GPS چگونه کار می کند ؟

GPS بر اساس مقایسه زمان ارسال و دریافت سیگنال توسط یک ماهواره کار می کند . اختلاف زمان مشخص می کند که گیرنده GPS چقدر از ماهواره دور است .حال با اندازه گیری مسافت از چند ماهواره گیرنده GPS می تواند موقعیت کاربر را مشخص کند و حتی روی نقشه الکتریکی نمایش دهد . یک گیرنده GPS حداقل باید سیگنالهای سه ماهواره را برای تعیین دقیق دو موقعیت (طول و عرض جغرافیایی) دریافت کند و سیگنالهای چهار ماهواره یا بیشتر می تواند سه موقعیت (طول ، عرض و ارتفاع) را نشان دهد . بخش فضایی GPS از ۲۴ ماهواره تشکیل شده است که در مداری به فاصله ۲۰۰۰۰ کیلومتر از سطح زمین در حال چرخش به دور زمین هستند . هر کدام از این ماهواره ها در هر ۱۲ ساعت یک بار به دور زمین می چرخد . این ماهواره ها به ۶ گروه چهار تایی تقسیم شده اند و زمان چرخش آنها به دور زمین طوری تنظیم شده است که در هر نقطه از کره زمین ، حداقل شش ماهواره در خط دید وجود داشته باشند. منبع تعمین کننده انرژی ماهواره های GPS انرژی خورشیدی است .

این ماهواره ها سیگنالهای رایدویی (شامل اطلاعاتی در مورد ماهواره) را به زمین می فرستند که یک گیرنده GPS که روی زمین قرار دارد ، می تواند این سیگنالها را دریافت کند و طول ، عرض و ارتفاع جغرافیایی گیرنده را مشخص کند .

یکی از اشکالاتی که در سیستم ناوبری GPS وجود دارد ، گران قیمت بودن ساعت اتمی است . قیمت این ساعت ها حدود ۵۰ تا ۱۰۰ هزار دلار است . که فقط در ماهواره های GPS ازاین ساعت ها استفاده می شود . در گیرنده های GPS معمولی روی زمین ، از ساعتهای معمولی دیجیتال استفاده می شود . به همین دلیل امکان اختلاف در سیستم زمانی وجود دارد . مشکل دیگر این است که ماهواره ها سیگنالهای رادیویی را از خارج از جو زمین ارسال می کنند . این امواج باید از اتمسفر زمین عبور کنند و اتمسفر سرعت انتقال سیگنالها را کم می کند . بنابر این امواج با تأخیر چند ثانیه ای به گیرنده های GPS می رسند اما گیرنده های GPS از وجود اتمسفر خبر نداشته و محل ماهواره های ارسال کننده امواج را دورتر از موقعیت حقیقی شناسایی می کنند. برای رفع این مشکل از ایستگاه های (DGPSDifferentialGPS) که روی زمین و در مکان های مشخصی قرار دارند ، استفاده می شود . این ایستگاه ها فاصله دقیق بین ماهواره ها تا همان ایستگاه را می دانند و در صورت بروز خطای حاصل از اتمسفر زمین ، این خطا را با سیگنالهای رادیویی به دستگاههای گیرنده GPS انتقال می دهند تا آنها نیز از این دصد خطا باخبر باشند . آما دو نکته مهم در این رابطه وجود دارد : اولین نکته این است که دستگاهای گیرنده GPS باید مجهز به سیستم DGPS باشند و نکته دوم اینکه ایستگاه های DGPS ، امواج رادیویی را در همان منطقه و در اختیار گیرنده های GPS همان منطقه قرار می دهند . زیرا ضخامت اتمسفر زمین در نقاط مختلف متفاوت است و از این رو در هر ناحیه ، تنها دستگاه DGPS همان ناحیه قابل استفاده است . از دیگر مشکلات گیرنده های GPS این است که در ساختمان ها نمی توان از آنها استفاده کرد ، زیرا امواج رادیویی متصاعد شده از ماهواره ها به درستی از ساختمان عبور نمی کنند و حتماً باید در محیط بدون مانع ، از گیرنده های GPS استفاده کرد .

امروز بهای گیرنده های GPS به طور چشمگیری کاهش پیدا کرده است و هم اکنون در کشور ما با بهایی معادل یک عدد گوشی متوسط موبایل نیز می توان یک گیرنده GPS تهیه کرد . در کشور های توسعه یافته از این سیستم جهت کمک به راهبری خودرو ، کشتی و انواع وسایل نقلیه استفاده می شود . هر چه نقشه های منطقه ای که در حافظه گیرنده بارگذاری می شود دقیق تر باشد ، سرویس هایی که ازGPS می توان دریافت داشت نیز ارتقاع می یابد . برای مثال می توان از GPS مسیر نزدیکترین پمپ بنزین ، تعمیرگاه یا ایستگاه قطار را سوال کرد و مسیر پیشنهادی را دنبال کرد . دقت مکان یابی این سیستم در حد چند متراست که بسته به کیفیت گیرنده تغییر می کند .
 

realtime_diff_GPS



کاربردهای GPS

کاربردهای عمومی

دستگاه گیرنده GPS یک رایانه کوچک است که جهت انجام امور خاصی برنامه ریزی شده است . بنابراین این رایانه با داشتن مختصات شما می تواند کارهای مشخصی انجام بدهد مثلاً می تواند زمان طلوع و غروب خورشید یا ماه را در موقعیت شما بگوید . یک دستگاه GPS همچنین می تواند زمان باقیمانده برای رسیدن به مقصد مورد نظر را با توجه به سرعت شما محاسبه کند . همچنین میانگین سرعت شما ،بیشترین سرعت ، میانگین سربالایی وسرازیری مسیر، سرعت عمودی ، موقعیت منطقه از نظر شکار و ماهیگیری در هر نقطه جهان ، محاسبه مساحت یک منطقه دلخواه و در نهایت برگرداندن شما از مسیری که آمده اید را هم می تواند انجام دهد .

کاربردهای تخصصی
نقشه برداری
پروژه های عمرانی
کوهنوردی
کایت سواری
سفر در مناطق ناشناخته
کشتیرانی
قایقرانی
عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زلزله
کنترل ترافیک
تجاری

سیستم های مشابه دیگر
سیستم گلوناس که دولت شوروی ساخته است واکنون به دست کشور روسیه اداره می شود .
سیستم گالیله گسترش داده شده توسط اتحادیه اروپا .
سیستم بیدو (Beidou) که به صورت مستقل توسط چین در حال گسترش است .
سیستم QZSS در ژاپن برای پوشش بهتر جزایر ژاپنی .
سیستم ماهواره ای موقعیت یابی ملی هند (IRNSS)