی نقشه الکترو نیکی نمایش دهد.
یک گیرنده GPS بایستی حداقل سیگنالهای 3 ماهواره را برای تعیین دقیق 2 موقعیت (طول و عرض جغرافیایی ) یک شیء دریافت نماید و سیگنالهای 4 ماهواره یا بیشتر میتواند 3 موقعیت (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع ) را نشان دهد.
هم چنین ازGPS میتوان برای اندازه گیری سرعت ، جهت یابی ، جستجو ، مسافرت طولانی ،رفتن به مقصد ، زمان طول و مغرب خورشید و غیره نیز استفاده کرد .
سیستم ماهواره ای GPS: 24 مارهواره در بخش های مختلف فضای زمین در مداری خاص با فاصله حدود 12000 مایلی بالای سر ما قرار گرفته است.
آنها با یک سرعت ثابت در حرکتند و در هر 24 ساعت دوبار دور زمین را با سرعتی معادل 7000 مایل در ساعت می گردند.
ماهواره های GPS توسط انرژی خورشید تغذیه میشوند آنها مجهز به باطریهای قابل شارژ اتوماتیک برای زمانهای بارندگی یا خورشید گرفتگی می باشند.
yocket booster های کوچک روی هر ماهواره آنها را دریک مسیر پروازی صحیح نگهداری می کنند.
از ماهواره های GPS بیشتر بدانید: اولین ماهواره GPS در سال 1978 با موفقیت به فضا پرتاب شد.
- درسال 1994 تمامی 24 ماهواره در مدار زمین قرار گرفت.
- هر ماهواره برای 10 سال مأموریت ساخته میشود و پس از طی این زمان