آشنايي با GPS

از ديرباز يکي از مسايلي که فکر بشر را به خود مشغول کرده بود تعيين موقعيت افراد يا اجسام بود. دانشمندان فکر مي کردند اگر بتوان موقعيت يا حتي سرعت افراد يا اجسام را مشخص کرد از اين طريق مي توان بسياري از مشکلات را حل کرد. امروزه اين رويا به واقعيت تبديل شده و تعيين موقعيت و سرعت افراد به راحتي امکان پذ ير استبه کمک اين فناوري مي توان جلوي بسياري از حوادث و اتفاقات را گرفت. با پيشرفت علوم و فنون فضايي همراه علوم ژئوماتيک، اين ايده شکل گرفت که کنترل مختصات از سطح زمين به فضاي اطراف آن منتقل شود. به اين منظور، استفاده از ماهواره هايي که به گرد زمين مي چرخند و موقعيت د قيق آنها در هر لحظه کنترل و تعيين مي شود، بهترين روش شناخته شد.
اين ايده ابتدا از سوي پژوهشگران وزارت د فاع آمريکا (پنتاگون) ارائه و در پي آن، سيستم تعيين موقعيت جهاني GPS تعريف شد.
سيستم مکان يابي جهاني (Global positioning System) يک سيستم هدايت (ناوبري) ماهواره اي است شامل شبکه اي از 24 ماهواره در گردش که در فاصله 11 هزار مايلي و در شش مدار مختلف قرار دارند.
در واقع يک سيستم راهبري و مسيريابي ماهواره اي است که از شبکه اي با 24 ماهواره تشکيل شده است و اين ماهواره ها به سفارش وزارت د فاع 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 کره زمين در تمام ساعات شبانه روز در دسترس است. پديد آورند گان اين سيستم، هيچ حق اشتراکي براي کاربران درنظر نگرفته اند و استفاده از آن رايگان است.
ماهواره ها در حال حرکت مي باشند و در عرض 24 ساعت دوبار کامل برگرد زمين مي گردند. (هر روز دوبار) با سرعتي در حدود 108 مايل در ثانيه ماهواره هاي GPS به نام NAVSTAR شناخته مي شوند...
لازمه هر گونه آشنايي با GPS فراگيري ماهيت اصلي اين ماهواره است. اولين ماهواره GPS در فوريه 1978 پرتاب شد. وزن هر ماهواره تقريباً 2000 پاوند و قدرت فرستنده آن 50 وات و يا کمتر است.
هر ماهواره حدوداً 10 سال فعال مي ماند و جايگزيني ماهواره ها به موقع انجام و ماهواره هاي جايگزين به فضا پرتاب مي شوند. برنامه شبکه GPS هرچند وقت يکبار به روز مي شود. مسير گردش ماهواره ها آنها را بين عرض جغرافيايي 60 درجه شمالي و 60 درجه جنوبي قرار مي د هد. اين امر به معني آن است که در هر نقطه از زمين و در هر زمان مي توان سيگنال هاي ماهواره اي را دريافت نمود. و هر چند به قطب هاي شمال-جنوب نزد يک شويم نيز همچنان ماهواره هاي GPS را خواهيم د يد. هرچند د قيقاً در بالاي سر ما نخواهند بود و اين در د قت و صحت عمل آنها در اين نقاط تاثير مي گذارد.
يکي از بزرگترين مزاياي رهيابي بوسيله GPS نسبت به روش هاي ديگر زميني آن است که اين سيستم در هر شرايط جوي و بدون توجه به نوع کاربرد گيرنده GPS بخوبي کار مي کند.

ماهواره هاي GPS
 

24 عدد ماهواره GPS در مدارهايي به فاصله 24 هزار مايل از سطح دريا گردش مي کنند. هر ماهواره د قيقاً طي 12 ساعت يک دور کامل بدور زمين مي گردد. سرعت هر يک 7000 مايل بر ساعت است. اين ماهواره هاي نيروي خود را از خورشيد تامين مي کنند. همچنين باتري هايي نيز براي زمان هاي خورشيد گرفتگي و يا مواقعي که در سايه زمين حرکت مي کنند به همراه دارند. راکت هاي کوچکي 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 کنيم:
*اولين ماهواره GPS در سال 1978 يعني حدود 35 سال پيش در مدار زمين قرار گرفت.
*در سال 1994 شبکه 24 عددي NAVSTAR تکميل شد.
*عمر هر ماهواره حدود 10 سال است که پس از آن جايگزين مي شود.
*هر ماهواره حدود 2000 پاوند وزن دارد و طول باتري هاي خورشيدي آن 5.5 است.
*انرژي مصرفي هر ماهواره، کمتر از 50 وات است.

GPS چگونه کار مي کند؟
 

ماهواره هاي اين سيستم، در مداراتي د قيق هر روز 2 بار به دور زمين مي گردند و اطلاعاتي را به زمين مخابره مي کنند. گيرنده هاي GPS اين اطلاعات را دريافت کرده و با انجام محاسبات هندسي، محل د قيق گيرنده را نسبت به زمين محاسبه مي کنند. در واقع گيرنده زمان ارسال سيگنال توسط ماهواره را با زمان دريافت آن مقايسه مي کند. از اختلاف اين دو زمان فاصله گيرنده از ماهواره تعيين
مي شود. حال اين عمل را با داده هاي دريافتي از چند ماهواره ديگر تکرار مي کند و بد ين ترتيب محل د قيق گيرنده را با اختلاف ناچيزي، معين مي کند.
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، مسير پيموده شده، فواصل طي شده، فاصله باقي مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشيد و بسياري اطلاعات 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 بود ن نقشه مناسب و به روز جهت ناحيه مورد استفاده تان، اطمينان حاصل کنيد. امروزه بهاي گيرنده هاي GPS بطور چشمگيري کاهش پيدا کرده است و هم اکنون در کشور ما (ايران) به بهايي معادل يک عدد گوشي متوسط موبايل نيز مي توان گيرنده GPS تهيه کرد. در کشورها توسعه يافته از اين سيستم جهت کمک به راهبري خوردو، کشتي و انواع وسايل نقليه بهره گيري مي شود.
هرچه نقشه هاي منطقه اي که در حافظه گيرنده بارگذاري مي شود د قيق تر باشد، سرويس هايي که از GPS مي توان دريافت داشت نيز ارتقا مي يابد. براي مثال، مي توان از GPS مسير نزديک ترين پمپ بنزين، تعميرگاه و يا ايستگاه قطار را سؤال نمود و مسير پيشنهادي را دنبال کرد. د قت مکانيابي اين سيستم در حد چند متر است، که بسته به کيفيت گيرنده تغيير مي کند.
از سيستم محل يابي جهاني مي توان در کارهايي چون نقشه برداري و مساحي، پروژه هاي عمراني، کوهنوردي، کايت سواري، سفر در مناطق ناشناخته، کشتي راني و قايقراني، عمليات نجات هنگام وقوع سيل و زمينلرزه و هر فعاليت ديگر که نيازمند محل يابي باشد، بهره برد.
هر کس بخواهد بداند کجاست و بکجا مي رود به اين سيستم نيازمند است، با توجه به نزول شديد بهاي گيرند ه هاي اين سيستم، و افزايش امکانات آنها، اين تکنولوژي در آينده نزديک بيش از پيش در اختيار همگان قرار خواهد گرفت.
در نهايت بايد گفت هر کسي که مي خواهد بداند که در کجا قرار دارد، راهش به چه سمتي است، و يا با چه سرعتي در حرکت است مي تواند از يک GPS استفاده کند. در خود روها نيز وجود GPS به امري عادي بدل خواهد شد. سيستم هايي در حال تهيه است تا در کنار هر جاده اي با فشار داد ن يک کليد موقعيت به يک مرکز اورژانس انتقال يابد. (بوسيله انتقال موقعيت فعلي به يک مرکز توزيع)سيستم هاي پيچيد ه ديگري موقعيت هر خودرو را در يک خيابان ترسيم مي کنند اين سيستمها به راننده بهترين مسير براي رسيد ن به يک هدف خاصل را پيشنهاد مي کنند.
منبع: پيام تهران شماره 93