GPS چیست ؟

سيستم مكان يابي جهاني يا GPS چيست؟

سيستم مكان يابي جهاني ( Global Positioning System ) يك سيستم هدايت ( ناوبري) ماهواره اي اســت شـامل شبكه اي از 24 ماهواره درگردش كه درفاصله 11 هزارمايلي ودر شش مدارمختلف قراردارند . در واقع يك سيستم راهبري و مسيريابي ماهواره اي است كه از شبكه اي با 24 ماهواره تشكيل شده است و اين ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ايالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده اند. اين سيستم در ابتدا براي مصارف نظامي تهيه شد ولي از سال 1980 استفاده عمومي آن آزاد و آغاز شد. خدمات اين مجموعه در هر شرايط آب و هوايي و در هر نقطه از كره زمين در تمام ساعت شبانه روز در دسترس است. پديد آوردنگان اين سيستم، هيچ حق اشتراكي براي كاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رايگان است.

24 ماهواره كه دور زمين در گردش هستند(شكل1) ماهواره ها درحال حركت مي باشند و درعرض 24 ساعت دوباركامل بـــرگرد زميــن مي گردنــــــد . (هرروز دوبار )باسرعتي درحدود 108 مايل درثانيه ) ماهواره هاي GPS به نام NAVSTAR شناخته مي شوند... لازمه هرگونه آشنايي با GPS فراگيري ماهيت اصلي اين ماهواره ها مي باشد . اولين ماهواره GPS درفوريه 1978 پرتاب شد . وزن هرماهواره تقريباً / 2000 پاوند وداراي صفحات آفتابي به پهناي 17f مي باشد . و قدرت فرستنده آن 50 وات ويا كمتر است. هر ماهواره 2 سيگنال ارسال مي كند: L1 و L2 . GPS هاي غير نظامي از فركانس 42MHZ.1575 :L1 اسـتــفــاده مي كننند . هر ماهواره حدوداً 10 سال فعال مي ماند وجايگزيني ماهواره ها بموقع انجام گشته و ماهواره هاي جايگزين به فضا پرتاب مي گردند . برنامه شبكه GPS هم اكنون تا سال 2006 تنظيم وجايگزيني هاي لازمه ترتيب داده شده اند.مسير گردش ماهواره ها آنها را بين عرض جغرافيايي 60 درجه شمالي و60 درجه جنوبي قرارمي دهد . اين امر به معني آن است كه درهرنقطه از زمين ودرهرزمان مي توان سيگنال هاي ماهواره أي را دريافت نمود. وهرچه به قطبهاي شمال – جنوب نزديك شويم نيز همچنان ماهواره هاي GPS را خواهيم ديد . هرچند دقيقاً در بالاي سرما نخواهند بود واين در دقت وصحت عمل آنها در اين نقاط تاثيرمي گذارد . يكي از بزرگترين مزاياي رهيابي بوسيله GPS نسبت به روشهاي ديگر زميني آن است كه اين سيستم درهر شرايط جوي و بدون توجه به نوع كاربرد گيرنده GPS بخوبي كارمي كند . ماهواره هاي GPS

24 عدد ماهواره GPS در مدارهايي بفاصله 24000 هزار مايل از سطح دريا گردش مي كنند. هر ماهواره دقيقا طي 12 ساعت يك دور كامل بدور زمين مي گردد. سرعت هريك 7000 مايل بر ساعت است. اين ماهواره ها نيروي خود را از خورشيد تامين مي كنند. همچنين باتري هايي نيز براي زمانهاي خورشيد گرفتگي و يا مواقعي كه در سايه زمين حركت مي كنند بهمراه دارند. راكتهاي كوچكي نيز ماهواره ها را در مسير صحيح نگاه مي دارد. به اين ماهواره ها NAVSTAR نيز گفته مي شود. در اينجا به برخي مشخصه هاي جالب اين سيستم اشاره مي كنيم: • اولين ماهواره GPS در سال 1978 يعني حدود 35 سال پيش در مدار زمين قرار گرفت. • در سال 1994 شبكه 24 عددي NAVSTAR تكميل گرديد. • عمر هر ماهواره حدود 10 سال است كه پس از آن جايگزين مي گردد. • هر ماهواره حدود 2000 پاوند وزن دارد و طول باتري هاي خورشيدي آن 5.5 متر است. • انرژي مصرفي هر ماهواره، كمتر از 50 وات است. GPS چگونه كار مي كند؟

ماهواره هاي اين سيستم، در مداراتي دقيق هر روز 2 بار بدور زمين مي گردند و اطلاعاتي را به زمين مخابره مي كنند. گيرنده هاي GPS اين اطلاعات را دريافت كرده و با انجام محاسبات هندسي، محل دقيق گيرنده را نسبت به زمين محاسبه مي كنند. در واقع گيرنده زمان ارسال سيگنال توسط ماهواره را با زمان دريافت آن مقايسه مي كند. از اختلاف اين دو زمان فاصله گيرنده از ماهواره تعيين مي گردد. حال اين عمل را با داده هاي دريافتي از چند ماهواره ديگر تكرار مي كند و بدين ترتيب محل دقيق گيرنده را با اختلافي ناچيز، معين مي كند. گيرنده به دريافت اطلاعات همزمان از حداقل 3 ماهواره براي محاسبه 2 بعدي و يافتن طول و عرض جغرافيايي، و همچنين دريافت اطلاعات حداقل 4 ماهواره براي يافتن مختصات سه بعدي نيازمند است. با ادامه دريافت اطلاعات از ماهواره ها گيرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسيرپيموده شده، فواصل طي شده، فاصله باقي مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشيد و بسياري اطاعات مفيد ديگر، مي نمايد. گيرنده GPS بسته به نوع مصرف و بودجه مي توانيد از طيف وسيع گيرنده هاي GPS بهره ببريد. همچنين، بايد از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروزجهت ناحيه مورد استفاده تان، اطمينان حاصل كنيد. امروزه بهاي گيرنده هاي GPS بطور چشمگيري كاهش پيدا كرده است و هم اكنون در كشور ما (ايران) با بهايي معادل يك عدد گوشي متوسط موبايل نيز مي توان گيرنده GPS تهيه كرد. در كشورهاي توسعه يافته از اين سيستم جهت كمك به راهبري خودرو، كشتي و انواع وسايل نقليه بهره گيري مي شود. هر چه نقشه هاي منطقه اي كه در حافظه گيرنده بارگذاري مي شود دقيق تر باشد، سرويسهايي كه از GPS مي توان دريافت داشت نيز ارتقا مي يابد. براي مثال، مي توان از GPS مسير نزديكنرين پمپ بنزين، تعميرگاه و يا ايستگاه قطار را سوال نمود و مسير پيشنهادي را دنبال كرد. دقت مكانيابي اين سيستم در حد چند متر مي باشد، كه بسته به كيفيت گيرنده تغيير مي كند. از سيستم محليابي جهاني مي توان در كارههايي چون نقشه برداري و مساحي، پروژه هاي عمراني، كوهنوردي، كايت سواري، سفر در مناطق ناشناخته، كشتي راني و قايقراني، عمليات نجات هنگام وقوع سيل و زمينلرزه و هر فعاليت ديگر كه نيازمند محل يابي باشد، بهره برد. هر كس كه بخواهد بداند كجاست و بكجا مي رود به اين سيستم نيازمند است، با توجه به نزول شديد بهاي گيرنده هاي اين سيستم، و افزايش امكانات آنها، اين تكنولوژي در آينده نزديك بيش از پيش در اختيار همگان قرار خواهد گرفت. اطلاعاتي كه يك ماهواره GPS ارسال مي كند چيست ؟ سيگنـال GPS شـــــامــل : يـــك كد شبه تصادفي Pseudo Random Code ، داده اي بنام ephemeris ويك داده تقويــــمي بنام almanac مي باشد. كد شبه تصادفي مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات ( كد شتاسايي ماهواره ) مي باشد. هرماهواره باكدي مخصوص شناسايي مي شود : RPN Random Code Pseudo اين عددي است بين 1و 32 . اين عدد درگيرنده هر GPS نمايش داده ميشود . دليل اينكه تعداد اين شناسه ها بيش از 24 مي باشد امكان تسهيل درنگهداري شبكه GPS باشد . زيرا ممكن است يك ماهواره پرتاب شود و شروع بكار نمايد قبل از اينكه ماهواره قبلي از رده خارج شده باشد . به اين دليل ازيك عدد ديگر بين 1و 32 براي شناسايي اين ماهواره جديد استفاده مي شود . داده Ephemeris دائماً بوسيله ماهوارها ارسال ميگردد وحاوي اطلاعاتي درمورد : وضعيت خود ماهواره (سالم يا ناسالم) و تاريخ وزمان فعلي مي باشد . گيرنده GPS بدون وجود اين بخش از پيام درمورد زمان وتاريخ فعلي دركي ندارد . اين بخش پيام نكته اساسي براي تعين مكان مي باشد. Almanac داده أي را انتقال مي دهد كه نشان دهنده اطلاعات مداري براي هرماهواره وتمام ماهوارهاي ديگر سيستم مي باشد . حال ميتوان شيوه كار GPS را بهتر بررسي كرد . هرماهواره پيامي را ارسال مي كند كه بــطور ســــــاده مي گويد : من ماهواره شماره X هستم ، موقعيت فعلي من Y است ، و اين پيام در زمان Z ارسال شده است
هر چند كه اين شكل ساده شده پيام ارسالي است ولي مي تواند كل طرز كار سيستم را بيان نمايد . گيرنده GPS پيام را مي خواند و داده هاي almanac و ephemeris را جهت استفاده بعدي ذخيــره مي نمايد . اين اطـلاعـات مي توانند براي تصحيح و يا تنظيم ساعت دروني GPS نيز به كار روند . حال براي تعيين موقعيت ، گيرنده GPS زمانهاي دريافت شده را با زمان خود مقايسه مي كند . تفاوت اين دو مشخص كننده فاصله گيرنده GPS از ماهواره مزبور مي باشد . اين عملي است كه دقيقاً يك گيرنده GPS انجام مي دهد . با استفاده از حداقل سه ماهواره يا بيشتر ، GPS مي تواند طول و عرض جغرافيايي مكان خود را تعيين نمايد . ( كه آن را تعيين دو بعدي مي نامند . ) و با تبادل با چهار ( و يا بيشتر ) ماهواره يك GPS مي تواند موقعيت سه بعدي مكان خود را تعيين نمايد كه شامل طول و عرض جغرافيايي و ارتفاع مي باشد . با انجام پشت سر هم اين محاسبات ، GPS مي تواند سرعت و جهت حركت خود را نيز به دقت مشخص نمايد .

يكي از عواملي كه بر روي دقت عمل يك GPS اثــر مي گذارد . شكل قرار گرفتن ماهواره ها نسبت به يكديگر مي باشد . (از نقطه نظر GPS ) اگر يك GPS با چهار ماهواره تبادل نمايد و هر چهار ماهواره در شمال و شرق GPS باشند طرح و هندسه اين ماهوارها براي اين GPS بسيار ضعيف ميباشد و شايد GPS قادر نباشد مكان يابي نمايد. زيرا تمام اندازه گيريهاي فاصله در يك جهت عمومي قرار دارند. مثلث سازي ضعيف است وناحيه مشترك بدست آمده ازاشتراك اين مسافت سنجي ها وسيع مي باشد ( مكاني كه GPS براي مكان خود تصورمي كند بسيار وسيع مي باشد ودر نتيجه تعيين دقيق محل آن ممكن نيست ) دراين موقعيتها حتي اگر GPS مكان يابي را انجام دهد وموقعيتي راگزارش نمايد دقت آن نمي تواند زياد خوب باشـــــــد ( كمتر از500-300 فيت ). اگر همين چهارماهواره درچهارجهت ( شمال ، جنوب ، شرق ، غرب ) وبا زواياي 90 درجه قرارداشته باشند طرح اين چهار ماهواره براي GPS مزبور بهترين حالت مي باشد چراكه جهات مسافت سنجي چهار جهت متفاوت و نقطه اشتراك اين مسافت سنجي ها بسيار كوچك مي باشد . وهرچه اين نقطه اشتراك كوچكتر باشد به معني آن است كه بيشتر به نقطه واقعي حضورخود نزديك شده ايم . دراين موقعيت دقت عمل كمتر از100فيت مي باشد . طرح وهندسه قرارگرفتن ماهواره ها هنگاميكه GPS نزديكي ساختمانهاي بلند، قلل كوهها ، دره هاي عميق ويا در وسايل نقليه قرارگرفته باشد به مساله مهمتري تبديـل مي گردد .اگر مانعي در رسيدن سيگنالهاي بعضي از ماهواره ها وجود داشته باشد GPS مي تواند از بقيه ماهواره ها بـــراي مكان يابي خود استفاده نمايد. هرچه اين موانع بيشتر و شديدتر شوند مكان يابي نيز مشكل تر مي گردد .
يك گيرنده GPS نه تنها ماهواره هاي قابل استفاده را تشخيص مي دهد بلكه مكان آنها را درآسمان نيز تعيين مي كند . ( ارتفاع و زاويه ) منبع ديگرايجاد خطا " چند مسيري " مي باشد ." چند مسيري" نتيجه انعكاس سيگنال راديويي به وسيله يك شي مي باشد . اين پديده باعث ايجاد تصاوير سايه دار در تلويزيونها مي گردد هر چند در آنتنهاي جديد اين شكل به وجود نمي آيد ، اين پديده در آنتنهاي رو تلويزيوني قديمي به وجود مي آمد. بروز اين اختلال براي GPS ها به اين شكل است كه امواج بعد از انعكاس به وسيله اشياء ( مانند ساختمانها يا زمين ) به آنتن GPS برسند . در اين صورت سيگنال مسير بيشتري را تا رسيدن به آنتن GPS طي مي كند و اين باعث مي شود كه GPS فاصله ماهواره را بيشتر از آنچه هست محاسبه نمايد. كه باعث ايجاد خطا در مكان يابي نهايي مي گردد. در صورت بروز اين اختلال تقريباً 15 فيت بر خطاي نهايي افزوده مي شود .منبع ديگري نيز براي ايجاد خطا ممكن است وجود داشته باشند . افزايش تاخير ( delay ) به دليل اثرات جوي نيز مي تواند برروي دقت كار اثر بگذارد . همچنين خطاهاي ساعت داخلي GPS . در هر دو اين موارد گيرنده GPS طوري طراحي شده است كه اين اثرات را جبران نمايد . ولي خطاهاي كوچكي بر اساس همين اثرات همچنان بروز خواهند كرد . در عمل ، دقت كار يك GPS غير نظامي معمولي ، با توجه به تعداد ماهواره هاي تبادلي و طرح قرار گرفتن آنها بين 60 تا 225 فيت مي باشد. GPS هاي پيچيده تر و گرانتر مي توانند با دقتهايي در حد سانتيمتر كاركنند . ولي دقت يك GPS معمولي نيزمي تواند به كـــمك پـــردازشي بـــه نـــام DGPS Differential GPS به حدود 14 فيت يا كمتر برسد .سرويسهاي DGPS با هزينه كمي قابل اشتراك مي باشند . سيگنال تصحيحات DGPS توسط سازمان Army Corps Of Engineers و از ايستگاههاي مخصوص ارسال مي گردد . اين ايستگاهها در فركانس KHZ .325- 283.5 كار مي كنند تنها هزينه استفاده از اين سرويس خريدن يك دامنه از اين سيگنالها مي باشد . با اين كار يك گيرنده ديگر به GPS ما متصل مي شود ( از طريق يك كابل سه رشته اي ) و عمل تصحيح را طبق يك روش استاندارد به نام ( RTCM SC-104 ) انجام مي دهد . اشتراك سرويسهاي DGPS از طريق امواج راديويي FM نيز ممكن مي باشد . چه كساني از GPS استفاده مي كنند ؟ GPS ها داراي كاربردهاي متنوعي در زمين ، دريا و هوا مي باشند ، اساساً GPS هر جايي قابل استفاده است مگر در نقاطي كه امكان وصول امواج ماهواره درآنها نباشد مانند داخل ساختمانها ، غارها ونقاط زيرزميني ديگر و يا زير دريا ، كاربردهاي هوايي GPS در رهيابي براي هوانوردي تجاري ميباشد . در دريا نيز ماهيگيران ، قايقهاي تجاري ، ودريا نوردان حرفه أي از GPS براي رهيابي استفاده مي كنند . استفاده هاي زميني GPS بسيار گسترده تر مي باشد . مراكز علمي از GPS براي استفاده از قابليت و دقت زمان سنجي اش واطلاعات مكاني اش استفاده مي كنند . نقشه برداران از GPS براي توسعه منطقه كاري خود بــــهره مي گيرند . سايتهاي گرانقيمت نقشه برداري دقتهايي تا يك متر را فراهم مي آورند . GPS ها علاوه بر صرفه جويي دقتهاي بهتري را براي اين سايتها به ارمغان مي آورند . استفاده هاي تفريحي از GPS نيز به تعداد تمام ورزشهاي تفريحي متنوع است . به عـنوان مثال براي شكارچيان ، برف نوردان ، كوهنوردان وسياحان و… در نهايت بايد گفت هركسي كه مي خواهد بداند كه دركجا قراردارد ، راهش به چه سمتي است ، ويا با چه سرعتي درحركت است مي تواند از يك GPS استفاده كند . در خودروها نيز وجود GPS به امري عادي بدل خواهد شد.سيستم هايي درحال تهيه است تا دركنار هر جاده اي با فشار دادن يك كليد موقعيت به يك مركز اورژانس انتقال يابد . ( بوسيله انتقال موقعيت فعلي به يك مركز توزيع ) سيستم هاي پيچيده ديگري موقعيت هر خودرو را دريك خيابان ترسيم مي كنند اين سيستمها به راننده بهترين مسير براي رسيدن به يك هدف خاص را پيشنهاد مي كنند . منبع : http://www.geomatic.ir

GPS چیست ؟

مطالب مشابه :

ایجاد سیستم عضویت برای وبلاگ

قالب وبلاگ جدید

قالب وبلاگ

آموزش کامل وبلاگ نویسی از ابتدا تا انتها !!!

Steganos Safe Professional 2007 ver.9.0.6

تم هاي زيبا و كلاسيك سوني اريكسون

ایران حائز رتبه اول قطعی اینترنت منطقه شد - همشهری آنلاین

وبلاگ چیست و چگونه می توان در بلگفا آن را ساخت؟

پاسورد گذاری بر روی فایل ها Disk Password Protection 4.8

GPS چیست ؟