سیستم موقعیت یاب جهانی

دریانوردان طی هزاران سال از جابه جایی خورشید و ستارگان برای جهت یابی و تعیین موقعیت خود استفاده می كردند. اما از قرن هجدهم كشتی ها برای جهت یابی از ابزاری به نام سكستان استفاده می كردند كه آن هم نوعی دستگاه زاویه یاب برای تعیین موقعیت بود. این دستگاه با استفاده از مكان و جابه جایی اجرام آسمانی، محاسبه طول و عرض جغرافیایی مكانی را كه در آن قرار داشتند، امكان پذیر می كرد.
در این روش كمترین میزان خطای ممكن ۲۰۰ متر بود كه آن هم با استفاده از بهترین سكستان هان و تحت شرایط دید خوب به دست می آمد. اما طی جنگ جهانی دوم، با توجه به نیاز روزافزون و همچنین پیشرفت تكنولوژی، سیستم های ناوبری الكترونیك نیز توسعه پیدا كرد. اما از اواسط دهه ۱۹۶۰ بسیاری كشورها متوجه شدند كه سیستم های ناوبری دقت چندانی ندارند و به طور طبیعی، نگاه ها متوجه فضا شد. اولین سیستم ناوبری ماهواره ای ترنزیت نام داشت. این پروژه را كه وزارت دفاع آمریكا طراحی و اجرا كرده بود، شش ماهواره داشت. هركدام از این ماهواره ها روی یك مسیر مشخص حركت می كردند و امواجی را با فركانس معین ارسال می كردند.
در ضمن یك سیگنال با فركانس متغیر نیز به گیرنده ها می رسید و با اندازه گیری تغییر فركانس، موقعیت مكان مورد نظر محاسبه می شد. این ماهواره ها تعیین موقعیت هر نقطه از كره زمین را در هر یك ونیم ساعت و با دقت ۲۰۰ متر امكان پذیر می كردند. استفاده از این سیستم تا سال ۱۹۹۶ ادامه داشت. اما سیستم موقعیت یاب جهانی كه به GPS معروف است، در سال ۱۹۷۳ ابداع شد. در این سال وزارت دفاع آمریكا تصمیم گرفت سیستم های ناوبری را هماهنگ سازد، زیرا سازمان های مختلف از سیستم های ناوبری متفاوتی استفاده می كردند كه با یكدیگر سازگار نبودند. مهمترین تفاوت سیستم موقعیت یاب جهانی با ترنزیت در این است كه ماهواره های GPS یك ساعت اتمی (ساعت با دقت بسیار زیاد) با خود دارند و موقعیت خود را همراه زمان دقیق به صورت سیگنال ارسال می كنند و سیستم ناوبری كاربر با استفاده از زمان استخراج شده از سیگنال ها موقعیت خود را ارزیابی می كند.
سیستم GPS از سه بخش اصلی تشكیل می شود. قسمت اول شامل ۲۴ ماهواره است كه در ارتفاع ۱۸ هزار كیلومتری زمین قرار دارد و هر ۲۴ ساعت دوبار به دور كره زمین می چرخد. قسمت دوم مراكز كنترل زمینی است كه برای نظارت بر مدار ماهواره ها، همزمان كردن ساعت ماهواره ها و هماهنگ كردن آنها به كار می رود. (البته آخرین نسل از ماهواره ها در یك شبكه به هم مرتبط شده و می توانند پارامترهای حركتی خود را بدون نیاز به كنترل زمینی تنظیم كنند.) قسمت سوم نیز همان گیرنده GPS است كه به اندازه یك گوشی موبایل یا اندكی از آن بزرگتر است. نكته لازم به ذكر آن است كه برای استفاده از امكانات GPS پرداخت وجهی لازم نیست و پس از تهیه گیرنده GPS، می توان استفاده از آن را آغاز كرد. تا سال ۲۰۰۰ دسترسی به سیگنال های GPS به دو شیوه دسترسی عمومی و نظامی بود كه دسترسی انتخابی نام داشت. در دسترسی نظامی اطلاعات دقیق بود، اما فقط نیروهای نظامی حق استفاده از آن را داشتند، ولی در دسترسی عمومی كاربران معمولی سیگنال هایی را دریافت می كردند كه عمداً از دقت آن كاسته شده بود و دقت آن در بهترین حالت به صدمتر می رسید.
اما امروزه دسترسی انتخابی لغو شده است و كاربران معمولی هم می توانند به سیگنال های دقیق دسترسی داشته باشند و در نتیجه دقت GPS بسیار افزایش یافته و به چند متر رسیده است. با توجه به افزایش دقت در سیستم موقعیت یاب جهانی، استفاده از آن به شدت گسترش یافته است. امروزه جهت یابی از ردگیری محموله ها و كنترل ترافیك هوایی در فرودگاه ها فراتر رفته و به سیستم ناوبری خودروها یا تعیین مسیر در كوهنوردی ها یا پیاده روی های معمولی گسترش یافته است. به زودی استفاده از GPS از این هم فراگیرتر شده و در هر وسیله ای از جمله تلفن های همراه و PDAها (كامپیوترهای جیبی) پیدا می شوند. امروزه بسیاری از شركت های خودروسازی، اتومبیل هایی تولید می كنند كه به سیستم GPS مجهزند. كشور كانادا نیز فقط به خودروهایی مجوز تولید می دهد كه به GPS مجهز باشند. با توجه به گسترش استفاده از GPSها، پیشرفت های علمی و فنی بسیاری نیز در این زمینه حاصل شده است، از جمله حساسیت بسیار زیاد به سیگنال ها، به طوری كه می توان از این سیستم در یك ساختمان سرپوشیده نیز استفاده كرد.
امروزه اكثر گیرنده های GPS به یك صفحه نمایش چهار اینچی یا بزرگتر مجهزند كه امكاناتی مثل بلوتوث و ارسال پیغام را نیز دارند. ردگیری محموله های تجاری و پستی، سیستم های حفاظت از خودرو (دزدگیر)، نظارت بر حركت خودروها، كنترل ترافیك، مراقبت و نظارت بر رفتار كودكان از جمله مهمترین كاربردهای GPS است كه به شدت در حال گسترش است. گفتنی است سیستم موقعیت یاب جهانی یك برنامه گسترده است كه به رغم كاربردهای عام و فراگیر شخصی، یك سیستم با حاكمیت نظامی است و در نتیجه به رغم دقتی كه دارد، نمی توان در هنگام استفاده نظامی از آن، به صحت داده ها اعتماد كرد، علاوه بر آن این احتمال نیز وجود دارد كه سیگنال های ارسالی خاموش شود و سیستم از كار بیفتد، در نتیجه تداوم و كیفیت عملكرد آن هیچ ضمانتی ندارد. به همین دلیل سایر كشورها در تلاشند كه سیستم موقعیت یابی برای خود داشته باشند. سیستم روس ها گلوناس نام دارد و اروپایی ها نیز در تلاشند كه تا سال ۲۰۱۰ سیستم موقعیت یاب جهانی پیشرفته به نام گالیله بسازند كه ادعا می شود دقت آن در حد یك متر و حتی كمتر از آن است.