GPS چیست و چگونه کار می کند

در ادامه با این تکنولوژی بیشتر آشنا شده و نحوه کار کرد آن را توضیح می دهیم. لازم به ذکر است که با توجه به نزول شدید بهای گیرنده‌های این سیستم، و افزایش امکانات آنها، این تکنولوژی در آینده نزدیک بیش از پیش در اختیار همگان قرار خواهد گرفت.
 سامانه موقعیت‌یاب جهانی یا جی‌پی‌اسGlobal Positioning Systems یک سیستم کامل و عملیاتی موقعیت‌یاب ماهواره‌ای است. در این سیستم شبکه‌ای با حداقل ۲۴ ماهواره داده‌هایی شامل مکان خود و زمان را به زمین می‌فرستند. گیرنده‌های زمینی جی‌پی‌اس با دریافت این داده‌ها موقعیت گیرنده را بر روی زمین محاسبه و ارائه می‌کنند. ماهواره‌های این سیستم به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شده‌اند. جی‌پی‌اس در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شد. اولین ماهواره این سامانه در سال ۱۹۸۷ به فضا ارسال شد.
بخش کنترل زمینی این بخش شامل ایستگاههای کنترل زمینی است که دارای مختصات معلوم هستند و موقعیت آنها از طریق روشهای کلاسیک تعیین موقعیت نظیر روش VLBI (تعیین فواصل بلند توسط کوازارها)و روش SLR (فاصله سنجی ماهواره‌ای با امواج لیزر) بدست آمده‌است. این ایستگاه‌ها وظیفه تعقیب پلی نومیال (Polynomials) ریاضی بطریق کمترین مربعات، پارامترهای مداری (افمریزها)و موقعیت ماهواره‌ها را نسبت به یک سیستم مختصات ژئودتیک ژئوسنتریک (مبدا سیستم مختصات تقریباً در مرکززمین قرار دارد.) محاسبه می‌نماید.
تعداد این ایستگاههای زمینی ۵ عدد است که ایستگاه اصلی با نام کلرادو اسپرینگ در آمریکا قرار داردو ۴ ایستگاه فرعی دیگر در نقاط دیگر کره زمین مستقر هستند. آخرین بخش از سیستم GPS، قسمت USER یا کاربران سیستم است که خود شامل دو بخش است:
1.    آنتن دریافت کننده اطلاعات ارسالی از ماهواره‌ها
2.    گیرنده(پردازش کننده اطلاعات دریافتی و تعیین کننده موقعیت محل آنتن)
نرم افزار و میکروپروسسور داخل گیرنده GPS فاصله بین آنتن زمینی تا ماهواره‌های مرتبط با گیرنده را تعیین می‌کند سپس با استفاده از حداقل ۴ ماهواره موقعیت X وY و ارتفاع محل استقرار آنتن یا همان گیرنده تعیین می‌شود.
نکته مهمی که می‌بایست مورد توجه قرار گیرد این است که ارتفاعی که GPS به ما می‌دهد با ارتفاع موجود در نقشه‌ها و اطلس‌ها فرق می‌کند.ارتفاع GPS نسبت به سطح مبنایی بنام بیضوی است در حالی که ارتفاع موجود در نقشه‌ها ارتفاع اورتومتریک است که از سطح دریاهای آزاد محاسبه می‌گردد. مقدار این اختلاف در بیش ترین حالت در حدود ۱۰۰ متر است.
ماهواره‌های این سیستم، در مداراتی دقیق هر روز ۲ بار بدور زمین می‌گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می‌کنند. گیرنده‌های G.P.S 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. سپس این عمل را با داده‌های 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 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 اطاعات مفید دیگر، می‌نماید.
۲۴ عدد ماهواره G.P.S در مدارهایی بفاصله ۱۲۰۰۰ مایل از سطح دریا گردش می‌کنند. هر ماهواره دقیقا طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین می‌گردد. این ماهواره‌ها انرژی خود را از خورشید تامین می‌کنند. همچنین باتری‌هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می‌کنند بهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره‌ها را در مسیر صحیح نگاه می‌دارد. به این ماهواره‌ها NAVSTAR نیز گفته می‌شود.آنها با یک سرعت ثابت در حرکتند و در هر ۲۴ ساعت دوبار دور زمین را با سرعتی معادل ۷۰۰۰ مایل در ساعت می‌گردند.
خدمات این مجموعه در هر نقطه از کره زمین در تمام شبانه‌روز در دسترس است و استفاده از آن رایگان است.
بسیاری از کشورها برای اینکه از این سیستم که عملاً کنترل آن در اختیار آمریکاست مستقل باشند و همچنین برای اینکه بسیاری امکانات دیگر را از این سیستم بگیرند خود اقدام به ایجاد یک سیستم موقعیت یاب جهانی کرده اند. در ادامه با برخی از آنها آشنا می شویم :
•    سیستم گلوناس که دولت شوروی ساخته و اکنون به‌دست کشور روسیه اداره می‌شود.این سیستم هم اکنون ۴۵٪ قابلیت مانور دارد و قرار است تا سال ۲۰۰۸ به همراه کشور هند به طور کامل به بهره برداری برسد.
•    سیستم گالیله گسترش داده شده توسط اتحادیه اروپا و قرار است به همراه کشورهای اسراییل، هند، عربستان سعودی، کره جنوبی، اکراین، چین و مراکش تا سال ۲۰۱۰ به صورت موثر به کار گرفته شود.
•    سیستم بیدو (Beidou) که به صورت مستقل چین در حال گسترش می‌باشد
•    سیستم QZSS درژاپن برای پوشش بهتر جزایر ژاپنی
•    سیستم ماهواره‌ای موقعیت یابی ملی هند (IRNSS)
با داشتن توانایی کاملاً عملیاتی در دسترس در 17 جولای 1995، جی‌پی‌اس اهداف طرح اصلی خودش را هم برای رقابت با سیستم های فوق الذکر کامل کرده است. پیشرفت های دیگر در فناوری و تقاضاهای جدید نیز بر روی سیستم موجود، به تلاش برای "مدرن کردن" سیستم GPS منتهی شد. اعلام هایی از معاون رییس جمهور و خانه سفید در 1998، از وقوع آغاز این تغییرات خبر می داد و در سال 2000، کنگره آمریکا دوباره این تلاش را اعلام کرد که با نام GPS III به آن اشاره می شود. این پروژه ایستگاه های زمینی جدید و ماهواره های جدید را در بر می گیرد، با سیگنال های جهت یابی اضافی برای هر دوی کاربران نظامی و غیرنظامی و کمک می کند به بهبود دقت و در دسترس بودن برای همه کاربران. یک هدف 2013 برقرار شده است با انگیزه¬هایی که برای پیمان کاران پیشنهاد می شود اگر آنها بتوانند آن را تا 2011 کامل کنند.