با سیستم موقعیت یاب جهانی

اگر اهل بازدید از نمایشگاه دستاوردهای علمی و صنعتی باشید حتماً تا به حال نام GPS را شنیده اید و شاید از دو یا سه غرفه سرویس راهبری ماهواره ای نیز بازدید كرده اید؛ غرفه هایی كه روی مانیتور نقطه كوچك و در حال حركتی را در هر كجای دنیا به شما نشان می دهند و شما می توانید نام خیابانی را كه نقطه هم اكنون در آن قرار دارد ببینید، می توانید پیش بینی كنید كه این نقطه به كدام خیابان وارد خواهد شد، حتی این امكان را دارید كه این اطلاعات و تصاویر را در گوشی تلفن همراهتان نیز مشاهده كنید.
تاكنون چقدر از این سرویس اطلاعات كسب كرده اید؟ آیا می دانید كه سیستم GPS چیست؟
قطب نماهایی كه با نیروی مغناطیسی زمین مشغول جهت یابی هستند به تدریج از صحنه روزگار محو شده و جای خود را به گیرنده های GPS می دهند.
در حقیقت می توان گفت GPS سامانه ای است كه با استفاده از تعدادی ماهواره عملیات جهت یابی را انجام می دهد؛ ماهواره هایی كه هر كدام در مدارهایی جداگانه مستقل به دور زمین در حال گردش هستند و با ایستگاه های ویژه ای بر روی زمین در تماس هستند. همواره موقعیت این ماهواره ها در فضا مشخص است. دستگاه گیرنده GPS با ارتباط با تعدادی از این ماهواره ها فاصله شما را با آنها تعیین كرده و سپس موقعیت را بر روی زمین اعلام می كند.
● GPS چیست؟
GPS (Global positioning system) یا همان سیستم موقعیت یابی جهانی شبكه ای راهبری و مسیریابی ماهواره ای است كه از ۲۴ ماهواره تشكیل شده است؛ ۲۴ ماهواره ای كه همیشه و در همه ساعات شبانه روز دور زمین در حال گردش هستند. این ماهواره ها به سفارش ناسا ساخته شده و در مدار زمین قرار گرفته اند. در ابتدا كاربرد این سیستم فقط برای مقاصد نظامی بود اما در سال۱۹۸۰ كاربری آن تغییر پیدا كرد و برای مصارف غیرنظامی به كار گرفته شد.
● روش كار GPS
۲۴ ماهواره این سیستم در مدارهایی مستقل در مداراتی دقیق هر روز ۲ بار به دور زمین می چرخند و اطلاعاتی را به زمین ارسال می كنند. گیرنده های GPS كه برای دریافت این اطلاعات طراحی و ساخته شده اند پس از دریافت این اطلاعات با انجام محاسبات هندسی و فیزیكی محل ماهواره را نسبت به زمین محاسبه می كنند. گیرنده بین زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره و زمان دریافت آن مقایسه ای به عمل آورده وازاختلاف این دو زمان، فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می شود.
این عملیات مقایسه با داده های دریافتی از چند ماهواره دیگر تكرار شده و محل دقیق گیرنده- همان دستگاهی كه در اختیار كاربران قرار دارد- را با اختلافی بسیار كم و با دقتی زیاد تعیین می كند.
گیرنده برای محاسبه دو بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل ۳ ماهواره و نیز برای یافتن مختصات ۳ بعدی شامل طول، عرض و ارتفاع به دریافت اطلاعات از ۴ ماهواره نیاز دارد. اطلاعاتی كه از دستگاه های گیرنده می توان به دست آورد، اطلاعاتی بسیار مفید شامل سرعت، جهت، مسیر پیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مكان مورد نظر، زمان طلوع و غروب خورشید، طول و عرض جغرافیایی و... است.
● ماهواره های GPS
ماهواره های ۲۴ گانه این سیستم در مدارهایی جداگانه و به فاصله ۲۰هزار و ۸۰۰ كیلومتری از سطح زمین در حال گردش اند. هر ماهواره دقیقاً در ۲۴ ساعت دو دوركامل به دور زمین می چرخد و پس از هر ۱۲ ساعت در یك نقطه ثابت و مشخص قرار می گیرد.
سرعت هر ماهواره ۷هزار مایل بر ساعت است و منبع تأمین نیروی حركتی آنها انرژی خورشیدی است. البته باتری های قابل شارژی نیز به همراه دارند كه در مواقع خورشید گرفتگی یا زمان هایی كه در سایه زمین حركت می كنند از انرژی آن استفاده كنند. این شبكه ۲۴گانه ماهواره های GPS در سال ۱۹۹۴ كامل شد و نخستین ماهواره ای كه برای راه اندازی سیستم GPS تولید و به فضا پرتاب شد در حدود ۳۵ سال قدمت دارد- سال۱۹۷۸ - البته عمر ماهواره های سیستم GPS محدود بوده و حدود ۱۰ سال است كه پس از این مدت ماهواره های جایگزین در فضا قرار می گیرند.
● گیرنده GPS
با توجه به نیازمندی ها و توانمندی های افراد در بهره گیری از گیرنده های مختلف، طیف وسیعی از گیرنده های GPS تولید و به بازار عرضه شده است كه برای مصارف محدود تا مصارف نظامی و تجاری در نظر گرفته شده اند، به علاوه قبل از استفاده از هر كدام ازگیرنده های GPS باید از در دسترس بودن نقشه مناسب و به روز جهت منطقه و شهر مورد نظر خود اطمینان حاصل كنید، هر چه دقت این نقشه ها كه در حافظه گیرنده GPS، بارگذاری (upload) می شود، دقیق تر باشد سرویس های دریافتی از GPS نیز دقیق تر خواهد بود.
خطای مكان یابی این سیستم در حد متر است كه با توجه به كیفیت دستگاه گیرنده این خطا تنزل كرده و داده های دریافتی واقعی تر خواهد بود. با توجه به كاهش قیمت گیرنده های GPS كاربرد این سامانه در سال های اخیر رشد چشمگیری داشته است.
● اطلاعات ارسالی از ماهواره های GPS
هر ماهواره هنگام ارسال اطلاعات سیگنال هایی را به مراكز اصلی می فرستد كه این اطلاعات شامل موارد زیر است:
▪ كد Random
▪ كد ephemeris
▪ كد almance
كد random تولید شده مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات است (كد شناسایی ماهواره)، كد ephemeris شامل اطلاعاتی درباره وضع ماهواره (سالم یا خراب)، تاریخ و زمان فعلی و كد almance داده ای را انتقال می دهد كه نشان دهنده اطلاعات مداری برای هر ماهواره و تمام ماهواره های دیگر است.
با استفاده از این اطلاعات دریافتی می توان مشخص كرد كه هر ماهواره در چه موقعیتی قرار دارد و پیام ارسالی از ماهواره چه زمانی ارسال شده است. پس از تحلیل این پیام ها توسط دستگاه های گیرنده GPS موقعیت فعلی گیرنده GPS به وضوح مشخص خواهد شد.
● سیستم های مشابه
در دنیا سیستم های مشابه دیگری كه مانند سیستم GPS مشغول به فعالیت هستند وجود دارد كه می توان به دوربین های بالتسیك، داپلر، SECOR، LONG-C،LLR،N.N.S.S SLR اشاره كرد. فعالیت این سیستم ها با روی كار آمدن GPS كمتر شده و به مرور فراموش شدند اما ۳ سیستمی كه همزمان با GPS در حال فعالیت هستند عبارتند از:
۱) سیستم گلوناس كه شوروی سابق آن را ساخته و اكنون به دست كشور روسیه اداره می شود، ۴۵ درصد این سیستم هم اكنون فعال شده است و تا سال۲۰۰۸ به بهره برداری كامل می رسد.
۲) سیستم گالیله كه توسط اتحادیه اروپا طراحی شده است و تا سال۲۰۱۰ به بهره برداری می رسد.
۳) سیستم بیدو كه توسط كشور چین و به صورت مستقل درحال گسترش است.
● كاربران GPS
GPS كاربردهای فراوان و متنوعی در آب، خشكی و هوا دارد كه در هر جایی قابل استفاده است.
به جز نقاطی كه امكان دریافت امواج ماهواره ای در آنها ممكن نباشد مانند غارها، نقاط زیرزمینی، زیرآب و...، كاربردهای هوایی GPS در راه یابی برای هوانوردان مفید است، در آب نیز قایقرانان و دریانوردان از این سیستم بهره می گیرند، در خشكی نیز مراكز علمی برای دریافت اطلاعات مكانی، نقشه برداران، برای استفاده در عملیات نقشه برداری، استفاده های تفریحی برای شكارچیان، كوهنوردان، سیاحان و استفاده های صنعتی در مسیریابی خودروها و عملیات امداد و نجات و ...
● انواع گیرنده های GPS
گیرنده های GPS انواع گوناگونی دارند و انتخاب هر كدام از آنها بستگی به موارد استفاده شما دارد. در زیر پركاربردترین این نوع گیرنده ها تشریح شده است:
▪ گیرنده Basic
این نوع از گیرنده های GPS از ساده ترین و ارزان ترین گیرنده هاست. این نوع گیرنده می تواند با دقت زیاد اطلاعات مورد نیاز شما را در اختیارتان بگذارد اما به نسبت گیرنده های گران قیمت تر امكانات كمتری دارد. امكانات این گیرنده شامل موقعیت ماهواره ها، توانایی محاسبه مسافت پیموده شده، موقعیت یابی، تعیین جهت، تعیین ارتفاع از سطح دریا، توانایی ذخیره سازی مسیر پیموده شده، توانایی هدایت و مسیریابی و یافتن مسیر قبلی است.
▪ گیرنده دستی GPS
این نوع گیرنده از قابلیت نمایش نقشه برخوردار است و ابعاد بزرگتری دارد. به علاوه دارای امكانات بیشتری مانند فشارسنج، قطب نمای الكترونیكی، سالنامه و قابلیت اتصال به رایانه است.
▪ گیرنده GPS برای خودرو
این نوع از گیرنده ها صفحه نمایش بزرگتری دارند تا پس از نصب بر روی اتومبیل، راننده قابلیت خواندن آن را هنگام رانندگی داشته باشد، به علاوه این دستگاه دارای امكانات صوتی است تا راننده را با صدا نیز هدایت كند و به او اجازه می دهد بدون این كه چشم از جاده بردارد با گوش كردن به صدای دستگاه طبق نقشه حركت كند.
▪ گیرنده GPS برای رایانه همراه:
این دسته از گیرنده ها با اتصال به نوت بوك فعال شده و اطلاعات مورد نیاز را از روی رایانه همراه بازخوانی كرده و پس از پردازش اطلاعات، قابلیت موقعیت یابی، ارتفاع سنجی و مسیردهی را بر روی رایانه فراهم می كند. مزیت عمده این گروه از GPS ها نسبت به سایر گیرنده ها قابلیت برنامه ریزی است. به این معنی كه شما می توانید برنامه های هدایت مسیر، تعیین مسیر، مكان یابی و ... مورد نظر خود را بر روی این دسته از گیرنده ها قرار داده و سپس از این امكانات استفاده كنید. به علاوه در این نوع از گیرنده ها وضوح دقت نقشه بالاتر بوده و شما جزئیات بیشتری را بر روی نقشه شاهد خواهید بود.
▪ گیرنده تلفن همراه
این گروه از گیرنده ها در سال های اخیر با گوشی های تلفن همراه ادغام شده اند و دیگر به صورت مستقل وجود ندارند چرا كه تمامی امكاناتشان به گوشی های تلفن همراه منتقل شده است. شما با خرید یك گوشی تلفن همراه كه قابلیت GPS دارد و نیز دریافت خدمات از اپراتوری كه مجهز به ارسال اطلاعات GPSباشد، می توانید اطلاعات موقعیتی و مكانی خود را بر روی گوشی تلفن همراه مشاهده كنید، اما در این نوع از گیرنده ها به نسبت سایر گیرنده ها اطلاعات محدودتر و كمتر خواهد بود.

وحید نقشینه

منبع : روزنامه ایران