GPS چيست؟

GPS يا سيستم مكان يابي جهاني ،يك سيستم ناوگاني ماهواره است كه از شبكه اي با 24 ماهواره ساخته شد و بوسيله ي سازمان دفاع آمريكا در مدار قرار گرفت. در ابتدا GPS  براي مصارف نظامي به كار گرفته مي شد اما در 1980 ، دولت آمريكا اين سيستم را براي استفاده هاي شخصي در نظر گرفت.GPS  درهر شرايط آب و هوايي و در هر جاي دنيا ،در 24 ساعت شبانه روز قابل دسترسي است و هيچ حق اشتراك يا هزينه اي براي استفاده از GPS وجود ندارد.

GPS چگونه كار مي كند؟

ماهواره هاي GPS در يك مدار معين، زمين را دو بار در روز دور مي زنند و سيگنال هاي اطلاعاتي را به زمين ارسال مي كنند. دريافت كننده GPS اين اطلاعات را گرفته و براي محاسبه مكان دقيق كاربر از روش هاي هندسي استفاده مي كند. در اصل دريافت كننده ي GPS زمان ارسال سيگنال از ماهواره را با زمان دريافت سيگنال مقايسه مي كند. اختلاف زمان بازگو كننده ي ميزان فاصله ي ماهواره از دريافت كننده ي GPS است. با اندازه گيري فاصله، از تعدادي چند از ماهواره ها ،دريافت كننده مي تواند مكان كاربر را مشخص كرده و آن را روي نقشه ي الكترونيكي واحد نمايان كند.

يك دريافت كننده ي GPS با سيگنال هايي كه از حداكثر سه ماهواره دريافت مي كند، مي تواند مسير حركت و مختصات دو بعدي (طول و عرض) مكان را محاسبه كند. با در نظر گرفتن چهار يا بيشتر ماهواره ، دريافت كننده مي تواند مختصات سه بعدي (طول،عرض،ارتفاع) مكان كاربر را مشخص كند. زماني كه مكان كاربر مشخص شد ، GPS مي تواند ساير اطلاعات نظير:سرعت،مسير،فاصله ي پيموده شده،فاصله تا مقصد،زمان طلوع و غروب خورشيد و ... را محاسبه كند.

دقت GPS تا چه حد است؟

امروزه دريافت كننده هاي GPS داراي دقت بي نهايت بالايي هستند و اين امر را مديون طرح كانال چند گانه موازي هستيم. دريافت كننده هاي كانال 12 موازي گارمين به محض روشن شدن سرعت بالايي در برقراري رابطه با ماهواره دارد و اين ارتباط به طور مستمر بر قرار است و حتي درختان انبوه و آسمان خراش هاي بلند مانع برقراري ارتباط نمي شوند.كارخانه هاي اتمسفريك و ديگر چشمه هاي ايجاد خطا، روي دقت دريافت كننده ي GPS تاثير مي گذلرند.  دريافت كننده هاي GPS گارمين داراي ميانگين دقت 15 متر مي با شند.دريافت كننده هاي GPS گارمين با قابليت سيستم  افزايش عرض ناحيه دقت را با ميانگين كمتر از 3 متر بهبود مي بخشد. هيچ لوازم يدكي و يا حق الزحمه اي براي استفاده از سيستم افزايش عرض ناحيه احتياج نيست.كاربران مي توانند دقت را با كمك GPS تفاضلي  بهتر كنند. به اين صورت كه سيگنال هاي GPS را تقويت مي كند و به ميانگين 3تا 5 متر مي رساند.گارد ساحلي آمريكا اغلب از سرويس تقويت كننده GPS تفاضلي استفاده مي كند. اين سيستم شامل شبكه اي از برج ها مي باشد كه سيگنال هاي GPS را دريافت كرده و سيگنالي تقويت شده به وسيله ي فرستنده هاي راديويي ارسال مي كنند. به منظور دريافت سيگنال هاي تقويت شده كاربران علاوه بر GPS به يك آنتن و دريافت كننده علايم گوناگون نياز دارند.

سيستم ماهواره اي GPS :

24 ماهواره كه بخش فضايي GPS را شامل مي شوند در مداري با فاصله ي 12 هزار مايل از زمين قرار دارند. آنها پيوسته در حال حركت بوده و در كمتر از 24 ساعت دو دور كامل مي زنند. اين ماهواره ها با سرعت تقريبي 7 هزار مايل در ساعت حركت مي كنند.

ماهواره هاي GPS به كمك انرژي خورشيد كار مي كنند. در زمان خورشيد گرفتگي و زماني كه اين انرژي وجود ندارد، آنها با بهره گيري از باطري هاي پشتيبان به كار خود ادامه مي دهند.علاوه بر اين، راكت هاي تقويت كننده ي كوچك به كمك ماهواره آمده و آن را در مسير اصلي خود قرار مي دهند.

در اينجا به حقايق جالبي در مورد ماهواره هاي GPS اشاره مي كنيم:(البته ناو استار نامي است كه سازمان دفاع آمريكا براي GPS انتخاب كرد.)

• اولين ماهواره ي GPS در سال  1978 به سوي مدار خود روانه شد.
• تمام 24 ماهواره در سال  1994 به راه افتادند.
• كارايي هر ماهواره حدود 10 سال است و جايگزين ها دائما در حال ساخته شدن و قرار گرفتن در مدار خود مي باشد.
• وزن يك ماهواره GPS در حدود دو هزار پند ( 907 كيلوگرم) است و زماني كه صفحات خورشيدي آن باز مي شود در حدود 17 فوت (8.18 متر) عرض دارد.
• قدرت فرستنده ها تنها50 وات يا كمتر است.

سيگنال چيست؟

ماهواره هاي GPS دو سيگنال راديويي كوتاه و قوي L1 و L2 را ارسال مي كنند. GPS هاي شخصي L1 را با فركانس 1575.42 مگا هرتز روي باند UHF دريافت مي كنند. اين سيگنال ها از ميان ابر و گاز و پلاستيك عبور مي كند اما از ميان جامدات ، ساختمان ها و كوه ها نمي تواند عبور كند.يك سيگنال GPS  شامل سه بيت اطلاعات متفاوت است: يك كد تصادفي كاذب، اطلاعات زود گذر(يك روزه) و اطلاعات ساليانه.

• كد تصادفي كاذب به سادگي يك كد ID است كه ماهواره اي را كه در حال ارسال اطلاعات مي باشد را مشخص مي كند. شما مي توانيد اين عدد(كد) را هنگامي روي صفحه ماهواره واحد GPS گارمين خود ببينيد كه آن مشخص مي كند كدام يك از ماهواره ها در حال دريافت كردن آن است.

• اطلاعات زود گذر(يك روزه): مكاني را كه هر ماهواره GPS در هر ساعتي بايد داشته باشد را به دريافت كننده ي GPS نشان مي دهد.اين اطلاعات ارسال شده توسط هر ماهواره ، اطلاعات مداري مربوط به آن ماهواره و ساير ماهواره هاي واقع در سيستم را نشان مي دهد.

• اطلاعات ساليانه  كه به وسيله هر ماهواره به طور پيوسته ارسال مي شود شامل اطلاعات مهمي در رابطه با وضع ماهواره (سالم يا خراب بودن)، زمان و اطلاعات رايج است. اين بخش از سيگنال براي مشخص كردن مكان بسيار ضروري است.

چشمه هايي كه بر سيگنال هاي GPS‌ تاثير گذاشته و باعث فاسد شدن (از بين رفتن) آنها شده و در نتيجه روي دقت و صحت اطلاعات تاثير گذار است به قرار زير مي باشد:

• تاخيرات تروپوسفر (پايين ترين بخش اتمسفر) و يونسفر (يون كره): سيگنال هاي ماهواره اي به هنگام عبور از اتمسفر كند مي شوند. سيستم GPS از مدلي ساختگي استفاده مي كند تا ميانگين تاخير را محاسبه و هر چند به طور جزيي اين نوع خطا را اصلاح كند.
• سيگنال هاي چند گانه:زماني رخ مي دهد كه سيگنال هاي GPS قبل از رسيدن به دريافت كننده توسط ساختمان هاي بلند يا سطوح سنگي بزرگ، منعكس مي شوند كه اين خود باعث افزايش زمان سفر و در نتيجه ايجاد خطا مي گردد.
• خطاهاي زماني دريافت كننده: ساعت يك دريافت كننده همانند ساعت هاي اتمي ماهواره هاي GPS دقيق نيست بنابراين خطاي زيادي از لحاظ وقت و زمان ممكن است پيش آيد.
• خطاهاي مداري : اطلاعات يك روزه ممكن است كه مكان نادرستي از ماهواره را گزارش دهد كه باعث ايجاد خطا مي شود.
• تعدادي از ماهواره هاي قابل رويت ،ساختمان ها، ترن،موانع الكترونيكي و حتي بعضي اوقات درختان انبوه مي توانند سدي در برابر سيگنال ها شوند كه منجر به ايجاد خطا شده و يا مكان يابي غير ممكن مي گردد.
• هندسه ماهواره ها: اشاره به موقعيت نسبي ماهواره ها در هر زماني دارد. يك مثال كه در مورد هندسه ماهواره ها وجود دارد زماني است كه ماهواره ها در زاويه هاي عريض در ارتباط با هم قرار دارند. زماني كه ماهواره ها روي يك خط و يا گروهي كوچك قرار دارند هندسه ضعيفي را ايجاد مي كنند.
• فساد عمدي سيگنال ماهواره: قابليت استفاده از ماهواره هاي برگزيده (كه به مخفف SA گفته مي شود) كه يك فساد عمدي در سيگنال ها است ، زماني به وسيله ي سازمان دفاع آمريكا وضع شد. SA براي اين در نظر گرفته شده است تا دشمن نظامي نتواند سيگنال هاي  فوق العاده دقيق GPS استفاده كند.دولت  آمريكا SA را در  ماه مه 2000 قطع كرد تا دقت دريافت كننده هاي GPS هاي شخصي را افزايش دهد.
•