سلام امروز داشتم پست های ارسالی دوستان رو می دید که یکی از دوستان در مورد نحوه تعیین موقعیت سوال کرده تو گوگل که سرچ کردم به سایت زیر هم بخوردم که گفتم بد نیست تمام مطالب اون رو اینجاهم بزارم .
منبع مطالب :http://firemanney.blogsky.com/pages/110/
جیآپیآاس یا سیستم موقعیتآیاب جهانی (Global Positioning Systems)، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهوارهآای است که از شبکهآای با حداقل ۲۴ ماهواره تشکیل شده است. این ماهوارهآها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شدهآاند. جیآپیآاس در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰ 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 شبانهآروز در دسترس است و استفاده از آن رایگان است.
علاوه بر جیآپیآاس، دو سیستم کمابیش مشابه دیگر نیز وجود دارد: سیستم گلوناس که دولت شوروی ساخته و اکنون بهآدست کشور روسیه اداره میآشود و سیستم گالیله که کشورهای اروپائی آن را برای وابسته نبودن به سیستم آمریکائی جیآپیآاس ساخته اند.
قطب نماهایی که با نیروی مغناطیسی زمین جهت یابی میآآکنند، به تدریج جای خود را به گیرندهآهای جیآپیآاس خواهند داد؛ جیآپیآاس، سامانهآای است که به کمک گروهی از ماهوارهآها جهت یابی میآآکند. ماهوارهآهایی که هرکدام در مدارهای خود به دور زمین در گردشند؛ این ماهوارهآها با ایستگاهآهای ویژهآای بر روی زمین در تماس اند و همواره موقعیت آنآها در فضا مشخص است. دستگاه گیرندهٔ جیآپیآاس شما، با ارتباط با تعدادی از این ماهواره ها، فاصلهٔ شمارا تا آنآها تعین میآآکند و سپس موقعیت دقیق شما روی زمین بدست میآآآید.
در واقع اساس کار این سامانه، فرستادن سیگنالآهای رادیویی با فرکانس بالا و به طور پیوسته است که زمان و مکان ماهواره را نسبت به زمین مشخص میآآکند و یک گیرندهٔ جیآپیآاس روی زمین، با گرفتن این اطلاعات از سه ماهواره یا بیشتر، آنآها را پردازش میآآکند و موقعیت کاربر را در هر نقطهٔ زمین، در هر ساعتی از شبانه روز و در هر وضعیت آب و هوایی به او نشان میآآدهد.
با چندین اندازه گیری متعدد، گیرنده به محاسبهٔ سرعت، مدت زمان سفر، فاصلهٔ شما تا مقصد، مختصات جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا)، زمان طلوع و غروب خورشید و ماه (در تقویم نجومی)، تعداد ماهواره ها، زمان محلی و ... میآآپردازد و آن را در اختیار کاربر قرار میآآدهد. به طور میانگین، هشت ماهواره از 24 ماهواره، در اطراف هر نقطه از کرهٔ خاکی که باشید در آسمان گشت میآآزنند.
هرچه گیرندهٔ شما به ماهوارهآهای بیشتری وصل شود، اطلاعات دقیق تری را برای شما محاسبه میآآکند. جیآپیآاس، در ابتدا تنها استفادهٔ نظامی داشته است، ولی از سال 1980 به بعد تصمیم گرفته شد تا از آن در فعالیتآهای غیر نظامی هم استفاده شود ؛ تا جایی که امروزه حتی در ماهی گیری و شکار هم مورد استفاده قرار میآآگیرد. این ماهوارهآها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شدهآاند.
سیستم تعیین موقعیت جهانی GPS متشکل از 24 ماهواره است که درارتفاع 20000 کیلومتری ازسطح زمین قراردارند ودر 6 مدار که هرمدار 4 ماهواره قرارداد وبا زاویه میل 55 درجه وپر یود ساعتی 12 ساعته درگردشند .
هرماهوارهGPS دوموج با دو فرکانس درباند امواج الکترومغناطیسی (L1, L2 ) ارسال می کند موج L1 با فرکانس1575 MHZ و موج L2 با فرکانس1227 MHZ می باشد.
ماهوارهآهای جی پی اس
۲۴ عدد ماهواره جیآپیآاس در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش میآکنند. هر ماهواره دقیقاً طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین میآآگردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهوارهآها نیروی خود را از خورشید تأمین میآکنند. همچنین باتریآهایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت میآکنند بهآهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهوارهآها را در مسیر صحیح نگاه میآدارد. به این ماهوارهآها NAVSTAR نیز گفته میآشود.
در اینجا به برخی مشخصهآهای جالب این سیستم اشاره میآآکنیم:
* اولین ماهواره جیآپیآاس در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
* در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
* عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین میآگردد.
* هر ماهواره حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طول باتریآهای خورشیدی آن ۵.۵ متر است.
* انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.
جیآپیآاس چگونه کار میآکند
ماهوارهآهای این سیستم، در مدارهای دقیق هر روز ۲ بار بهآدور زمین میآآگردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره میآکنند. گیرندهآهای جیآپیآاس این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه میآکنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه میآآکند. از اختلاف این دو زمان، فاصله گیرنده از ماهواره تعیین میآآگردد. این عمل را با دادهآهای دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار میآکند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با تقریب ناچیز معین میآآکند.
گیرنده به دریافت اطلاعات همآزمان 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 ماهوارهآها 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، میآنماید.
امواج ماهواره ها متشکل ازامواج حامل باند L مدوله شده با یک کداستاندار کد (C/A2ویک کد دقیق (کد 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 بطورهمزمان بطور فرستاده نشوند گیرنده نمی تواند بطوردقیق موقعیت را محاسبه نماید کنترل زمینی دراثر تاثیرگذاری بعضی ازماهواره ها درارسال سیگنال های C/A کمی قبل یا بعداز سایر ماهواره ها دخالت می کند دخالت عمدی اصلی , هما ن دسترسی موردی (4) به شمار می رود .
گیرنده های شخصی میزان خطا را تشخیص نمی دهند. بلکه بطورتصادفی 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 ماهوارهآهای 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 وردی 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 بطورغیرمستقیم ازکد 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 ازروش های خاص پردازش سیگنال بدست می آید آنها کد P رابرای چندروز دریافت کرده وپردازش می نمایند وپس از انجام محاسباتی چندمی 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
اگرفاصله ما ازماهواره 1 درحدود 10 کیلومتر باشد بنابراین مکان ما درفضا برمحیط کرده به مرکزیت ماهواره اوشعاع 10 کیلومتر منطبق می باشد حال فرض می کنیم فاصله ما ازماهواره 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 دوکره می تواند یک دایره باشد که مکان ما بطورقطع برروی محیط این دایره قراردارد .
حال اگر ماهواره سوم را نیز درنظربگیریم که فاصله اش با ما 12 کیلومترباشد دراین صورت فصل مشترک کره مربوط به ماهواره 3 با فصل مشترک کره های ماهواره ای 1و2 حداکثر دونقطه می باشد که قطعاً یکی ازاین دو مبین مکان واقعی ما خواهد بود.اما بطورقطعی یکی از این دو نقطه نامعقول می باشد .
بطورمثال دارای ارتفاع بیشتری از سطح زمین است . لذا کامپیوترهای داخل گیرنده هایGPS با استفاده ازتکنیک های گوناگون قادر به تشخیص نقطه غلط می باشند.
ازنظر تئوری با استفاده از3 ماهواره می توانیم مکان خودرا به دست آوریم ولی به دلیل فنی اگرچنانچه ماهواره چهارم را همانند ماهواره های 1و2 انتخاب کنیم بطورقطع فصل مشترک این چهار کره یک نقطه خواهد بود واین نقطه مختصات مکانی مارا نشان می دهد استفاده کنندگانی که درارتفاعی مششخص قراردارند (مانندکشتی هایی که درسطح دریا واقع باشند)به سهولت میتوانند با استفاده ازدوماهواره مکان خودرا تعیین نمایند .
دراین حالت کره زمین را می توان جایگزین ماهواره سوم کردوازیک مرحله محاسبه مسافت صرفنظر نمود بدین ترتیب این فرصت جهت انجام سایرمحاسبات قابل بهره برداری بوده وعملاً مکان یابی افزایش می یابد .
بطورخلاصه می توان بیان کرد که مبنای کار GPS استفاده ازماهواره به عنوان مرجعی جهت یافتن موقعیت درهرنقطه زمین می باشد سایر مسایل این سیستم صرفاً جزئیات تکنیکی هستند که به سرعت و دقت وسهولت عمل موقعیت یابی کمک می کند.
روش محاسبه مسافت ازماهواره
درسیستم موقعیت یاب جهانی GPS قدم اساسی دانستن میزان مسافت ازماهواره است بنابراین استفاده ازتکنیک های پیشرفته به منظور محاسبه مسافت امری اجتناب ناپذیر است ایده اصلی این موضوع براساس همان معادله سرعت نوردرمدت زمان تاخیراستواراست سیستم GPS بدین صورت کارمی کند که گیرنده کاربر مدت زمانی را که طول میکشد تا امواج رادیویی ازماهواره به اوبرسد را اندازه گیری می کند.
همانطورکه می دانید امواج رادیویی با سرعت نورحرکت می کند وبدین ترتیب با حاصلضرب اندزه گیری شده درسرعت نور مسافت خود را تاماهواره بدست میآآورد و این کارحداقل بایستی برای 3 ماهواره مشخص، صورت گیرد بنابراین باید برای اندزه گیری زمان رسیدن به سیگنال ازساعتهای خیلی کوتاه باشند زیرا امواج با داشتن سرعت نورخیلی سریع حرکت می کنند.
مثلاً اگرماهواره ای دقیقا دربالای سرما باشد حدود 60 میلی ثانیه طول می کشد تا امواج رادیویی آن به ما برسد دقت ساعت گیرنده های GPS حدود نانو ثانیه می باشد. یک اختلاف زمانی بین کپی کدGPS ایجاد شده دربرگیرنده بااصل کد رسیده ازماهواره وجود دارد که با ضرب کردن آن درسرعت نور, شبه فاصله به دست می آید این روش با هردو کد A/C,P امکان پذیرهستند .
کدهای تولیدشده دربرگیرنده ازساعت خودگیرنده منتج می شوند وکدهای ارسالی ماهواره نیز توسط ماهواره ایجاد میشود .
خطای زمانی درهردوساعت گیرنده وماهواره باعث می شود که فاصله اندازه گیری شده با فاصله هندسی بین ماهواره و گیرنده فرق داشته باشد این ساعتها بسیار دقیق وگران قیمت میآباشند وماهواره ها جهت قابلیت اطمینان بیشتر دارای 4 ساعت اتمی هستند ولی در گیرنده ها به دلیل گران قیمت بودن این ساعتها نمی توان ازآنها استفاده نمود لذا ازساعتهای ارزانتری استفاده می شود که درعمل ایجاد اختلاف جزئی دراندازه گیری زمان می نمایند .البته با استفاده از راه حلهایی تصحیح صورت می گیرد.
مزایای سیستم GPS
× دقت بسیارزیاددرموقعیت یابی
× داشتن پوشش جهانی
× دارا بودن زمان بندی دقیق
× نداشتن هیچ گونه هزینه برای استفاده کنندگان
× تعیین سرعت درسه محور مختصات
× قابلیت دسترسی همیشگی
× قابلیت کاربردی در هرشرایط آب وهوایی
× عدم محدودیت دربکارگیری همگانی
× دقت نسبی IPPM برای طولهای کوتاه از1 تا 100 کیلومتر.
× تعیین سرعت درسه محور , زمان , تعیین فاصله سمت وگرای ونقطه مبداء .مقصود
× توانایی دید همزمان با یک گیرنده
ماهواره ابتدا اطلاعات وداده های ناوبی رابه پنج ایستگاه کنترل که درمناطق کلردواسپرینگ(5) کو آجالین (6) دیه گوگارسی)(7) آسنشن(8) و هاوایی (9) قراردارند ارسال می کند که درواقع این سیگنال ها ماهواره ها را ردیابی (10) می کنند.
سپس این ایستگاهها اطلاعات خودرا به ایستگاه کنترل ماهواره (ایستگاه اصلی که همان کلرادواسپرینگ میآباشد) ارسال کنند که وظایف آن پردازش داده ها ارسال به ماهواره و نظارت برکنترل روزانه ماهواره است سپس این داده ها به سه آنت زمینی دیگر ارسال می شود که توسط این آنتها اطلاعات کنترل شده به ماهواره جهت تصحیح جهت ساعت ماهواره وفرامین ودستورات تله منزی ارسال می شود به این کار اصطلاحاً ataupload شدن ماهواره گفته می شود.
ماهوارهآهای جی پی اس
۲۴ عدد ماهواره جیآپیآاس در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش میآکنند. هر ماهواره دقیقاً طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین میآآگردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهوارهآها نیروی خود را از خورشید تأمین میآکنند. همچنین باتریآهایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت میآکنند بهآهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهوارهآها را در مسیر صحیح نگاه میآدارد. به این ماهوارهآها NAVSTAR نیز گفته میآشود.
در اینجا به برخی مشخصهآهای جالب این سیستم اشاره میآآکنیم:
* اولین ماهواره جیآپیآاس در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
* در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
* عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین میآگردد.
* هر ماهواره حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طول باتریآهای خورشیدی آن ۵.۵ متر است.
* انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.
این بخش همان بخش ماهواره های موجود درفضا می باشد این ماهواره ها سیگنالهایی با مشخصات ذیل ارسال می کند دونوع 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 ماهوارهآهایی 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 میآباشد.
دوکدC/A, P دقیق است و مربوط به مسائل نظامی است وکد C/A استفاده عمومی دارد و دقیق نمی باشد ماهواره GPS اطلاعات مذکور را توسط سیگنالهای با فرکانس 1575HZ )L1 و (1227GHZ) L2 ارسال می کنند هرماهواره 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 .
منبع مطالب :http://firemanney.blogsky.com/pages/110/
جیآپیآاس یا سیستم موقعیتآیاب جهانی (Global Positioning Systems)، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهوارهآای است که از شبکهآای با حداقل ۲۴ ماهواره تشکیل شده است. این ماهوارهآها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شدهآاند. جیآپیآاس در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰ 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 شبانهآروز در دسترس است و استفاده از آن رایگان است.
علاوه بر جیآپیآاس، دو سیستم کمابیش مشابه دیگر نیز وجود دارد: سیستم گلوناس که دولت شوروی ساخته و اکنون بهآدست کشور روسیه اداره میآشود و سیستم گالیله که کشورهای اروپائی آن را برای وابسته نبودن به سیستم آمریکائی جیآپیآاس ساخته اند.
قطب نماهایی که با نیروی مغناطیسی زمین جهت یابی میآآکنند، به تدریج جای خود را به گیرندهآهای جیآپیآاس خواهند داد؛ جیآپیآاس، سامانهآای است که به کمک گروهی از ماهوارهآها جهت یابی میآآکند. ماهوارهآهایی که هرکدام در مدارهای خود به دور زمین در گردشند؛ این ماهوارهآها با ایستگاهآهای ویژهآای بر روی زمین در تماس اند و همواره موقعیت آنآها در فضا مشخص است. دستگاه گیرندهٔ جیآپیآاس شما، با ارتباط با تعدادی از این ماهواره ها، فاصلهٔ شمارا تا آنآها تعین میآآکند و سپس موقعیت دقیق شما روی زمین بدست میآآآید.
در واقع اساس کار این سامانه، فرستادن سیگنالآهای رادیویی با فرکانس بالا و به طور پیوسته است که زمان و مکان ماهواره را نسبت به زمین مشخص میآآکند و یک گیرندهٔ جیآپیآاس روی زمین، با گرفتن این اطلاعات از سه ماهواره یا بیشتر، آنآها را پردازش میآآکند و موقعیت کاربر را در هر نقطهٔ زمین، در هر ساعتی از شبانه روز و در هر وضعیت آب و هوایی به او نشان میآآدهد.
با چندین اندازه گیری متعدد، گیرنده به محاسبهٔ سرعت، مدت زمان سفر، فاصلهٔ شما تا مقصد، مختصات جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا)، زمان طلوع و غروب خورشید و ماه (در تقویم نجومی)، تعداد ماهواره ها، زمان محلی و ... میآآپردازد و آن را در اختیار کاربر قرار میآآدهد. به طور میانگین، هشت ماهواره از 24 ماهواره، در اطراف هر نقطه از کرهٔ خاکی که باشید در آسمان گشت میآآزنند.
هرچه گیرندهٔ شما به ماهوارهآهای بیشتری وصل شود، اطلاعات دقیق تری را برای شما محاسبه میآآکند. جیآپیآاس، در ابتدا تنها استفادهٔ نظامی داشته است، ولی از سال 1980 به بعد تصمیم گرفته شد تا از آن در فعالیتآهای غیر نظامی هم استفاده شود ؛ تا جایی که امروزه حتی در ماهی گیری و شکار هم مورد استفاده قرار میآآگیرد. این ماهوارهآها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شدهآاند.
سیستم تعیین موقعیت جهانی GPS متشکل از 24 ماهواره است که درارتفاع 20000 کیلومتری ازسطح زمین قراردارند ودر 6 مدار که هرمدار 4 ماهواره قرارداد وبا زاویه میل 55 درجه وپر یود ساعتی 12 ساعته درگردشند .
هرماهوارهGPS دوموج با دو فرکانس درباند امواج الکترومغناطیسی (L1, L2 ) ارسال می کند موج L1 با فرکانس1575 MHZ و موج L2 با فرکانس1227 MHZ می باشد.
ماهوارهآهای جی پی اس
۲۴ عدد ماهواره جیآپیآاس در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش میآکنند. هر ماهواره دقیقاً طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین میآآگردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهوارهآها نیروی خود را از خورشید تأمین میآکنند. همچنین باتریآهایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت میآکنند بهآهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهوارهآها را در مسیر صحیح نگاه میآدارد. به این ماهوارهآها NAVSTAR نیز گفته میآشود.
در اینجا به برخی مشخصهآهای جالب این سیستم اشاره میآآکنیم:
* اولین ماهواره جیآپیآاس در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
* در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
* عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین میآگردد.
* هر ماهواره حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طول باتریآهای خورشیدی آن ۵.۵ متر است.
* انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.
جیآپیآاس چگونه کار میآکند
ماهوارهآهای این سیستم، در مدارهای دقیق هر روز ۲ بار بهآدور زمین میآآگردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره میآکنند. گیرندهآهای جیآپیآاس این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه میآکنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه میآآکند. از اختلاف این دو زمان، فاصله گیرنده از ماهواره تعیین میآآگردد. این عمل را با دادهآهای دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار میآکند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با تقریب ناچیز معین میآآکند.
گیرنده به دریافت اطلاعات همآزمان 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 ماهوارهآها 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، میآنماید.
امواج ماهواره ها متشکل ازامواج حامل باند L مدوله شده با یک کداستاندار کد (C/A2ویک کد دقیق (کد 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 بطورهمزمان بطور فرستاده نشوند گیرنده نمی تواند بطوردقیق موقعیت را محاسبه نماید کنترل زمینی دراثر تاثیرگذاری بعضی ازماهواره ها درارسال سیگنال های C/A کمی قبل یا بعداز سایر ماهواره ها دخالت می کند دخالت عمدی اصلی , هما ن دسترسی موردی (4) به شمار می رود .
گیرنده های شخصی میزان خطا را تشخیص نمی دهند. بلکه بطورتصادفی 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 ماهوارهآهای 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 وردی 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 بطورغیرمستقیم ازکد 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 ازروش های خاص پردازش سیگنال بدست می آید آنها کد P رابرای چندروز دریافت کرده وپردازش می نمایند وپس از انجام محاسباتی چندمی 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
اگرفاصله ما ازماهواره 1 درحدود 10 کیلومتر باشد بنابراین مکان ما درفضا برمحیط کرده به مرکزیت ماهواره اوشعاع 10 کیلومتر منطبق می باشد حال فرض می کنیم فاصله ما ازماهواره 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 دوکره می تواند یک دایره باشد که مکان ما بطورقطع برروی محیط این دایره قراردارد .
حال اگر ماهواره سوم را نیز درنظربگیریم که فاصله اش با ما 12 کیلومترباشد دراین صورت فصل مشترک کره مربوط به ماهواره 3 با فصل مشترک کره های ماهواره ای 1و2 حداکثر دونقطه می باشد که قطعاً یکی ازاین دو مبین مکان واقعی ما خواهد بود.اما بطورقطعی یکی از این دو نقطه نامعقول می باشد .
بطورمثال دارای ارتفاع بیشتری از سطح زمین است . لذا کامپیوترهای داخل گیرنده هایGPS با استفاده ازتکنیک های گوناگون قادر به تشخیص نقطه غلط می باشند.
ازنظر تئوری با استفاده از3 ماهواره می توانیم مکان خودرا به دست آوریم ولی به دلیل فنی اگرچنانچه ماهواره چهارم را همانند ماهواره های 1و2 انتخاب کنیم بطورقطع فصل مشترک این چهار کره یک نقطه خواهد بود واین نقطه مختصات مکانی مارا نشان می دهد استفاده کنندگانی که درارتفاعی مششخص قراردارند (مانندکشتی هایی که درسطح دریا واقع باشند)به سهولت میتوانند با استفاده ازدوماهواره مکان خودرا تعیین نمایند .
دراین حالت کره زمین را می توان جایگزین ماهواره سوم کردوازیک مرحله محاسبه مسافت صرفنظر نمود بدین ترتیب این فرصت جهت انجام سایرمحاسبات قابل بهره برداری بوده وعملاً مکان یابی افزایش می یابد .
بطورخلاصه می توان بیان کرد که مبنای کار GPS استفاده ازماهواره به عنوان مرجعی جهت یافتن موقعیت درهرنقطه زمین می باشد سایر مسایل این سیستم صرفاً جزئیات تکنیکی هستند که به سرعت و دقت وسهولت عمل موقعیت یابی کمک می کند.
روش محاسبه مسافت ازماهواره
درسیستم موقعیت یاب جهانی GPS قدم اساسی دانستن میزان مسافت ازماهواره است بنابراین استفاده ازتکنیک های پیشرفته به منظور محاسبه مسافت امری اجتناب ناپذیر است ایده اصلی این موضوع براساس همان معادله سرعت نوردرمدت زمان تاخیراستواراست سیستم GPS بدین صورت کارمی کند که گیرنده کاربر مدت زمانی را که طول میکشد تا امواج رادیویی ازماهواره به اوبرسد را اندازه گیری می کند.
همانطورکه می دانید امواج رادیویی با سرعت نورحرکت می کند وبدین ترتیب با حاصلضرب اندزه گیری شده درسرعت نور مسافت خود را تاماهواره بدست میآآورد و این کارحداقل بایستی برای 3 ماهواره مشخص، صورت گیرد بنابراین باید برای اندزه گیری زمان رسیدن به سیگنال ازساعتهای خیلی کوتاه باشند زیرا امواج با داشتن سرعت نورخیلی سریع حرکت می کنند.
مثلاً اگرماهواره ای دقیقا دربالای سرما باشد حدود 60 میلی ثانیه طول می کشد تا امواج رادیویی آن به ما برسد دقت ساعت گیرنده های GPS حدود نانو ثانیه می باشد. یک اختلاف زمانی بین کپی کدGPS ایجاد شده دربرگیرنده بااصل کد رسیده ازماهواره وجود دارد که با ضرب کردن آن درسرعت نور, شبه فاصله به دست می آید این روش با هردو کد A/C,P امکان پذیرهستند .
کدهای تولیدشده دربرگیرنده ازساعت خودگیرنده منتج می شوند وکدهای ارسالی ماهواره نیز توسط ماهواره ایجاد میشود .
خطای زمانی درهردوساعت گیرنده وماهواره باعث می شود که فاصله اندازه گیری شده با فاصله هندسی بین ماهواره و گیرنده فرق داشته باشد این ساعتها بسیار دقیق وگران قیمت میآباشند وماهواره ها جهت قابلیت اطمینان بیشتر دارای 4 ساعت اتمی هستند ولی در گیرنده ها به دلیل گران قیمت بودن این ساعتها نمی توان ازآنها استفاده نمود لذا ازساعتهای ارزانتری استفاده می شود که درعمل ایجاد اختلاف جزئی دراندازه گیری زمان می نمایند .البته با استفاده از راه حلهایی تصحیح صورت می گیرد.
مزایای سیستم GPS
× دقت بسیارزیاددرموقعیت یابی
× داشتن پوشش جهانی
× دارا بودن زمان بندی دقیق
× نداشتن هیچ گونه هزینه برای استفاده کنندگان
× تعیین سرعت درسه محور مختصات
× قابلیت دسترسی همیشگی
× قابلیت کاربردی در هرشرایط آب وهوایی
× عدم محدودیت دربکارگیری همگانی
× دقت نسبی IPPM برای طولهای کوتاه از1 تا 100 کیلومتر.
× تعیین سرعت درسه محور , زمان , تعیین فاصله سمت وگرای ونقطه مبداء .مقصود
× توانایی دید همزمان با یک گیرنده
ماهواره ابتدا اطلاعات وداده های ناوبی رابه پنج ایستگاه کنترل که درمناطق کلردواسپرینگ(5) کو آجالین (6) دیه گوگارسی)(7) آسنشن(8) و هاوایی (9) قراردارند ارسال می کند که درواقع این سیگنال ها ماهواره ها را ردیابی (10) می کنند.
سپس این ایستگاهها اطلاعات خودرا به ایستگاه کنترل ماهواره (ایستگاه اصلی که همان کلرادواسپرینگ میآباشد) ارسال کنند که وظایف آن پردازش داده ها ارسال به ماهواره و نظارت برکنترل روزانه ماهواره است سپس این داده ها به سه آنت زمینی دیگر ارسال می شود که توسط این آنتها اطلاعات کنترل شده به ماهواره جهت تصحیح جهت ساعت ماهواره وفرامین ودستورات تله منزی ارسال می شود به این کار اصطلاحاً ataupload شدن ماهواره گفته می شود.
ماهوارهآهای جی پی اس
۲۴ عدد ماهواره جیآپیآاس در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش میآکنند. هر ماهواره دقیقاً طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین میآآگردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهوارهآها نیروی خود را از خورشید تأمین میآکنند. همچنین باتریآهایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت میآکنند بهآهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهوارهآها را در مسیر صحیح نگاه میآدارد. به این ماهوارهآها NAVSTAR نیز گفته میآشود.
در اینجا به برخی مشخصهآهای جالب این سیستم اشاره میآآکنیم:
* اولین ماهواره جیآپیآاس در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
* در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
* عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین میآگردد.
* هر ماهواره حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طول باتریآهای خورشیدی آن ۵.۵ متر است.
* انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.
این بخش همان بخش ماهواره های موجود درفضا می باشد این ماهواره ها سیگنالهایی با مشخصات ذیل ارسال می کند دونوع 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 ماهوارهآهایی 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 میآباشد.
دوکدC/A, P دقیق است و مربوط به مسائل نظامی است وکد C/A استفاده عمومی دارد و دقیق نمی باشد ماهواره GPS اطلاعات مذکور را توسط سیگنالهای با فرکانس 1575HZ )L1 و (1227GHZ) L2 ارسال می کنند هرماهواره 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 .
