سیستم موقعیت یاب یا GPS واقعاٌ چگونه کار می‌کند؟

امروزه با توجه به رشد قابل توجه فناوری تقریباٌ تمامی گوشی‌های تولیدی مجهز به سیستم موقعیت یاب یا GPS هستند. با استفاده از یک دستگاه Handheld (دستی) و فعال سازی سیستم موقعیت یاب داخلی آن می‌توان مکان فعالی که در حال حاضر روی آن هستیم را به دست بیاوریم. اکثر افراد مخصوصاٌ جهانگردان از این سیستم به وفور استفاده می‌کنند. اما آیا تا به حال با خود فکر کرده‌اید که نحوه‌ی کار این سیستم‌ موقعیت یاب به چه صورت است؟ اگر علاقه‌مند به درک این موضوع هستید ادامه‌ی این مقاله‌ی آموزشی به نسبت کوتاه را از دست ندهید. با ما همراه باشید.
کلید درک نحوه‌ی کار GPS در واقع پی بردن به وجود ماهواره‌های مختلفی است که در مدار زمین به طور مداوم در حال گردش هستند. شاید در برخورد اول گمان کنید که دستگاه‌های مجهز به سیستم موقعیت یاب یا GPS به طور واقعی با این ماهواره‌ها ارتباط بر قرار کرده و اطلاعات را به نحوی به دست می‌آورند. در حالی که اصلاٌ این طور نبوده و نیست. GPS‌ها تنها داده‌های ساطع شده از ماهواره‌ها که به طور دائمی در حال ارسال به زمین هستند را دریافت می‌کنند. پس نتیجه می‌گیریم هیچ ارتباطی بین دستگاه گیرنده امواج و ماهواره‌ها وجود ندارد. البته لازم است بدانید GPS‌ها تنها ابزاری نیستند که می‌توان به وسیله‌ی آنها به موقعیت یابی پرداخت.

از ماهواره‌ها تا دستان شما:

سیستم موقعیت یاب جهانی یا GPS ابتدا توسط ایالت متحده آمریکا و تنها برای استفاده‌ی نظامی ایجاد و مورد استفاده قرار گرفت. اما مدتی نگذشت که این فناوری همه‌ گیر شد تا جایی که همه‌‌ی افراد با داشتن ابزار لازم می‌توانستند از این فناوری استفاده کنند. همیشه حداقل 24 ماهواره‌ی GPS دور کره‌ی زمین در حال گردش بوده و دائماٌ در حال انتشار داده‌ها و اطلاعات لازم به سطح زمین هستند. این ماهواره‌ها به ترتیب خاصی دور کره‌ی زمین در حال چرخش هستند به طوری که هر شخصی در هر جایی از کره زمین که باشد از نظر منطقی و کار کردی می‌تواند از داده‌های ساطع شده از 4 ماهواره استفاده کند. هر چند از نظر ظاهری نمی‌توان با چشم غیر مسلح آنها را دید اما طوری قرار گرفته‌اند که هر کاربری در هر نقطه‌ای از زمین می‌تواند حداقل از 4 ماهواره اطلاعات دریافت کند. به همین جهت در صورتی که مسیر سیگنال‌ها بلوکه شده باشد سیستم GPS دستگاه شما قادر به دریافت سیگنال نخواهد بود. در نتیجه برای دریافت سیگنال باید یک مسیر صاف و بدون مانع بین شما و آسمان برقرار شود. به عنوان مثال در پناهگاه‌های زیرزمینی یا غارهای ایجاد شده در کوه‌ها نمی‌توان سیگنالی دریافت کرد.
ماهواره‌ها به طور مداوم در حال ارسال سیگنال‌های رادیویی به سمت کره‌‌‌ی زمین هستند. هر ارسال شامل مکان ماهواره و زمانی است که سیگنال از ماهواره ارسال شده است. برای دقت بالای زمان ارسال سیگنال، از ساعت‌های اتمی در درون ماهواره‌ها استفاده شده است.
حال اجازه دهید به بحث این که چگونه دستگاه GPS ما به تعیین و تخمین مکان واقعی ما در روی این کره‌ی خاکی می‌پردازد اشاره کنیم. با ما همراه باشید.
سیستم موقعیت یاب جهانی یا GPS ممکن است در هر پلتفرم یا حتی ماشینی به کار رفته باشد. اما همیشه به خاطر داشته باشید که این پلتفرم‌ها فقط به عنوان دریافت کننده داده‌ها از ماهواره کار می‌کنند. به این معنا که هر دستگاه مجهز به سیستم GPS به هیچ وجه برای تعیین موقعیت فرد با ماهواره‌ها ارتباط برقرار نمی‌کند. در عوض این دستگاه‌ها فقط به سیگنالهایی که به صورت مداوم از ماهواره‌های ساطع می‌شوند گوش فرا می‌دهند.
یک سیستم موقعیت یاب در هر زمانی حداقل منتظر دریافت سیگنال از 4 ماهواره است. به این صورت که سیگنال‌ها از ماهواره نزدیک زودتر رسیده و از آن طرف هم هر چه ماهواره دورتر باشد سیگنال دیرتر خواهد رسید. اختلاف واقعی زمان ارسال بسیار ناچیز است اما به هر حال توسط توسط دستگاه ‌GPS قابل تشخیص است. در حقیقت با مقایسه‌ی زمان ارسال سیگنال از ماهواره با زمان دریافت سیگنال توسط دستگاه GPS، دستگاه گیرنده می‌تواند فاصله‌ی نسبی را تا 4 ماهواره محاسبه کند. سپس با مقایسه‌ی فاصله‌ها می‌توان موقعیت دقیق فرد را شناسایی کرد. البته این کار به صورت داخلی و برنامه ریزی شده توسط دستگاه شما به صورت خود کار انجام خواهد شد. این سیستم محاسبه به نام trilateration شناخته ‌‌می‌شود.
سیستم trilateration در نگاه اول شاید کمی پیچیده به نظر برسد اما جالب است بدانید نحوه کار آن بسیار ساده است. برای درک این سیستم فرض کنید شخصی به شما گفت که نسبت به شهر نیویورک 500 مایل، به میامی 800 مایل و نسبت به شهر کانزاس 700 مایل فاصله دارید. با این اطلاعات شما ‌می‌توانید مکان دقیق خود را شناسایی کنید. حال اگر به شما به جای فاصله‌ی 3 شهر، فاصله 4 شهر را نسبت به خودتان گفتند شما حتی می‌توانید تخمین فاصله‌ی دقیقتری داشته باشید. به طور مختصر این نحوه محاسبه به نام trilateration شناخته می‌شود. در واقع دستگاه‌های دارنده GPS نیز به همین روش موقعیت شما را تخمین می‌زنند.

جایگزین‌های GPS:

با تمامی این توضیحات جالب است بدانید GPS تنها روشی نیست که با کمک آن می‌توانید موقعیت فعلی خود را تخمین بزنید. در حال حاضر سرویسی با نام 911 وجود دارد که داده‌های به دست آمده که شامل قدرت سیگنال برج‌های سلولی است را می‌توان برای تخمین مکان پلتفرم‌های موبایل استفاده کرد. این روش هم به نوعی مانند روش پیشین عمل می‌کند به این صورت که با تخمین قدرت سیگنال‌های دریافتی از میان چندین برج سلولی، دستگاه شما می‌تواند نسبت به تخمین مکان شما اقدام کند.
برخی از دستگاه‌ها نیز وجود دارد که از سیستم موقعیت یاب مبتنی بر وای فای یا WPS برای تعیین موقعیت شما استفاده می‌کنند. نحوه‌ی عمل کرد این سیستم به این صورت است که نام نزدیکترین نقاط دسترسی یا Access Point به همراه قدرت نسبی سیگنالیشان در نقاط خاص با استفاده از سرویس Google Street View ذخیره شده و سپس گوشی هوشمند شما به دنبال نزدیک‌ترین شبکه‌ وایرلس می‌گردد و سپس لیستی از نامها و قدرت سیگنال‌های دریافتی را به سرورهای گوگل ارسال می‌کند. در نهایت هم سرورهای گوگل با مطابقت دادن داده‌های ذخیره شده در بانک اطلاعاتی خود با اطلاعات جدید فاصله تقریبی شما را تخمین خواهد زد.
البته ناگفته نماند که گوگل تنها ارائه کننده این سرویس به شیوه‌ی گفته شده نیست لیکن بیشتر افراد این سرویس را با نام گوگل می‌شناسند. این روش مخصوصاٌ زمانی کار برد دارد که در فضاهای بسته قرار داشته باشیم و امکان استفاده از GPS ماهواره‌ای وجود نداشته باشد.
سیستم GPS تنها شبکه‌ی ماهواره‌ای نیست که می‌توان از آن برای موقعیت یابی استفاده کرد. در این بین کشورهایی هم چون روسیه و چین نیز به ترتیب از سرویس‌های GLONASS و BDS استفاده می‌کنند. در اروپا نیز برنامه‌ ریزی‌ها و کارهای لازم برای جایگزین کردن سیستم GPS با سیستم جدیدی که Galileo نام دارد در حال انجام شدن است.