جی پی اس (GPS) چیست و چگونه کار می می کند؟

جی پی اس یا سیستم موقعیت یاب جهانی (Global Positioning Systems)، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبکه ای با حداقل 24 ماهواره تشکیل شده است. این ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شده اند. جی پی اس در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال 1980 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 شبانه روز در دسترس است و استفاده از آن رایگان است. علاوه بر جی پی اس، دو سیستم کمابیش مشابه دیگر نیز وجود دارد: سیستم گلوناس که دولت شوروی ساخته و اکنون به دست کشور روسیه اداره می شود و سیستم گالیله که کشورهای اروپایی آن را برای وابسته نبودن به سیستم آمریکائی جی پی اس ساخته اند.

گلوناس (GLONASS)

گلوناس یا سامانه هدایت ماهواره ای در دوران حاکمیت شوروی و در واکنش به سامانه موقعیت یابی جهانی آمریکا جی پی اس ایجاد شد. این سامانه در ابتدا 24 ماهواره داشت، اما پس از فروپاشی شوروی در سال 1991 شمار آن ها کاهش یافت.

ماهواره های جی پی اس

این سیستم مجمو عه ای از 27 ماهواره است که به دور زمین در حال چرخشند. 24 ماهواره در حال کار هستند و 3 ماهواره اضافی هم هنگام بروز مشکل برای هر کدام از ماهواره های اصلی فعال می شوند. فاصله ماهواره ها تا زمین حدود 12000 مایل است. سرعت این ماهواره ها معادل 7000 مایل در ساعت می باشد. هر ماهواره دقیقا طی 12 ساعت یک دور کامل به دور زمین می شود. این ماهواره ها نیروی خود را از خورشید تامین می کنند. همچنین باتری هایی نیز برای زمان های خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می کنند به همراه دارند. راکت های کوچکی نیز ماهواره ها را در مسیر صحیح نگاه می دارد. به این ماهواره ها NAVSTAR نیز گفته می شود.

اولین ماهواره جی پی اس در سال 1978 یعنی حدود 35 سال پیش در مدار زمین قرار گرفت. در سال 1994 شبکه 24 عددی NAVSTAR تکمیل شد. عمر هر ماهواره حدود 10 سال است که پس از آن یکی دیگر جایگزین قبلی می شود. هر ماهواره حدود 1000 کیلوگرم وزن دارد و طول باتری های خورشیدی آن 5.5 متر است. انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از 50 وات است.

نحوه کار جی پی اس

ماهواره های این سیستم، در مدارهای دقیق هر روز 2 بار به دور زمین می گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می کنند. گیرنده های جی پی اس این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می کنند. این محاسبه بر اساس قاعده ای ساده در ریاضیات که به آن Trlateration گفته می شود، انجام می شود. گیرنده GPS بر اساس همین اصل سه بعدی و با محاسبه فاصله خود از چهار ماهواره موقعیت خود را تشخیص می دهد. به این ترتیب که اگر به مرکز هر ماهواره و به شعاعی که GPS از آن فاصله دارد، یک کره فرضی در نظر بگیریم GPS روی سطح هر کدام از این کره ها قرار می گیرد. بنابراین محل GPS محل تلاقی چهار کره فرضی است که دقیقا یک نقطه را مشخص می کنند. محل تلاقی دو کره یک دایره، محل تلاقی کره سوم با دو کره قبلی دو نقطه و محل تلاقی کره چهارم با سه تای قبلی یک نقطه را مشخص خواهد کرد. از کره زمین هم می توان به عنوان یکی از این کره ها استفاده کرد چرا که از دو نقطه ای که از محل تلاقی سه کره بدست می آید.

معمولا فقط یکی روی سطح زمین خواهد بود به این ترتیب برای پیدا کردن موقعیت حتی سه ماهواره هم کافی است ولی برای بدست آوردن دقت بیشتر از تعداد بیشتری (حداقل چهار ماهواره) استفاده می شود. جی پی اس برای اندازه گیری فاصله خود از ماهواره ها از سیگنال های رادیویی استفاده می کند. این سیگنال ها که در حقیقت امواج الکترومغناطیس هستند با سرعت نور حرکت می کنند. اگر گیرنده بتواند مدت زمانی را که این سیگنال ها در راه بوده اند را محاسبه کند می تواند فاصله اش از هر ماهواره را تشخیص دهد. ماهواره ها از زمان مشخصی (مثلا نیمه شب) شروع به ارسال یک دنباله از کدها می کنند. گیرنده GPS هم از همان زمان ایجاد این دنباله از کدها را شروع می کند.

هنگامی که سیگنال ارسالی از طرف ماهواره که حاوی آخرین کد در زمان ارسال است به GPS می رسد. GPS بر اساس دنباله کدهای خود می تواند متوجه تاخیر زمانی کد دریافتی شده و به این ترتیب زمان سپری شده را محاسبه می کند. حاصل ضرب این زمان در سرعت انتشار امواج فاصله GPS از ماهواره است، پس از بدست آمدن فاصله از چند ماهواره موقعیت در روی زمین توسط GPS تشخیص داده می شود.

هر گیرنده برای دریافت اطلاعات همزمان از حداقل 3 ماهواره برای محاسبه 2 بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل 4 ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیر پیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطلاعات مفید دیگر، می کند.

انواع گیرنده جی پی اس

دستگاه های GPS در سه گروه زیر تقسیم بندی می شوند:

GPS MOUSE

هیچ صفحه یا دکمه ای ندارد اما توسط یک PC Laptop با نرم افزار مربوطه قابل استفاده سرویس GPSS است. دستگاه های این گروه مانند: Garmin GPS 35 Delorme یا Rand Macnalley (با قیمت های پایین تر) قیمت این GPS ها حدود 75 تا 150 دلار آمریکا متغیر است. ولی فراموش نکنید که این نوع GPS ها حتما به Laptop PC نیاز دارند.

Hand-Held GPS

این نوع دستگاه ها می توانند بصورت سیار مورد استفاده قرار گیرند آنها خودشان یک صفحه کوچک جهت نمایش اطلاعات و چند دکمه دارند و در شکل ها و ترکیب های مختلفی عرضه می شوند و هیچ گونه نیازی به Laptop ندارند. که بطور مثال می توان مدل های با قیمت پائین Garmin شبیه Etrex ، GPS12*l ، GPS12 یا مدل های 315 و 310 از Magellan را نام برد. تعدادی از این ها یک رابط NMEA و یک کابل رابط دارند قیمت با کابل ممکن است حدود 210 دلار به بالا باشد و ممکن است بعضی از کشورها ارزان تر هم موجود باشد. یک GPS دستی ارزان قیمت با یک کابل رابط برای انتخاب و آغاز کار با GPS مناسب می باشد، حتی برای سرگرمی یا کار یا آشنایی شما با طرز کار و خدمات GPS.

High-End GPS products

این دستگاه ها شامل یک صفحه نمایشگر بزرگ تر و تعدادی نقشه هستند و در بعضی از آن ها شما بایستی مبلغ بیش تری جهت نقشه ها بپردازید. قیمت این دستگاه ها ممکن است بسته به نوع محصول بالاتر از 1500 دلار آمریکا باشد که نمونه هایی از آن مانند Blaupunkt PhihPs و Alpine می باشد.

7
اشتراک‌گذاری

3 دیدگاه

  1. پرطلایی

    از اطلاعاتتون ممنون عالی بود دوست گرامی

  2. پسر عنکبوتی

    عالیه!!!!!!!!!!!!

  3. سهیل

    سلام. این دسته از جی پی اس ها عالی هستن بنظر من مارک گارمین از همه مارک ها بهتر هست. برای خریدن خوب اطلاعات جمع کنید.

ارسال پاسخ