آشنایی با جی پی اس و نحوه کار آن
1392/11/15
![]( "آشنایی با جی پی اس و نحوه کار آن")
جی پی اس (GPS) :
جی‌پی‌اس یا سیستم موقعیت‌یاب جهانی (Global Positioning Systems)، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهوارهای است که از شبکه‌ای با حداقل ?? ماهواره تشکیل شده است. این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شده‌اند. جی‌پی‌اس در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ???? استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شد.
خدمات این مجموعه در هر شرایط آب و هوایی و در هر نقطه از کره زمین در تمام شبانه‌روز در دسترس است و استفاده از آن رایگان است. علاوه بر جی‌پی‌اس، دو سیستم کمابیش مشابه دیگر نیز وجود دارد: سیستم گلوناس که دولت شوروی ساخته و اکنون به‌دست کشور روسیه اداره می‌شود و سیستم گالیله که کشورهای اروپائی آن را برای وابسته نبودن به سیستم آمریکائی جی‌پی‌اس ساخته اند.
گلوناس :
گلوناس (GLONASS?) یا سامانه هدایت ماهوارهای در دوران حاکمیت شوروی و در واکنش به سامانه موقعیت یابی جهانی آمریکا جی پی اس ایجاد شد. این سامانه در ابتدا ? ???ماهواره داشت، اما پس از فروپاشی شوروی در سال ? ?????شمارها آن روبه کاهش نهاد.
دولت روسیه اعلام کرده این سامانه در سال ? ????? فعالیت خود را آغاز کند. به گفته مقامات روسی این سامانه تا پایان سال ? ?????در سراسر جهان در دسترس قرار می‌گیرد که برای اینکار نیاز به ? ???ماهواره است.
در حال حاضر ? ???ماهواره گلوناس در مدار زمین وجود دارد که از این تعداد فقط ? ??ماهواره فعال هستند. سه ماهواره دیگر که در ماه دسامبر پرتاب شدند به این مجموعه اضافه می‌شوند. روسیه قصد دارد اواخر امسال شش ماهواره گلوناس دیگر را به مدار زمین پرتاب کند.
ماهواره های جی پی اس :
این سیستم مجمو عه ای از 27 ماهواره است که به دور زمین در حال چرخشند . 24 ماهواره در حال کار هستند و 3 ماهواره اضافی هم هنگام بروز مشکل برای هر کدام از ماهواره های اصلی فعال می شوند . فاصله ماهواره ها تا زمین حدود 12000 مایل است. سرعت این ماهواره ها معادل 7000 مایل در ساعت می باشد. هر ماهواره دقیقاً طی ?? ساعت یک دور کامل بدور زمین میگردد. سرعت هریک ???? مایل بر ساعت است. این ماهواره‌ها نیروی خود را از خورشید تامین می‌کنند. همچنین باتری‌هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می‌کنند به‌همراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره‌ها را در مسیر صحیح نگاه می‌دارد. به این ماهواره‌ها NAVSTAR نیز گفته می‌شود.
اولین ماهواره جی‌پی‌اس در سال ???? یعنی حدود ?? سال پیش در مدار زمین قرار گرفت. در سال ???? شبکه ?? عددی NAVSTAR تکمیل گردید. عمر هر ماهواره حدود ?? سال است که پس از آن جایگزین میگردد. هر ماهواره حدود ???? کیلوگرم وزن دارد و طول باتری‌های خورشیدی آن ?.? متر است. انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ?? وات است.
هرماهوارهGPS دو موج با دو فرکانس در باند امواج الکترومغناطیسی (L1, L2 ) ارسال می کند موج L1 با فرکانس1575 MHZ و موج L2 با فرکانس1227 MHZ می باشد.
نحوه کار جی پی اس :
ماهواره‌های این سیستم، در مدارهای دقیق هر روز ? بار به‌دور زمین می‌‌گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می‌کنند. گیرنده‌های جی‌پی‌اس این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می‌کنند.
این محاسبه بر اساس قاعده ای ساده در ریاضیات که به آن trlateration گفته می شود ، انجام می گردد .گیرنده GPS بر اساس همین اصل سه بعدب و با محاسبه فاصله خود از چهار ماهواره مقعیت خود را تشخیص می دهد . به این ترتیب که اگر به مرکز هر ماهواره و به شعاعی که GPS از آن فاصله دارد . یک کره فرضی در نظر بگیریم GPS روی سطح هر کدام از این کره ها قرار می گیرد. بنابراین محل GPS محل تلاقی چهار کره فرضی است که دقیقا یک نقطه را مشخص می کنند . محل تلاقی دو کره یک دایره ، محل تلاقی کره سوم با دو کره قبلی دو نقطه و محل تلاقی کره چهارم با سه تای قبلی یک نقطه را مشخص خواهد کرد . از کره زمین زمین هم می توان به عنوان یکی از این کره ها استفاده کرد چرا که از دو نقطه ای که از محل تلاقی سه کره بدست می آید . معمولا فقط یکی روی سطح زمین خواهد بود به این ترتیب برای پیدا کردن موقعیت حتی سه ماهواره هم کافی است ولی برای بدست آوردن دقت بیشتر از تعداد بیشتری ( حداقل چهار ماهواره ) استفاده می شود . GPS برای اندازه گیری فاصله خود از ماهواره ها از سیگنال های رادیویی استفاده می کند . این سیگنال ها که در حقیقت امواج الکترومغناطیس هستند با سرعت نور حرکت می کنند . اگر گیرنده بتواند مدت زمانی را که این سیگنال ها در ره بوده اند را محاسبه کند می تواند فاصله اش از هر ماهواره را تشخیص دهد . ماهواره ها از زمان مشخصی ( مثلا نیمه شب ) شروع به ارسال یک دنباله از کدها می کنند . گیرنده GPS هم از همان زمان ایجاد این دنباله از کدها را شروع می کند . هنگامی که سیگنال ارسالی از طرف اهواره که حاوی آخرین کد در زمان ارسال است به GPS می رسد . GPS بر اساس دنباله کدهای خود می تواند متوجه تاخیر زمانی کد دریافتی شده و به این ترتیب زمان سپری شده را محاسبه شده را محاسبه می کند . حاصل ضرب این زمان در سرعت انتشار امواج فاصله GPS از ماهواره است ، پس از بدست آمدن فاصله از چند ماهواره موقعیت در روی زمین توسط GPS تشخیص داده می شود .
هر گیرنده برای دریافت اطلاعات همزمان از حداقل ? ماهواره برای محاسبه ? بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل ? ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره‌ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطلاعات مفید دیگر، می‌نماید.
کنترل زمینی سیستم GPS :
این بخش شامل ایستگاههای کنترل زمینی است که دارای مختصات معلوم هستند و موقعیت آنها از طریق روشهای کلاسیک تعیین موقعیت نظیر روش VLBI (تعیین فواصل بلند توسط کوازارها)و روش SLR (فاصله سنجی ماهواره ای با امواج لیزر ) بدست آمده است. این ایستگاه ها وظیفه تعقیب ومشاهده شبانه روزی ماهواره های GPS را بر عهده دارند . این بخش بوسیله محاسبات ریاضی پیچیده از طریق محاسبه معادله پلی نومیال (Polynomials) ریاضی بطریق کمترین مربعات ، پارامترهای مداری (افمریزها)و موقعیت ماهواره ها را نسبت به یک سیستم مختصات ژئودتیک ژئوسنتریک (مبدا سیستم مختصات تقریبا در مرکززمین قرار دارد.) محاسبه می نماید.
تعداد این ایستگاههای زمینی 5 عدد است که ایستگاه اصلی با نام کلرادو اسپرینگ در آمریکا قرار داردو 4 ایستگاه فرعی دیگر در نقاط دیگر کره زمین مستقر هستند.
انواع گیرنده جی پی اس :
دستگاههای GPS در سه گروه زیر تقسیم بندی می شوند :
1 ) GPS MOUSE : هیچ صفحه یا دکمه ای ندارد اما توسط یکpc Laptop با نرم افزار مربوطه قابل استفاده سرویس GPSS می باشد.دستگاههای این گروه مانند:Garmin GPS 35 Delorme یا Rand Macnalley ( باقیمت های پایینتر)قیمت این GPS ها حدود 75 تا 150 دلار آمریکا متغیر می باشد. ولی فراموش نکنید که این نوع GPS ها حتماً به Laptop pc نیاز دارند.
2 ) Hand-Held GPS: این نوع دستگاهها می توانند بصورت سیار مورد استفاده قرار گیرند آنها خودشان یک‌صفحه کوچک جهت نمایش اطلاعات و چند دکمه دارند و در شکل ها و ترکیب های مختلفی عرضه می‌شوند و هیچگونه نیازی بهLaptop ندارند. که بطور مثال میتوان مدل‌های با قیمت پائین Garmin شبیه Etrex, GPS12*l , GPS12 یا مدل های 315, 310 ازMagellan را نام برد. تعدادی از اینها یک رابط NMEA و یک کابل رابط دارند قیمت با کابل ممکن است حدود 210 دلار به بالا باشد و ممکن است بعضی از کشورها ارزانتر هم موجود باشد. یک GPS دستی ارزان قیمت با یک کابل رابط برای انتخاب و آغاز کار با GPS مناسب میباشد, حتی برای سرگرمی یا کار یا آشنایی شما با طرز کار و خدمات GPS.
3 ) High-End GPS products: این دستگاهها شامل یک صفحه نمایشگر بزرگتر و تعدادی نقشه میباشند و در بعضی از آنها شما بایستی مبلغ بیشتری جهت نقشه ها بپردازید. قیمت این دستگاهها ممکن است بسته به نوع محصول بالاتر از 1500 دلار آمریکا باشد که نمونه هایی از آن مانند Blaupunkt PhihPsوAlpine میباشد
در حال حاضر GPS های دو شرکت etrex و Garmin در ایران موجود می باشد.
