همه چیز درباره جی پی اس (GPS)

تکنولوژی تشخیص موقعیت، که به اختصار به آنGPS می گویند، یک پیاده سازی و مدلسازی خاص از یک سیستم کلی با نامGNSS است؛ که به دلیل هماهنگی بیشتر با این سیستم از دقت بسیار بالایی برخودار است. سامانهGPS، به منظور استفاده نظامی تولید شد ولی بعدها مورد استفاده عموم قرار گرفت که ازجمله کارایی آن می توان به تعیین موقعیت افراد یاجهت یابی اشاره کرد.

رپرتاژ آگهی: GPS که به طور رسمی به عنوان سیستم موقعیت یابی جهانی NAVSTAR شناخته می شد، به عنوان یک برنامه فنی مشترک نظامی و تجاری از جمله زیردریایی های موشکی و غیر نظامی مانند:پیش بینی وضعیت آب و هوا به کار می رود.

اساس کار GPS چرخش ۳۱ماهواره درمدار های مختلف به دور زمین است. استفاده از سیگنال های دریافتی از این ماهواره ها برای تعیین موقعیت مکانی ،با استفاده از مفهوم طول و عرض جغرافیایی در پایگاه های داده  (شبکه کنترل زمینی و گیرنده های مقرون به صرفه) هرکسی را قادر می سازد موقعیت سه بعدی خود را در سطح زمین تعین کند.

GPS چگونه کار می کند؟

عملکرد GPSبه سه بخش اصلی تقسیم می شود :

• سیگنال پیدا کردن
• اغام سیگنال ها
• تعیین موقعیت

در هر بخش، ماهواره ها سیگنال های متفاوتی به دریافت کنندهGPSمی فرستند و دریافت کننده با ترکیب این سیگنال ها موقعیت شما را به طور دقیق مشخص میکند .ماهواره های  سایر کشور ها همچون روسیه ،چین،هند که به صورت مستقل و بدون وابستگی به ایالات متحده هستند نیز از این سازو کار پیروی می کنند.

1. بخش فضایی

چرخش ۳۱ماهواره موقعیت یاب در فاصله۲۰۰۰۰کیلومتری از سطح زمین و قرار گیری صحیح در مدار ها (توسط راکتهای کوچک) ،باعث انتقال سیگنال های ناوبری رادیویی و ذخیره آنها و ارسال مجدد پیام ناوبری  ازبخش زمینی به فضا تکرار می شود . برای محاسبه زمان رسیدن سیگنال های GPS ،ازساعت های اتمی در ساختار ماهواره ها استفاده می شود که هماهنگی آنها با ساعت های زمینی ازدقت بالایی برخوردار است.

2. بخش کنترل

برج رادیویی وظیفه مدیریت سیگنال های دریافتی و همچنین بررسی عملکرد صحیح ماهواره ها را بر عهده دارد. بخش زمینیGPS از یک استگاه کنترل اصلی ،شبکه ای از ایستگاه های مانیتور و آنتن های زمینی تشکیل شده است که خطا های ساعت و مدار و همچنین پیام داده های ناوبری را به ماهواره های GPS ارسال می کند.

3. گیرنده یا بخش کاربر

گیرنده های GPS باتوجه به اندازه و سیستم عاملشان کاربرد های متفاوتی در زمینه های نظامی وعلمی (داده های نجومی) و عمومی دارند.این گیرنده ها از آنتنی برای دریافت سیگنال های ارسال شده از ماهواره ها و یک پردازنده برای تفسیر اطلاعات تشکیل شده است.همچنین زمان تشخیص سیگنال ها ثبت می شود.

 

 گیرنده ها در GPS چگونه کار می کنند؟

برای یافتن موقعیت فرد (طول و عرض جغرافیایی) گیرنده ،از اطلاعات همزمان حداقل سه ماهواره استفاده می کند..ماهواره ها از زمان مشخصی شروع به ارسال کد می کنند؛ گیرنده نیز از همان زمان دنباله ای از کد هارا ایجاد می کند؛ هنگامی که سیگنال ارسالی حاوی آخرین کد می رسد،گیرنده براساس دنباله کد های خود می تواند متوجه تاخیر زمانی در کد دریافت شده شود و به این ترتیب زمان سپری شده را محاسبه کند،حاصل ضرب این زمان در سرعت انتشار امواج فاصله جی پی اس از ماهواره است پس از به دست آمدن فاصله از چند ماهواره ،موقعیت در روی زمین توسط جی پی اس مشخص می شود.

گیرنده ها بر اساس اصول موقعیت یابی ماهواره ای و با کمک روش های محاسباتی و مخابراتی ،موقعیت مورد نظر را روی مپ مشخص می کنند..ماهواره چهارم از طریق استفاده از دستگاه های زمینی پیشرفته و سیستم های موقعیت یابی مثلGPS به توزیع و هماهنگی زمان میان کشورها کمک می کند.

تاریخچه قطب نما و مقایسه آن با GPS 

اگر به تاریخچه قطب نما (history of compass) نگاه کنیم، قطب نما یک ابزار جهت‌یابی باستانی است که برای بیش از 2000 سال به عنوان یک کمک حیاتی برای جهت‌یابی عمل کرده است. قطب نماهای اولیه از سوزن های مغناطیسی ساخته شده از مواد معدنی مانند سنگ لودستون تشکیل شده بودند که خود را در جهت شمال به جنوب تراز می کردند و یک نقطه مرجع ثابت برای تعیین جهت فراهم می کردند. چینی های اولیه در حدود 200 سال قبل از میلاد در زمان سلسله هان اولین قطب نماها را اختراع کردند.

در طول چندین قرن بعدی، قطب نماها با سوزن های چرخان و انتقال از شکل های نوک تیز به شکل های گرد بهبود یافتند. در اوایل قرون وسطی، ملوانان اروپایی و عربی شروع به استفاده از قطب نماهای سوزنی چرخان برای جهت‌یابی دریایی کردند. قطب نما سفر دریایی دقیق تری را به دور از دید خشکی امکان پذیر می کرد، مسیرهای تجاری را تسهیل می کرد و عصر اکتشاف که از قرن پانزدهم شروع شد. نقاط عطف کلیدی شامل قطب‌نماهای فلاکس گیت با دقت بهتر (دهه 1920) و قطب‌نماهای ژیروسکوپی برای حفظ شمال واقعی (1908) بود.

امروزه قطب نماها برای جهت‌یابی و همه شیوه های حمل و نقل ضروری هستند. ویژگی هایی مانند حلقه های قاب به بلبرینگ و اندازه گیری دقیق جهت اجازه می دهد. قطب نماها بر خلاف GPS که بر سیگنال های ماهواره ها متکی است، نقطه مرجع زمینی و مستقل برای جهت یابی را فراهم می کنند. با این حال، قطب‌نماها می‌توانند تحت تأثیر ناهنجاری‌های مغناطیسی و تداخل قرار بگیرند، که به کالیبراسیون و روش‌های جهت‌گیری متناوب در هنگام سفر در نزدیکی قطب شمال مغناطیسی نیاز دارند.

GPS از شبکه ای از ماهواره ها در مدار زمین استفاده می کند تا موقعیت کاربر را مثلث کند و اطلاعات مکان، ارتفاع، سرعت و زمان را در اختیار دستگاه های فعال قرار دهد. با مقایسه سیگنال‌های چندین ماهواره، GPS می‌تواند در اکثر شرایط به دقت تا 11 متر برای استفاده تجاری دست یابد. GPS دیفرانسیل و سایر سیستم های تقویت شده می توانند دقت را تا کمتر از 3 متر افزایش دهند.

GPS مزایای مدرنی مانند جهت‌یابی گام به گام، ادغام در دستگاه‌ها، وسایل نقلیه و کشتی‌ها و برنامه‌ها و سرویس‌های مبتنی بر مکان را ارائه می‌کند. GPS اطلاعات ثابتی مانند مختصات موقعیت را به کاربران می دهد. با این حال، GPS به برق باتری و دسترسی ماهواره ای نیاز دارد، که آن را در برابر اتلاف انرژی، انسداد سیگنال از زمین، تداخل الکترومغناطیسی و حتی پارازیت عمدی آسیب پذیر می کند.

در تعیین اینکه آیا GPS از قطب‌نمای مغناطیسی سنتی پیشی می‌گیرد یا خیر، هر فناوری اهداف متمایز و در عین حال مکمل را دنبال می‌کند. قطب نماها با استفاده از میدان مغناطیسی زمین، یک مرجع جهت گیری قابل اعتماد و مبتنی بر زمین ارائه می دهند که به طور مستقل و بدون منبع انرژی یا زیرساخت خارجی کار می کند. این باعث می‌شود که قطب‌نما یک پشتیبان حیاتی برای جهت‌یابی مجهز به GPS و یک مهارت ضروری برای فعالیت‌هایی مانند پیاده‌روی در منطقه باشد. با این حال، GPS مزایای بی چون و چرای در دقت دقیق داده های موقعیت، یکپارچه سازی برای جهت‌یابی در زمان واقعی در داخل هواپیما، و خدمات اطلاعاتی مبتنی بر موقعیت مکانی ارائه می دهد - قابلیت هایی که برای قطب نما به تنهایی غیرممکن است.

انواع جی پی اس

1. A-GPS

A-GPSیک تکنولوژی کمکی برای سرعت بخشیدن به فرایند مکان یابی است. گاهی تحت شرایط خاص( قرار گیری GPSدر موقعیت کور)اتصال به ماهواره ها کندتر صورت می گیرد ،A-GPSدر این زمان با اتصال به اینترنت یا دکل های مخابراتی تلفن همراه ،موقعیت یابی ر انجام می دهد.

تبلت ها و تمامی تلفن های هوشمند مجهز به سیستم A-GPS هستند که ،زمان مورد نیاز ماهواره ها و گیرنده ها را برای برقراری یک اتصال مطمئن کاهش می دهد.

2. S-GPS

انتقال همزمان داده های صوتی و راهیابی به وسیله پردازنده  S-GPSصورت می گیرد. این سیستم در مواقع خطر و اضطراری با نشان دادن منبع تماس به خدمات اورژانسی نقش بسزایی در کاهش اتلاف زمان دارد.

3. D-GPS

D-GPS نوعی تکنیک برای اندازه گیری موقعیت مکانی است که بیشتر تاثیرات شرایط جوی وخطاهای سیستمی بر سیگنال های جی پی اس را کاهش می دهد

شبکه ای از ایستگاه های زمینی در سراسر منطقه ای که سیستم D-GPSدر آن استفاده می شود،نصب شده است. سیگنال های دریافتی از ماهواره ها را با موقعیت شناخته شده خود مقایسه می کند، هرگونه مغایرت یافت شده به عنوان اطلاعات برای کاربران سیستم فرستاده می شود.این سیستم که توسط ایالات متحده وگارد ساحلی کانادا استفاده میشود دارای دقت معمول بین 10-15متر و قابلیت کاهش خطا تا 1 اینچ را دارد.

4. GPS غیر دیفرانسیل

همه ماهواره هایی را که در دید خود دارد،ردیابی کرده و شبه فواصل را تا آنها اندازه گیری می کند.به دلیل افزایش اختلاف در شرایط جوی یا تداخل امواج رادیویی این روش از دقت کمتری برخوردار است. 

5. نقشه برداری و غیر نقشه برداری GPS

استفاده از دستگاه GPSبرای نقشه برداری و به تبع آن نقشه تهیه شده از خیابانها ،جنگل ها و..به صورت دقیقتر صورت گرفته است،چنانچه این اطلاعات در سیستم اطلاعات جغرافیاییGISذخیره شوند، می توان ازتجزیه وتحلیل های متفاوت این سامانه استفاده نمود؛امروزه نرم افزار های زیادی در این حوزه به بازار عرضه شده اند. نوع دیگر بدون توجه به مکان های اطراف مسیر، فقط جهت حرکت و مقصد را با علامت گذاری نشان می دهد.