با سيستم موقعيت ياب جهانى

اگر اهل بازديد از نمايشگاه دستاوردهاى علمى و صنعتى باشيد حتماً تا به حال نام GPS را شنيده ايد و شايد از دو يا سه غرفه سرويس راهبرى ماهواره اى نيز بازديد كرده ايد؛ غرفه هايى كه روى مانيتور نقطه كوچك و در حال حركتى را در هر كجاى دنيا به شما نشان مى دهند و شما مى توانيد نام خيابانى را كه نقطه هم اكنون در آن قرار دارد ببينيد، مى توانيد پيش بينى كنيد كه اين نقطه به كدام خيابان وارد خواهد شد، حتى اين امكان را داريد كه اين اطلاعات و تصاوير را در گوشى تلفن همراهتان نيز مشاهده كنيد.

تاكنون چقدر از اين سرويس اطلاعات كسب كرده ايد؟ آيا مى دانيد كه سيستم GPS چيست؟

قطب نماهايى كه با نيروى مغناطيسى زمين مشغول جهت يابى هستند به تدريج از صحنه روزگار محو شده و جاى خود را به گيرنده هاى GPS مى دهند. در حقيقت مى توان گفت GPS سامانه اى است كه با استفاده از تعدادى ماهواره عمليات جهت يابى را انجام مى دهد؛ ماهواره هايى كه هر كدام در مدارهايى جداگانه مستقل به دور زمين در حال گردش هستند و با ايستگاه هاى ويژه اى بر روى زمين در تماس هستند. همواره موقعيت اين ماهواره ها در فضا مشخص است. دستگاه گيرنده GPS با ارتباط با تعدادى از اين ماهواره ها فاصله شما را با آنها تعيين كرده و سپس موقعيت را بر روى زمين اعلام مى كند.

GPS چيست؟

GPS (Global positioning system) يا همان سيستم موقعيت يابى جهانى شبكه اى راهبرى و مسيريابى ماهواره اى است كه از ۲۴ ماهواره تشكيل شده است؛ ۲۴ ماهواره اى كه هميشه و در همه ساعات شبانه روز دور زمين در حال گردش هستند. اين ماهواره ها به سفارش ناسا ساخته شده و در مدار زمين قرار گرفته اند. در ابتدا كاربرد اين سيستم فقط براى مقاصد نظامى بود اما در سال۱۹۸۰ كاربرى آن تغيير پيدا كرد و براى مصارف غيرنظامى به كار گرفته شد.

روش كار GPS

۲۴ ماهواره اين سيستم در مدارهايى مستقل در مداراتى دقيق هر روز ۲ بار به دور زمين مى چرخند و اطلاعاتى را به زمين ارسال مى كنند. گيرنده هاى GPS كه براى دريافت اين اطلاعات طراحى و ساخته شده اند پس از دريافت اين اطلاعات با انجام محاسبات هندسى و فيزيكى محل ماهواره را نسبت به زمين محاسبه مى كنند. گيرنده بين زمان ارسال سيگنال توسط ماهواره و زمان دريافت آن مقايسه اى به عمل آورده وازاختلاف اين دو زمان، فاصله گيرنده از ماهواره تعيين مى شود.اين عمليات مقايسه با داده هاى دريافتى از چند ماهواره ديگر تكرار شده و محل دقيق گيرنده- همان دستگاهى كه در اختيار كاربران قرار دارد- را با اختلافى بسيار كم و با دقتى زياد تعيين مى كند.گيرنده براى محاسبه دو بعدى و يافتن طول و عرض جغرافيايى به دريافت اطلاعات همزمان از حداقل ۳ ماهواره و نيز براى يافتن مختصات ۳ بعدى شامل طول، عرض و ارتفاع به دريافت اطلاعات از ۴ ماهواره نياز دارد. اطلاعاتى كه از دستگاه هاى گيرنده مى توان به دست آورد، اطلاعاتى بسيار مفيد شامل سرعت، جهت، مسير پيموده شده، فواصل طى شده، فاصله باقى مانده تا مكان مورد نظر، زمان طلوع و غروب خورشيد، طول و عرض جغرافيايى و... است.

ماهواره هاى GPS

ماهواره هاى ۲۴ گانه اين سيستم در مدارهايى جداگانه و به فاصله ۲۰هزار و ۸۰۰ كيلومترى از سطح زمين در حال گردش اند. هر ماهواره دقيقاً در ۲۴ ساعت دو دوركامل به دور زمين مى چرخد و پس از هر ۱۲ ساعت در يك نقطه ثابت و مشخص قرار مى گيرد. سرعت هر ماهواره ۷هزار مايل بر ساعت است و منبع تأمين نيروى حركتى آنها انرژى خورشيدى است. البته باترى هاى قابل شارژى نيز به همراه دارند كه در مواقع خورشيد گرفتگى يا زمان هايى كه در سايه زمين حركت مى كنند از انرژى آن استفاده كنند. اين شبكه ۲۴گانه ماهواره هاى GPS در سال ۱۹۹۴ كامل شد و نخستين ماهواره اى كه براى راه اندازى سيستم GPS توليد و به فضا پرتاب شد در حدود ۳۵ سال قدمت دارد- سال۱۹۷۸ - البته عمر ماهواره هاى سيستم GPS محدود بوده و حدود ۱۰ سال است كه پس از اين مدت ماهواره هاى جايگزين در فضا قرار مى گيرند.

گيرنده GPS

با توجه به نيازمندى ها و توانمندى هاى افراد در بهره گيرى از گيرنده هاى مختلف، طيف وسيعى از گيرنده هاى GPS توليد و به بارور عرضه شده است كه براى مصارف محدود تا مصارف نظامى و تجارى در نظر گرفته شده اند، به علاوه قبل از استفاده از هر كدام ازگيرنده هاى GPS بايد از در دسترس بودن نقشه مناسب و به روز جهت منطقه و شهر مورد نظر خود اطمينان حاصل كنيد، هر چه دقت اين نقشه ها كه در حافظه گيرنده GPS، بارگذارى (upload) مى شود، دقيق تر باشد سرويس هاى دريافتى از GPS نيز دقيق تر خواهد بود.خطاى مكان يابى اين سيستم در حد متر است كه با توجه به كيفيت دستگاه گيرنده اين خطا تنزل كرده و داده هاى دريافتى واقعى تر خواهد بود. با توجه به كاهش قيمت گيرنده هاى GPS كاربرد اين سامانه در سال هاى اخير رشد چشمگيرى داشته است.

اطلاعات ارسالى از ماهواره هاى GPS

هر ماهواره هنگام ارسال اطلاعات سيگنال هايى را به مراكز اصلى مى فرستد كه اين اطلاعات شامل موارد زير است:
- كد Random
- كد ephemeris
- كد almance
كد random توليد شده مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات است (كد شناسايى ماهواره)، كد ephemeris شامل اطلاعاتى درباره وضع ماهواره (سالم يا خراب)، تاريخ و زمان فعلى و كد almance داده اى را انتقال مى دهد كه نشان دهنده اطلاعات مدارى براى هر ماهواره و تمام ماهواره هاى ديگر است.با استفاده از اين اطلاعات دريافتى مى توان مشخص كرد كه هر ماهواره در چه موقعيتى قرار دارد و پيام ارسالى از ماهواره چه زمانى ارسال شده است. پس از تحليل اين پيام ها توسط دستگاه هاى گيرنده GPS موقعيت فعلى گيرنده GPS به وضوح مشخص خواهد شد.

سيستم هاى مشابه

در دنيا سيستم هاى مشابه ديگرى كه مانند سيستم GPS مشغول به فعاليت هستند وجود دارد كه مى توان به دوربين هاى بالتسيك، داپلر، SECOR، LONG-C،LLR،N.N.S.S SLR اشاره كرد. فعاليت اين سيستم ها با روى كار آمدن GPS كمتر شده و به مرور فراموش شدند اما ۳ سيستمى كه همزمان با GPS در حال فعاليت هستند عبارتند از:
۱- سيستم گلوناس كه شوروى سابق آن را ساخته و اكنون به دست كشور روسيه اداره مى شود، ۴۵ درصد اين سيستم هم اكنون فعال شده است و تا سال۲۰۰۸ به بهره بردارى كامل مى رسد.
۲- سيستم گاليله كه توسط اتحاديه اروپا طراحى شده است و تا سال۲۰۱۰ به بهره بردارى مى رسد.
۳- سيستم بيدو كه توسط كشور چين و به صورت مستقل درحال گسترش است.

كاربران GPS

GPS كاربردهاى فراوان و متنوعى در آب، خشكى و هوا دارد كه در هر جايى قابل استفاده است.به جز نقاطى كه امكان دريافت امواج ماهواره اى در آنها ممكن نباشد مانند غارها، نقاط زيرزمينى، زيرآب و...، كاربردهاى هوايى GPS در راه يابى براى هوانوردان مفيد است، در آب نيز قايقرانان و دريانوردان از اين سيستم بهره مى گيرند، در خشكى نيز مراكز علمى براى دريافت اطلاعات مكانى، نقشه برداران، براى استفاده در عمليات نقشه بردارى، استفاده هاى تفريحى براى شكارچيان، كوهنوردان، سياحان و استفاده هاى صنعتى در مسيريابى خودروها و عمليات امداد و نجات و ...

انواع گيرنده هاى GPS

گيرنده هاى GPS انواع گوناگونى دارند و انتخاب هر كدام از آنها بستگى به موارد استفاده شما دارد. در زير پركاربردترين اين نوع گيرنده ها تشريح شده است:

اين نوع از گيرنده هاى GPS از ساده ترين و ارزان ترين گيرنده هاست. اين نوع گيرنده مى تواند با دقت زياد اطلاعات مورد نياز شما را در اختيارتان بگذارد اما به نسبت گيرنده هاى گران قيمت تر امكانات كمترى دارد. امكانات اين گيرنده شامل موقعيت ماهواره ها، توانايى محاسبه مسافت پيموده شده، موقعيت يابى، تعيين جهت، تعيين ارتفاع از سطح دريا، توانايى ذخيره سازى مسير پيموده شده، توانايى هدايت و مسيريابى و يافتن مسير قبلى است.

اين نوع گيرنده از قابليت نمايش نقشه برخوردار است و ابعاد بزرگترى دارد. به علاوه داراى امكانات بيشترى مانند فشارسنج، قطب نماى الكترونيكى، سالنامه و قابليت اتصال به رايانه است.

اين نوع از گيرنده ها صفحه نمايش بزرگترى دارند تا پس از نصب بر روى اتومبيل، راننده قابليت خواندن آن را هنگام رانندگى داشته باشد، به علاوه اين دستگاه داراى امكانات صوتى است تا راننده را با صدا نيز هدايت كند و به او اجازه مى دهد بدون اين كه چشم از جاده بردارد با گوش كردن به صداى دستگاه طبق نقشه حركت كند.

اين دسته از گيرنده ها با اتصال به نوت بوك فعال شده و اطلاعات مورد نياز را از روى رايانه همراه بازخوانى كرده و پس از پردازش اطلاعات، قابليت موقعيت يابى، ارتفاع سنجى و مسيردهى را بر روى رايانه فراهم مى كند. مزيت عمده اين گروه از GPS ها نسبت به ساير گيرنده ها قابليت برنامه ريزى است. به اين معنى كه شما مى توانيد برنامه هاى هدايت مسير، تعيين مسير، مكان يابى و ... مورد نظر خود را بر روى اين دسته از گيرنده ها قرار داده و سپس از اين امكانات استفاده كنيد. به علاوه در اين نوع از گيرنده ها وضوح دقت نقشه بالاتر بوده و شما جزئيات بيشترى را بر روى نقشه شاهد خواهيد بود.

اين گروه از گيرنده ها در سال هاى اخير با گوشى هاى تلفن همراه ادغام شده اند و ديگر به صورت مستقل وجود ندارند چرا كه تمامى امكاناتشان به گوشى هاى تلفن همراه منتقل شده است. شما با خريد يك گوشى تلفن همراه كه قابليت GPS دارد و نيز دريافت خدمات از اپراتورى كه مجهز به ارسال اطلاعات GPSباشد، مى توانيد اطلاعات موقعيتى و مكانى خود را بر روى گوشى تلفن همراه مشاهده كنيد، اما در اين نوع از گيرنده ها به نسبت ساير گيرنده ها اطلاعات محدودتر و كمتر خواهد بود.