دانستنی هایی درباره جی پی اس

[sorood parnian]

سیستم مكان یابی جهانی ( Global Positioning System ) یك سیستم هدایت (ناوبری) ماهواره ای اســت شـامل شبكه ای از 24 ماهواره در گردش كه درفاصله 11 هزارمایلی و در شش مدار مختلف قراردارند. در واقع یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبکه ای با 24 ماهواره تشکیل شده است و این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده اند. این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال 1980 استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شد. خدمات این مجموعه در هر شرایط آب و هوایی و در هر نقطه از کره زمین در تمام ساعت شبانه روز در دسترس است. پدید آوردنگان این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رایگان است.

(شکل1)
24 ماهواره که دور زمین در گردش هستند​

ماهواره‌ها درحال حركت می‌باشند و درعرض 24 ساعت دوباركامل بـــرگرد زمیــن می‌گردنــــــد. (هر روز دوبار ) باسرعتی درحدود 108 مایل درثانیه ) ماهواره‌های جی پی اس به نام NAVSTAR شناخته می‌شوند...
لازمه هرگونه آشنایی با جی پی اس فراگیری ماهیت اصلی این ماهواره‌ها می‌باشد. اولین ماهواره جی پی اس درفوریه 1978 پرتاب شد وزن هر ماهواره تقریباً 2000 پوند و دارای صفحات آفتابی به پهنای 17 فوت می‌باشد و قدرت فرستنده آن 50 وات و یا كمتر است. هر ماهواره 2 سیگنال ارسال می‌كند: L1 و L2. GPS های غیر نظامی ‌از فركانس 42MHZ.1575 :L1 اسـتــفــاده می‌كنند. هر ماهواره حدوداً 10 سال فعال می‌ماند وجایگزینی ماهواره‌ها به موقع انجام گشته و ماهواره‌های جایگزین به فضا پرتاب می‌گردند. برنامه شبكه GPS هم اكنون تا سال 2006 تنظیم وجایگزینی های لازمه ترتیب داده شده اند. مسیر گردش ماهواره‌ها آنها را بین عرض جغرافیایی 60 درجه شمالی و 60 درجه جنوبی قرار می‌دهد. این امر به معنی آن است كه درهرنقطه از زمین و درهر زمان می‌توان سیگنال های ماهواره ای را دریافت نمود وهرچه به قطبهای شمال – جنوب نزدیك شویم نیز همچنان ماهواره‌های جی پی اس را خواهیم دید. هرچند دقیقاً در بالای سر ما نخواهند بود واین در دقت وصحت عمل آنها در این نقاط تاثیر می‌گذارد. یكی از بزرگترین مزایای رهیابی به وسیله جی پی اس نسبت به روشهای دیگر زمینی بودن آن است كه این سیستم درهر شرایط جوی و بدون توجه به نوع كاربرد گیرنده جی پی اس به خوبی كار می‌كند.24 عدد ماهواره (GPS) در مدارهایی به فاصله 24000 هزار مایل از سطح دریا گردش می‌کنند. هر ماهواره دقیقا طی 12 ساعت یک دور کامل به دور زمین می‌گردد. سرعت هریک 7000 مایل بر ساعت است. این ماهواره‌ها نیروی خود را از خورشید تامین می‌کنند. همچنین باتری هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می‌کنند به همراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره‌ها را در مسیر صحیح نگاه می دارد. به این ماهواره‌ها NAVSTAR گفته می‌شود.در اینجا به برخی مشخصه های جالب این سیستم اشاره می کنیم:

اولین ماهواره (GPS) در سال 1978 یعنی حدود 35 سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.

در سال 1994 شبکه 24 عددی NAVSTAR تکمیل گردید.

عمر هر ماهواره حدود 10 سال است که پس از آن جایگزین می‌گردد.

هر ماهواره حدود 2000 پاوند وزن دارد و طول باتری های خورشیدی آن 5.5 متر است.

انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از 50 وات است.

 

[sorood parnian]

ماهواره‌های این سیستم، در مداراتی دقیق هر روز 2 بار به دور زمین می گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می‌کنند. گیرنده‌های جی پی اس این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می‌کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می‌کند. از اختلاف این دو زمان فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می‌گردد. حال این عمل را با داده های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می‌کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با اختلافی ناچیز، معین می‌کند.

گیرنده به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل 3 ماهواره برای محاسبه 2 بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی و همچنین دریافت اطلاعات حداقل 4 ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره‌ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطاعات مفید دیگر، می نماید.

گیرنده‌ها​

بسته به نوع مصرف و بودجه می‌توانید از طیف وسیع گیرنده‌های جی پی اس بهره ببرید. همچنین، باید از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروزجهت ناحیه مورد استفاده تان، اطمینان حاصل کنید. امروزه بهای گیرنده‌های جی پی اس بطور چشمگیری کاهش پیدا کرده است و هم اکنون در کشور ما (ایران) با بهایی معادل یک عدد گوشی متوسط موبایل نیز می‌توان گیرنده (gps) تهیه کرد. در کشورهای توسعه یافته از این سیستم جهت کمک به راهبری خودرو، کشتی و انواع وسایل نقلیه بهره‌گیری می‌شود.
هر چه نقشه های منطقه ای که در حافظه گیرنده بارگذاری می‌شود دقیق‌تر باشد، سرویس‌هایی که از جی پی اس می‌توان دریافت داشت نیز ارتقا می یابد. برای مثال، می‌توان از (gps) مسیر نزدیکترین پمپ بنزین، تعمیرگاه و یا ایستگاه قطار را سوال نمود و مسیر پیشنهادی را دنبال کرد. دقت مکانیابی این سیستم در حد چند متر می باشد، که بسته به کیفیت گیرنده تغییر می‌کند. از سیستم محلیابی جهانی می‌توان در کاره‌هایی چون نقشه برداری، پروژه های عمرانی، کوهنوردی، کایت سواری، سفر در مناطق ناشناخته، کشتی رانی و قایقرانی، عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زمین لرزه و هر فعالیت دیگر که نیازمند محل یابی باشد، بهره برد.

هر کس که بخواهد بداند کجاست و به کجا می رود به این سیستم نیازمند است، با توجه به نزول شدید بهای گیرنده‌های این سیستم و افزایش امکانات آنها، این تکنولوژی در اینده نزدیک بیش از پیش در اختیار همگان قرار خواهد گرفت.

 

[sorood parnian]

سیگنـال (GPS) شـــــامــل : یـــك كد شبه تصادفی Pseudo Random Code، داده ای بنام ephemeris و یك داده تقویــــمی‌بنام almanac می‌باشد.
كد شبه تصادفی مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات ( كد شتاسایی ماهواره ) می‌باشد. هر ماهواره با كدی مخصوص شناسایی می‌شود : RPN Random Code Pseudo این عددی است بین 1و 32. این عدد درگیرنده هر جی پی اس نمایش داده می‌شود.دلیل اینكه تعداد این شناسه ها بیش از 24 می‌باشد امكان تسهیل درنگهداری شبكه جی پی اس (GPS) باشد. زیرا ممكن است یك ماهواره پرتاب شود و شروع بكار نماید قبل از اینكه ماهواره قبلی از رده خارج شده باشد. به این دلیل ازیك عدد دیگر بین 1و 32 برای شناسایی این ماهواره جدید استفاده می‌شود.

داده Ephemeris دائماً به وسیله ماهوارها ارسال می‌گردد وحاوی اطلاعاتی درمورد : وضعیت خود ماهواره (سالم یا ناسالم) و تاریخ وزمان فعلی می‌باشد. گیرنده جی پی اس بدون وجود این بخش از پیام درمورد زمان وتاریخ فعلی دركی ندارد. این بخش پیام نكته اساسی برای تعین مكان می‌باشد.

Almanac داده ای را انتقال می‌دهد كه نشان دهنده اطلاعات مداری برای هر ماهواره وتمام ماهوارهای دیگر سیستم می‌باشد. حال میتوان شیوه كار جی پی اس (GPS) را بهتر بررسی كرد. هر ماهواره پیامی‌را ارسال می‌كند كه بــطور ســــــاده می‌گوید :

من ماهواره شماره X هستم، موقعیت فعلی من Y است و این پیام در زمان ارسال شده است.
هر چند كه این شكل ساده شده پیام ارسالی است ولی می‌تواند كل طرز كار سیستم را بیان نماید. گیرنده جی پی اس پیام را می‌خواند و داده های almanac و ephemeris را جهت استفاده بعدی ذخیــره می‌نماید. این اطـلاعـات می‌توانند برای تصحیح و یا تنظیم ساعت درونی نیز به كار روند.

حال برای تعیین موقعیت، گیرنده جی پی اس زمانهای دریافت شده را با زمان خود مقایسه می‌كند. تفاوت این دو مشخص كننده فاصله گیرنده جی پی اس از ماهواره مزبور می‌باشد. این عملی است كه دقیقاً یك گیرنده جی پی اس انجام می‌دهد. با استفاده از حداقل سه ماهواره یا بیشتر، جی پی اس می‌تواند طول و عرض جغرافیایی مكان خود را تعیین نماید. ( كه آن را تعیین دو بعدی می‌نامند. ) و با تبادل با چهار ( و یا بیشتر ) ماهواره یك جی پی اس می‌تواند موقعیت سه بعدی مكان خود را تعیین نماید كه شامل طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع می‌باشد. با انجام پشت سر هم این محاسبات، جی پی اس می‌تواند سرعت و جهت حركت خود را نیز به دقت مشخص نماید.
یكی از عواملی كه بر روی دقت عمل یك جی پی اس اثــر می‌گذارد.
شكل قرار گرفتن ماهواره‌ها نسبت به یكدیگر می‌باشد. (از نقطه نظر GPS )
اگر یك (GPS) با چهار ماهواره تبادل نماید و هر چهار ماهواره در شمال و شرق جی پی اس باشند طرح و هندسه این ماهوارها برای این جی پی اس بسیار ضعیف میباشد و شاید جی پی اس قادر نباشد مكان یابی نماید. زیرا تمام اندازه گیریهای فاصله در یك جهت عمومی‌قرار دارند. مثلث سازی ضعیف است وناحیه مشترك بدست امده از اشتراك این مسافت سنجی ها وسیع می‌باشد ( مكانی كه برای مكان خود تصورمی‌كند بسیار وسیع می‌باشد ودر نتیجه تعیین دقیق محل آن ممكن نیست ) در این موقعیتها حتی اگر جی پی اس مكان یابی را انجام دهد و موقعیتی راگزارش نماید دقت آن نمی‌تواند زیاد خوب باشـــــــد ( كمتر از500-300 فیت ). اگر همین چهارماهواره درچهارجهت ( شمال، جنوب، شرق، غرب ) و با زوایای 90 درجه قرارداشته باشند طرح این چهار ماهواره برای جی پی اس مزبور بهترین حالت می‌باشد چرا كه جهات مسافت سنجی چهار جهت متفاوت و نقطه اشتراك این مسافت سنجی ها بسیار كوچك می‌باشد وهرچه این نقطه اشتراك كوچكتر باشد به معنی آن است كه بیشتر به نقطه واقعی حضورخود نزدیك شده ایم. دراین موقعیت دقت عمل كمتر از 100 فیت می‌باشد.

طرح وهندسه قرارگرفتن ماهواره‌ها هنگامیكه جی پی اس نزدیكی ساختمانهای بلند، قلل كوهها، دره های عمیق ویا در وسایل نقلیه قرارگرفته باشد به مساله مهمتری تبدیـل می‌گردد. اگر مانعی در رسیدن سیگنالهای بعضی از ماهواره‌ها وجود داشته باشد جی پی اس می‌تواند از بقیه ماهواره‌ها بـــرای مكان یابی خود استفاده نماید. هرچه این موانع بیشتر و شدیدتر شوند مكان یابی نیز مشكل‌تر می‌گردد.

یك گیرنده جی پی اس نه تنها ماهواره‌های قابل استفاده را تشخیص می‌دهد بلكه مكان آنها را درآسمان نیز تعیین می‌كند. ( ارتفاع و زاویه ) منبع دیگرایجاد خطا "چند مسیری بودن" می‌باشد." چند مسیری" نتیجه انعكاس سیگنال رادیویی به وسیله یك شی می‌باشد. این پدیده باعث ایجاد تصاویر سایه دار در تلویزیونها می‌گردد هر چند در انتهای جدید این شكل به وجود نمی‌آید، این پدیده در انتهای رو تلویزیونی قدیمی ‌به وجود می‌آمد.

بروز این اختلال برای جی پی اس ها به این شكل است كه امواج بعد از انعكاس به وسیله اشیاء ( مانند ساختمانها یا زمین ) به آنتن جی پی اس برسند. در این صورت سیگنال مسیر بیشتری را تا رسیدن به آنتن جی پی اس طی می‌كند و این باعث می‌شود كه جی پی اس فاصله ماهواره را بیشتر از آنچه هست محاسبه نماید كه باعث ایجاد خطا در مكان یابی نهایی می‌گردد. در صورت بروز این اختلال تقریباً 15 فیت بر خطای نهایی افزوده می‌شود.منبع دیگری نیز برای ایجاد خطا ممكن است وجود داشته باشند. افزایش تاخیر ( delay ) به دلیل اثرات جوی نیز می‌تواند برروی دقت كار اثر بگذارد. همچنین خطاهای ساعت داخلی جی پی اس. در هر دو این موارد گیرنده جی پی اس طوری طراحی شده است كه این اثرات را جبران نماید ولی خطاهای كوچكی بر اساس همین اثرات همچنان بروز خواهند كرد.

در عمل، دقت كار یك جی پی اس غیر نظامی‌معمولی، با توجه به تعداد ماهواره‌های تبادلی و طرح قرار گرفتن آنها بین 60 تا 225 فیت می‌باشد. جی پی اس های پیچیده تر و گرانتر می‌توانند با دقتهایی در حد سانتیمتر كاركنند ولی دقت یك جی پی اس معمولی نیز می‌تواند به كـــمك پـــردازشی بـــه نـــام DGPS Differential GPS به حدود 14 فیت یا كمتر برسد. سرویسهای DGPS با هزینه كمی ‌قابل اشتراك می‌باشند. سیگنال تصحیحات DGPS توسط سازمان Army Corps Of Engineers و از ایستگاههای مخصوص ارسال می‌گردد. این ایستگاهها در فركانس KHZ.325- 283.5 كار می‌كنند تنها هزینه استفاده از این سرویس خریدن یك دامنه از این سیگنالها می‌باشد. با این كار یك گیرنده دیگر به GPS ما متصل می‌شود ( از طریق یك كابل سه رشته ای ) و عمل تصحیح را طبق یك روش استاندارد به نام ( RTCM SC-104 ) انجام می‌دهد. اشتراك سرویسهای DGPS از طریق امواج رادیویی نیز ممكن می‌باشد.

 

[mehdipesse]

ممنون
همیشه برام سوال بود که چرا تا وقتی تعداد ماهواره هایی که میگیره یکی یا دوتا هست جی پی اس عددی رو نشون نمیده
خب پس تضیه به مثلث بندی مربوطه

 

[sorood parnian]

ممنون
همیشه برام سوال بود که چرا تا وقتی تعداد ماهواره هایی که میگیره یکی یا دوتا هست جی پی اس عددی رو نشون نمیده
خب پس تضیه به مثلث بندی مربوطه

خواهش می کنم .
خوشحالم که پستم براتون مفید واقع شد .