جی پی اس چگونه کار میکند؟
در مقاله قبل در خصوص اینکه جی پی اس چیست و چه کاربردهایی دارد توضیحات کاملی ارائه شد، اکنون در این مقاله درباره چگونگی عملکرد ماهواره های جی پی اس به صورت فنی و تخصصی خواهیم پرداخت، پس در ادامه با ما همراه باشید.
نحوه عملکرد ماهواره های جی پی اس
ماهواره‌های جی پی اس، در مدارهای دقیق هر روز ۲ بار به‌دور زمین می‌‌گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره میکنند. گیرنده‌های جی‌پی‌اس 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 از ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه میکند. از اختلاف این دو زمان، فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می‌‌گردد. این عمل را با داده‌های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار میکند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با تقریب ناچیز معین میکند.
گیرنده به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل ۳ ماهواره برای محاسبه ۲ بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل ۴ 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 اطلاعات مفید دیگر، می‌نماید.
امواج ماهواره ها متشکل از امواج حامل باند L مدوله شده با یک کداستاندار کد C/A2و یک کد دقیق P(3) ویک کددریانوردی ومختصات ماهواره به صورت توابع زمانی می باشد که دربر آن گیرنده های شخصی تفاوتهای زمانی بین وردوی کدهای C/A را اندازه گیری میکنند اگردراثر دخالت کنترل زمینی درانطباق زمانی خطایی بوجود نیاید گیرنده های شخصی ازدقتی حدود 15 متر برخوردار خواهند شد.
مفهوم کلی ناوبری رادیویی بستگی به انتقال همزمان سیگنالهای رادیویی دارد اگر سیگنالهای رادیویی دقیقاً بطور همزمان فرستاده نشوند گیرنده نمی تواند بطور دقیق موقعیت را محاسبه نماید کنترل زمینی دراثر تاثیرگذاری بعضی از ماهواره ها در ارسال سیگنال های C/A کمی قبل یا بعد از سایر ماهواره ها دخالت می کند دخالت عمدی اصلی , همان دسترسی موردی (4) به شمار می رود.
گیرنده های شخصی میزان خطا را تشخیص نمی دهند. بلکه بطور تصادفی بین 15تا 100 متر دقت تغییر می یابد. البته دخالت عمدی برروی گیرنده های نظامی اثر نمی گذارد.
منبع خطای دیگر وجود که برروی فرکانس سیگنال گیرنده های شخصی اثرمی گذارد که دخالت یونسفر نامیده می شود.
زمانی که یک سیگنال رادیویی ازبین الکترونها ی آزاد یونسفر عبورمی کند تاخیر اندکی بوجود می آید برحسب مدت زمانی تاخیر که بوسیله الکترون های آزاد بوجود می آید ماهواره‌های GPS کدP را روی دوموج رادیویی با فرکانس های مختلف ارسال می کند که L1,L2 نامیده می شود. یک سیگنال به هنگام عبور ازیونسفر بیشتر ازدیگری به تاخیر می افتد.
گیرنده های گران قیمت هردوفرکانس را ردیابی می کنند و اختلاف ورودی بین L1,L2 اندازه می گیرند مدت زمان تاخیری را محاسبه می کنند که الکترونها ی آزاد ی بوجود می آورند وتصحیحات لازم را برای تاخیر یونسفر انجام می دهند.
گیرنده های شخصی نمی توانند تاثیر دخالت یونسفر را تصحیح کنند زیرا کدهای C/A فقط برروی فرکانس L1 فرستاده می شوند نوعی گیرنده های تخصصی وجوددارد که به عنوان گیرنده های بدون کدشناخته شده اند ودقت فوق العاده ای دارند که درآن بطور غیر مستقیم از کد P استفاده می شود گیرنده ها ارزش کدP را مشابه آنچه که گیرنده های نظامی تشخیص می دهند نمی شناسند بنابراین دقت آنها با استفاده از روش های خاص پردازش سیگنال بدست می آید آنها کد P رابرای چندروز دریافت کرده وپردازش می نمایند و پس از انجام محاسباتی چند می توانند موقعیت نقاطی را تهیه کند که با دقت mm 10 با استفاده از3یا4 ماهواره عملی می باشد.
البته این گیرنده بیشتر برای تعیین موقعیت درکارهای نقشه برداری بکار می رود زیرا بایدچند روزبطور مداوم درآن نقطه اطلاعات دریافت و پردازش شود.
روش تعیین موقعیت توسط GPS
اگر فاصله ما از ماهواره 1 درحدود 10 کیلومتر باشد بنابراین مکان ما درفضا بر محیط کره به مرکزیت ماهواره وشعاع 10 کیلومتر منطبق می باشد. حال فرض می کنیم فاصله ما از ماهواره 20 درحدود 11 کیلومتر باشد دراین حالت نیز مکان ما درفضا برروی محیط کره ای به مرکز ماهواره 2 وشعاع 11 کیلومتر واقع است فصل مشترک این دو کره می تواند یک دایره باشد که مکان ما بطور قطع بر روی محیط این دایره قراردارد.
حال اگر ماهواره سوم را نیز درنظر بگیریم که فاصله اش با ما 12 کیلومترباشد در این صورت فصل مشترک کره مربوط به ماهواره 3 با فصل مشترک کره های ماهواره ای 1و2 حداکثر دو نقطه می باشد که قطعاً یکی از این دو بین مکان واقعی ما خواهد بود. اما بطورقطعی یکی از این دو نقطه نامعقول می باشد.
بطور مثال دارای ارتفاع بیشتری از سطح زمین است. لذا کامپیوترهای داخل گیرنده های GPS با استفاده ازتکنیک های گوناگون قادر به تشخیص نقطه غلط می باشند.
از نظر تئوری با استفاده از 3 ماهواره می توانیم مکان خودرا به دست آوریم ولی به دلیل فنی اگر چنانچه ماهواره چهارم را همانند ماهواره های 1و2 انتخاب کنیم بطور قطع فصل مشترک این چهار کره یک نقطه خواهد بود و این نقطه مختصات مکانی ما را نشان می دهد استفاده کنندگانی که در ارتفاعی مشخص قراردارند (مانندکشتی هایی که درسطح دریا واقع باشند)به سهولت میتوانند با استفاده از دوماهواره مکان خود را تعیین نمایند.
در این حالت کره زمین را می توان جایگزین ماهواره سوم کرد و از یک مرحله محاسبه مسافت صرفنظر نمود بدین ترتیب این فرصت جهت انجام سایر محاسبات قابل بهره برداری بوده وعملاً مکان یابی افزایش می یابد.
بطور خلاصه میتوان بیان کرد که مبنای کار GPS استفاده از ماهواره به عنوان مرجعی جهت یافتن موقعیت درهرنقطه زمین می باشد سایر مسایل این سیستم صرفاً جزئیات تکنیکی هستند که به سرعت و دقت و سهولت عمل موقعیت یابی کمک می کند.
ماهواره جی پی اس سیگنالهایی با مشخصات ذیل ارسال می کنند، دو نوع اطلاعات مربوط به محاسبه نقاط عبارتند از:
1- اطلاعات تقویم نجومی مربوط به موقعیت تقویمی ماهواره ها می باشد، با دریافت این اطلاعات سیستم گیرنده GPS ماهواره‌هایی که بهترین اطلاعات را ارسال می کنند تشخیص می دهد و انتخاب می کند( ازنظر موقعیت هندسی)
2- اطلاعات جدول نجومی برای عملیات ناوبری استفاده می شود و بسیار دقیق است این جداول نیز حاوی مختصات مکانی دقیق ماهواره ای GPS و زمان ساعت ماهواره ها می‌باشد.
دوکد C/A , P دقیق است و مربوط به مسائل نظامی می باشد وکد C/A استفاده عمومی دارد و دقیق نمی باشد. ماهواره GPS اطلاعات مذکور را توسط سیگنالهاِیی با فرکانس 1575HZ )L1 و (1227GHZ) L2 ارسال می کنند هر ماهواره دارای آنت هلیکس 12 آراه است، قدرت سیگنال روی آنتن برای سیگنال dbLI 58 . برای سیگنال dbL2 /35 می باشد و قدرت آنت ماهواره بصورت ایزو تدوپیک حداقل db 50 می باشد کدهای C/A,P ازتنوع کدهای شبه تصادفی (13) هستند.
در مقاله های بعدی در خصوص موضوعات روش محاسبه مسافت از ماهواره جی پی اس ، انواع گیرنده های جی پی اس، اصول بکارگیری جی پی اس توضیحات کاملی ارائه خواهد شد.
استفاده از مطالب و محتوی مندرج در وب سایت پارس جی پی اس فقط برای مقاصد غیرتجاری و با ذکر منبع بلامانع است.
