با سیستم موقعیت یاب جهانی

اگر اهل بازدید از نمایشگاه دستاوردهای علمی و صنعتی باشید حتماً تا به حال نام GPS را شنیده اید و شاید از دو یا سه غرفه سرویس راهبری ماهواره ای نیز بازدید کرده اید؛ غرفه هایی که روی مانیتور نقطه کوچک و در حال حرکتی را در هر کجای دنیا به شما نشان می دهند و شما می توانید نام خیابانی را که نقطه هم اکنون در آن قرار دارد ببینید، می توانید پیش بینی کنید که این نقطه به کدام خیابان وارد خواهد شد، حتی این امکان را دارید که این اطلاعات و تصاویر را در گوشی تلفن همراهتان نیز مشاهده کنید.
تاکنون چقدر از این سرویس اطلاعات کسب کرده اید؟ آیا می دانید که سیستم GPS چیست؟
قطب نماهایی که با نیروی مغناطیسی زمین مشغول جهت یابی هستند به تدریج از صحنه روزگار محو شده و جای خود را به گیرنده های GPS می دهند. در حقیقت می توان گفت GPS سامانه ای است که با استفاده از تعدادی ماهواره عملیات جهت یابی را انجام می دهد؛ ماهواره هایی که هر کدام در مدارهایی جداگانه مستقل به دور زمین در حال گردش هستند و با ایستگاه های ویژه ای بر روی زمین در تماس هستند. همواره موقعیت این ماهواره ها در فضا مشخص است. دستگاه گیرنده GPS با ارتباط با تعدادی از این ماهواره ها فاصله شما را با آنها تعیین کرده و سپس موقعیت را بر روی زمین اعلام می کند.
● GPS چیست؟
GPS (Global positioning system) یا همان سیستم موقعیت یابی جهانی شبکه ای راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از ۲۴ ماهواره تشکیل شده است؛ ۲۴ ماهواره ای که همیشه و در همه ساعات شبانه روز دور زمین در حال گردش هستند. این ماهواره ها به سفارش ناسا ساخته شده و در مدار زمین قرار گرفته اند. در ابتدا کاربرد این سیستم فقط برای مقاصد نظامی بود اما در سال۱۹۸۰ کاربری آن تغییر پیدا کرد و برای مصارف غیرنظامی به کار گرفته شد.
▪ روش کار GPS
۲۴ ماهواره این سیستم در مدارهایی مستقل در مداراتی دقیق هر روز ۲ بار به دور زمین می چرخند و اطلاعاتی را به زمین ارسال می کنند. گیرنده های GPS که برای دریافت این اطلاعات طراحی و ساخته شده اند پس از دریافت این اطلاعات با انجام محاسبات هندسی و فیزیکی محل ماهواره را نسبت به زمین محاسبه می کنند. گیرنده بین زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره و زمان دریافت آن مقایسه ای به عمل آورده وازاختلاف این دو زمان، فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می شود.این عملیات مقایسه با داده های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار شده و محل دقیق گیرنده- همان دستگاهی که در اختیار کاربران قرار دارد- را با اختلافی بسیار کم و با دقتی زیاد تعیین می کند.گیرنده برای محاسبه دو بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل ۳ ماهواره و نیز برای یافتن مختصات ۳ بعدی شامل طول، عرض و ارتفاع به دریافت اطلاعات از ۴ ماهواره نیاز دارد. اطلاعاتی که از دستگاه های گیرنده می توان به دست آورد، اطلاعاتی بسیار مفید شامل سرعت، جهت، مسیر پیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مکان مورد نظر، زمان طلوع و غروب خورشید، طول و عرض جغرافیایی و... است.
▪ ماهواره های GPS
ماهواره های ۲۴ گانه این سیستم در مدارهایی جداگانه و به فاصله ۲۰هزار و ۸۰۰ کیلومتری از سطح زمین در حال گردش اند. هر ماهواره دقیقاً در ۲۴ ساعت دو دورکامل به دور زمین می چرخد و پس از هر ۱۲ ساعت در یک نقطه ثابت و مشخص قرار می گیرد. سرعت هر ماهواره ۷هزار مایل بر ساعت است و منبع تأمین نیروی حرکتی آنها انرژی خورشیدی است. البته باتری های قابل شارژی نیز به همراه دارند که در مواقع خورشید گرفتگی یا زمان هایی که در سایه زمین حرکت می کنند از انرژی آن استفاده کنند. این شبکه ۲۴گانه ماهواره های GPS در سال ۱۹۹۴ کامل شد و نخستین ماهواره ای که برای راه اندازی سیستم GPS تولید و به فضا پرتاب شد در حدود ۳۵ سال قدمت دارد- سال۱۹۷۸ - البته عمر ماهواره های سیستم GPS محدود بوده و حدود ۱۰ سال است که پس از این مدت ماهواره های جایگزین در فضا قرار می گیرند.
▪ گیرنده GPS
با توجه به نیازمندی ها و توانمندی های افراد در بهره گیری از گیرنده های مختلف، طیف وسیعی از گیرنده های GPS تولید و به بارور عرضه شده است که برای مصارف محدود تا مصارف نظامی و تجاری در نظر گرفته شده اند، به علاوه قبل از استفاده از هر کدام ازگیرنده های GPS باید از در دسترس بودن نقشه مناسب و به روز جهت منطقه و شهر مورد نظر خود اطمینان حاصل کنید، هر چه دقت این نقشه ها که در حافظه گیرنده GPS، بارگذاری (upload) می شود، دقیق تر باشد سرویس های دریافتی از GPS نیز دقیق تر خواهد بود.خطای مکان یابی این سیستم در حد متر است که با توجه به کیفیت دستگاه گیرنده این خطا تنزل کرده و داده های دریافتی واقعی تر خواهد بود. با توجه به کاهش قیمت گیرنده های GPS کاربرد این سامانه در سال های اخیر رشد چشمگیری داشته است.
● اطلاعات ارسالی از ماهواره های GPS
هر ماهواره هنگام ارسال اطلاعات سیگنال هایی را به مراکز اصلی می فرستد که این اطلاعات شامل موارد زیر است:
- کد Random
- کد ephemeris
- کد almance
کد random تولید شده مشخص کننده ماهواره ارسال کننده اطلاعات است (کد شناسایی ماهواره)، کد ephemeris شامل اطلاعاتی درباره وضع ماهواره (سالم یا خراب)، تاریخ و زمان فعلی و کد almance داده ای را انتقال می دهد که نشان دهنده اطلاعات مداری برای هر ماهواره و تمام ماهواره های دیگر است.با استفاده از این اطلاعات دریافتی می توان مشخص کرد که هر ماهواره در چه موقعیتی قرار دارد و پیام ارسالی از ماهواره چه زمانی ارسال شده است. پس از تحلیل این پیام ها توسط دستگاه های گیرنده GPS موقعیت فعلی گیرنده GPS به وضوح مشخص خواهد شد.
● سیستم های مشابه
در دنیا سیستم های مشابه دیگری که مانند سیستم GPS مشغول به فعالیت هستند وجود دارد که می توان به دوربین های بالتسیک، داپلر، SECOR، LONG-C،LLR،N.N.S.S SLR اشاره کرد. فعالیت این سیستم ها با روی کار آمدن GPS کمتر شده و به مرور فراموش شدند اما ۳ سیستمی که همزمان با GPS در حال فعالیت هستند عبارتند از:
۱) سیستم گلوناس که شوروی سابق آن را ساخته و اکنون به دست کشور روسیه اداره می شود، ۴۵ درصد این سیستم هم اکنون فعال شده است و تا سال۲۰۰۸ به بهره برداری کامل می رسد.
۲) سیستم گالیله که توسط اتحادیه اروپا طراحی شده است و تا سال۲۰۱۰ به بهره برداری می رسد.
۳) سیستم بیدو که توسط کشور چین و به صورت مستقل درحال گسترش است.
● کاربران GPS
GPS کاربردهای فراوان و متنوعی در آب، خشکی و هوا دارد که در هر جایی قابل استفاده است.به جز نقاطی که امکان دریافت امواج ماهواره ای در آنها ممکن نباشد مانند غارها، نقاط زیرزمینی، زیرآب و...، کاربردهای هوایی GPS در راه یابی برای هوانوردان مفید است، در آب نیز قایقرانان و دریانوردان از این سیستم بهره می گیرند، در خشکی نیز مراکز علمی برای دریافت اطلاعات مکانی، نقشه برداران، برای استفاده در عملیات نقشه برداری، استفاده های تفریحی برای شکارچیان، کوهنوردان، سیاحان و استفاده های صنعتی در مسیریابی خودروها و عملیات امداد و نجات و ...
● انواع گیرنده های GPS
گیرنده های GPS انواع گوناگونی دارند و انتخاب هر کدام از آنها بستگی به موارد استفاده شما دارد. در زیر پرکاربردترین این نوع گیرنده ها تشریح شده است:
▪ گیرنده Basic
این نوع از گیرنده های GPS از ساده ترین و ارزان ترین گیرنده هاست. این نوع گیرنده می تواند با دقت زیاد اطلاعات مورد نیاز شما را در اختیارتان بگذارد اما به نسبت گیرنده های گران قیمت تر امکانات کمتری دارد. امکانات این گیرنده شامل موقعیت ماهواره ها، توانایی محاسبه مسافت پیموده شده، موقعیت یابی، تعیین جهت، تعیین ارتفاع از سطح دریا، توانایی ذخیره سازی مسیر پیموده شده، توانایی هدایت و مسیریابی و یافتن مسیر قبلی است.
▪ گیرنده دستی GPS
این نوع گیرنده از قابلیت نمایش نقشه برخوردار است و ابعاد بزرگتری دارد. به علاوه دارای امکانات بیشتری مانند فشارسنج، قطب نمای الکترونیکی، سالنامه و قابلیت اتصال به رایانه است.
▪ گیرنده GPS برای خودرو
این نوع از گیرنده ها صفحه نمایش بزرگتری دارند تا پس از نصب بر روی اتومبیل، راننده قابلیت خواندن آن را هنگام رانندگی داشته باشد، به علاوه این دستگاه دارای امکانات صوتی است تا راننده را با صدا نیز هدایت کند و به او اجازه می دهد بدون این که چشم از جاده بردارد با گوش کردن به صدای دستگاه طبق نقشه حرکت کند.
▪ گیرنده GPS برای رایانه همراه:
این دسته از گیرنده ها با اتصال به نوت بوک فعال شده و اطلاعات مورد نیاز را از روی رایانه همراه بازخوانی کرده و پس از پردازش اطلاعات، قابلیت موقعیت یابی، ارتفاع سنجی و مسیردهی را بر روی رایانه فراهم می کند. مزیت عمده این گروه از GPS ها نسبت به سایر گیرنده ها قابلیت برنامه ریزی است. به این معنی که شما می توانید برنامه های هدایت مسیر، تعیین مسیر، مکان یابی و ... مورد نظر خود را بر روی این دسته از گیرنده ها قرار داده و سپس از این امکانات استفاده کنید. به علاوه در این نوع از گیرنده ها وضوح دقت نقشه بالاتر بوده و شما جزئیات بیشتری را بر روی نقشه شاهد خواهید بود.
▪ گیرنده تلفن همراه
این گروه از گیرنده ها در سال های اخیر با گوشی های تلفن همراه ادغام شده اند و دیگر به صورت مستقل وجود ندارند چرا که تمامی امکاناتشان به گوشی های تلفن همراه منتقل شده است. شما با خرید یک گوشی تلفن همراه که قابلیت GPS دارد و نیز دریافت خدمات از اپراتوری که مجهز به ارسال اطلاعات GPSباشد، می توانید اطلاعات موقعیتی و مکانی خود را بر روی گوشی تلفن همراه مشاهده کنید، اما در این نوع از گیرنده ها به نسبت سایر گیرنده ها اطلاعات محدودتر و کمتر خواهد بود.

منبع: وحید نقشینه

منبع : راسخون