اشنایی با سیستم gps

[spow 44197]

GPS – دقیق ترین سیستم راه یابی که تاکنون اختراع شده است

 

 

سیستم موقعیت یابی جهانی یا GPS می تواند موقعیت دقیق شما را در زمین و در هر زمانی و در هر موقعیت آب و هوایی نشان دهد. این سیستم از یک مجموعه 24 تایی ماهواره ای (حدود 6 قطعه زاپاس) تشکیل شده که 11 هزار میل دریایی بالای سطح زمین می چرخند و به طور مداوم سیگنال هایی به ایستگاههای زمینی می فرستند که عملکرد GPS را کنترل می کنند. سیگنال های ماهواره ای GPS همچنین توسط دریافت کننده های GPS مشخص می شود، که موقعیت مکانی خود شان را در هر جای زمین با کمتر از یک متر و تعیین فواصل از حداقل 3 ماهواره GPS محاسبه می کنند. هیچ سیستم راهیابی دیگر تاکنون آنقدر جهانی یا صحیح نبوده است. از اولین پرتاب در سال 1978، پیشرفت سیستم راهیابی جهانی به دهه 1960 برمی گردد یعنی زمانی که سازمان همکاری هوا و فضا بخش اصلی در مفهوم و پیشرفت GPS بود، تکنولوژی ای که به طور بارز قابلیت های نیروی نظامی مان را افزایش داد و هم چنان به دنبال کشف کاربردهای جدید در زندگی روزمره است. کمک کردیم تا GPS به عنوان یکی از مهیج ترین و انقلاب آورترین تکنولوژی های تاریخ معرفی شود و در گسترش و عملکرد آینده هم شرکت داشته باشد.

 

اجزای GPS

GPS سه بخش دارد: بخش فضایی، بخش کابر و بخش کنترل.

بخش فضا از یک مجموعه 24 تایی ماهواره تشکیل می شود (و حدود 6 قطعه اضافه که هر کدام 11 هزار میل دریایی بالای زمین در چرخش هستند). بخش کاربر از دریافت کننده که می توانید در دست خود بگیرید یا در یک وسیله جاسازی کنید مثل ماشین تان، تشکیل می شود. بخش کنترل از ایستگاه های زمینی (شش مورد از آنها در سرتاسر دنیا قرار گرفته اند) تشکیل شده اند که این اطمینان را ایجاد می کنند که ماهواره ها به طور صحیح کار می کنند. ایستگاه کنترل مرکزی در پایگاه نیروی هوایی Schriever نزدیک کلورادو اسپیرینگ قرار گرفته و کلرادو و سیستم را هدایت می کند. به منظور فهم بیشتر شما از GPS اجازه دهید در مورد سه بخش از این سیستم بحث کنیم. ماهواره ها، دریافت کننده ها و ایستگاههای زمینی و سپس بررسی کنیم که GPS چگونه کار می کند.

[spow 44197]

مجموعه ماهواره ها

 

چرخش سفر فضایی به دور زمین است. ماهواره های gps در عرض 12 ساعت به دور زمین می چرخند. هر ماهواره به یک ساعت اتمی خیلی دقیق مجهز شده طوری که زمان را به صورت نانوثانیه بیان می کند که 0000000003/0 یا سه بیلیون ام یک ثانیه است و این امکان را ایجاد می کند تا سیگنالهایش را با سیگنالهای هم زمان از ماهواره های دیگر به زمین می فرستد. سیگنال با سرعت نور به سمت زمین در حرکت است. حتی با این سرعت با یک زمان قابل توجه به هر دریافت کننده می رسد. تفاوت بین زمانی که سیگنال دریافت می شود و زمانی که فرستاده می شود، با سرعت نور ضرب می شود و دریافت کننده

می تواند فاصله تا ماهواره را محاسبه نماید. بر اینکه این مقیاس تا حد ممکن دقیق باشد، سیگنال های راهیابی gps بطور خاص طراحی می شوند تا این قابلیت را برای دریافت کننده های gps تسهیل کنند تا زمان ورود را اندازه گیری کنند و به تمام ماهواره ها اجازه دهند تا در فرکانس مشابه بدون فعالیت با یکدیگر عمل کنند. برای محاسبه دقیق طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و ارتفاع، دریافت کننده اجرای کنترل gps از قبیل بخشهای کنترل، فضا و کاربر را اندازه گیری می کند. فاصله تا چهار ماهواره مجزا gps با استفاده از چهار ماهواره، دریافت کننده موقعیت خودمان را محاسبه می کند و به ساعت اتمی هم در ماهواره نیاز نمی باشد.

[spow 44197]

دریافت کننده ها

 

دریافت کننده GPS را می توانید در دست خود نگه دارید یا روی هواپیما، کشتی، تانک، زیردریایی، ماشین و کامیون نصب کنید. دریافت کننده ها و سیگنال های ماهواره ای GPS را شناسایی، رمزگشایی و پردازش می کند.

بیش از 100 مدل دریافت کننده مختلف استفاده می شود. دریافت کننده دستی به اندازه یک موبایل است و مدلهای جدیدتر،

کوچکتر می باشند و در یک ساعت مچی یا سرویس اطلاعات شخصی نصب می شوند. واحدهای GPS دستی در نیروهای مسلح آمریکا طی جنگ خلیج فارس فقط 28 اونس (کمتر از 3 پوند) بودند. از آن زمان به بعد، عملکردهای دریافت کننده ها به مدارهای بر هم مرتبط کاهش یافت که وزنی حدود یک اونس داشتند.

 

ایستگاههای زمینی

بخش کنترل GPS متشکل از ایستگاههای زمینی متعدد می باشد که در سرتاسر جهان واقع شده است.

• ایستگاه کنترل مرکزی در پایگاه نیروی هوایی شریور (Schriever) در کلورادو.

• شش ایستگاه نظارتی بدون پرسنل: هاوایی و کواجه لاین در اقیانوس آرام، دیگو گارسیا در اقیانوس هند، جزیره اسنسن در اقیانوس اطلس، کیپ کاناورال، فلوریدا و کلورادو اسپیرینگ، کلورادو.

• چهار ایستگاه بزرگ با آنتن زمینی که دستورات و اطلاعات را به ماهواره ها می فرستند و تله متری آنها را جمع آوری می کنند. ایستگاههای نظارتی سیگنالهای راهیابی را پی گیری می کنند و دیتا خود را به ایستگاه کنترل اصلی می فرستند. در آنجا کنترل گرها هرگونه تنظیمات یا آپ دیت های سیگنال های راهیابی مورد نیاز برای راهیابی دقیق و ماهواره های آپ دیت شده مشخص می کنند (از طریق آنتن های زمینی). برای بهبود دقت سیستم، در سال 2005 ایستگاه کنترل مرکزی دیتا را از 6 ایستگاه نظارتی اضافه کرد که توسط آژانس ژئومکانی ملی (National Geo spatial – lutelliguno) به شش ایستگاه نظارتی GPS فرستاده شد.

[spow 44197]

gps چگونه کار می کند؟

 

اصل کلی در مورد gps مقیاس مسافت (یا دامنه) بین ماهواره ها و دریافت کننده ها است. ماهواره ها دقیقاً به ما می گویند که در چه وضعیتی از چرخه هستند و دنیا را به دریافت کننده می رسانند و موقعیت شان محاسبه می شود. عملکرد آنها به این صورت است: اگر بدانیم مسافت دقیق از یک ماهواره در فضا چقدر است، می دانیم که جایی در سطح یک موقعیت تصوری با شعاع برابر با فاصله تا شعاع ماهواره هستیم. اگر بدانیم که فاصله دقیق از دو ماهواره چقدر است، می دانیم که در جایی بین خط یعنی جایی که دو جسم خارجی (سیار) واقع شده اند، قرار داریم. و اگر برای بار سوم و چهارم فاصله را از دو یا چند ماهواره دیگر اندازه گیری کنیم، می توانیم موقعیت خود را مشخص کنیم. دریافت کننده gps مقیاس دامنه ماهواره را پردازش می کند و موقعیتش را نشان می دهد. Gps از سیستمی هماهنگ به نام wgs 84 استفاده می کند که به معنای سیستم زمین سنجی جهانی است (1984).

به همه این امکان را می دهد تا نقشه هایی مانند مواردی که در مدرسه دیده اید، تهیه کنید و همگی از طریق قالب ارجاعی کلی برای خطوط عرضی جغرافیایی و طولی جغرافیایی استفاده می شود که موقعیت های مکانی و اشیاء را نشان می دهد. Gps از زمان موجود در لابراتوار دریایی امریکا در واشنگتن استفاده می کند تا تمام زمان بندی سیستم gps را هم زمان کند. مانند کرنومتر هریسون که با زمان گرینویچ هماهنگ بود. اکنون بایستی تصویری واضح از سیستم gps در اختیار داشته باشید.

می دانید که آن از ماهواره هایی تشکیل شده که مسیرهایشان توسط ایستگاههای زمینی کنترل می شود. هر ماهواره سیگنالهای رادیویی تولید می کند که دریافت کننده موقعیت مکانی و فاصله بین ماهواره و دریافت کننده را برآورد می کند. دریافت کننده از مقیاس هایی برای محاسبه موقعیت مکانی کاربر (بالا یا روی زمین) استفاده می کند.

[spow 44197]

gps امروزي چگونه كار مي كند؟ ( كاربردهاي نظامي gps) :

 

گرچه سيستم gps به طوركامل در 1994 بوجود آمد، به اثبات رسيد كه براي نيروي نظامي آمريكا يك كمك ارزش مند بود.تصوير سازي بيابان با عرض وتوسعه بي اندازه ماسه را نشان مي داد.اين ناحيه در فاصله مايل ها يكسان است.بدون يك سيستم راهيابي قابل اعتماد ، نيروهاي آمريكايي نمي توانستند مانورهاي عملياتي طوفان بياباني را انجام دهند.به وسيله gps سربازان مي توانستند به همه جا بروند ودر طوفان شن يا در شب هنگام وقتي سربازان عراقي ساكن آنجا اين امكان را نداشتند، مانورهاي عملياتي شان را اجرا كنند.بيش از 1000 دريافت كننده تجاري پرتابل براي مصرف آنها خريداري شد.تقاضا آنقدر زياد بود كه قبل از پايان درگيري، بيش از 9000 دريافت كننده ي تجاري در منطقه ي خليج استفاده مي شد.آنها توسط سربازان روي زمين حمل مي شدند و به وسايل، هلي كوپتر وپانل هاي ابزار هواپيما متصل بودند.دريافت كننده هاي gps در چندين هواپيما شامل جنگنده هاي f-16 ،تانكرهاي هوايي kc-135 وبمب افكن هاي b-52 نصب مي شدند. كشتي هاي دريايي از gps براي محل اجتماع،مين روبي وعمليات هوايي استفاده مي كردند. Gps براي تمام عمليات نظامي وسيستم هاي سلاحي داراي اهميت بود.همچنين در ماهواره ها استفاده مي شد تا اطلاعات چرخش درست را بدست آورد وجهت گير سفينه فضايي را كنترل كنند.

[spow 44197]

GPS در زندگي روزمره :

 

سيستم GPS براي برآورده كردن نيازهاي نظامي ساخته شد، ولي روش هاي جديد براي استفاده از قابليت هايش در زندگي روزمره به طور دائم بدست آمد.همان طور كه خوانديد، سيستم در هواپيما وكشتي به كار برده مي شود ولي روش هاي ديگري هم وجود دارد كه مي توان از GPS استفاده كرد. ما فقط چند مورد از كاربردهاي گسترده اش را به شما مي گوييم. GPS براي نجات زندگي و اموال مردم به كار برده مي شود.در سال 2002 به امدادگران كمك كرد تا يك چاه حفر كنند ومعدنچي هاي گرفتار در Somerset PA را نجات دهند.بسياري از واحد هاي پليس ،آتش نشاني ، اورژانس وپزشكي از دريافت كننده هاي GPS استفاده مي كنند تا ماشين پليس،كاميون آتش نشاني يا آمبولانس نزديك به يك اورژانس را بيابند ودر واقع سريع ترين پاسخ ممكن را در موقعيت هاي مرگ وزندگي فراهم مي كند.هواپيماي مجهز به GPS مي تواند به سرعت محيط جنگل آتش گرفته را پيدا كند وناظرين مربوطه نقشه اي به روز تهيه مي كنند و آتش نشانان را با امنيت كامل به نقاط آتش گرفته مي فرستند.

نقشه كشي، بازسازي وشركت هاي تحقيقاتي به طورگسترده از GPS استفاده مي كنند.طي ساخت تونل كانال انگليس، كاركنان بريتانيايي وفرانسوي از پايانه هاي مخالف شروع به حفاري كردند- يكي از داور(Dover) انگلستان ويكي از كالايس فرانسه- آنها به دريافت كننده هاي GPS خارج از تونل اعتماد داشتند، طوري كه موقعيت آنها را در طول مسير كنترل مي كرد واين اطمينان را مي داد كه آنها در وسط يكديگر را ملاقات مي كنند.در غير اين صورت تونل ممكن بود از مسيرش منحرف شود. GPS به مجريان معدن اين امكان را مي دهد تا تجهيزات معدن را با ايمني راهيابي كنند، حتي وقتي قدرت ديد مشكل باشد. مثال ماشين با يك نمايشگر ويدئو روي داشبورد را به ياد مي آوريد؟ رديابي وسيله يكي از كاربردهاي روبه رشد GPS در دنياي امروز است.وسايل مجهز به GPS، سيستم هاي حمل ونقل عمومي،كاميون هاي تحويل كالا خدمات مسافربري از دريافت كننده استفاده مي كنند تا موقعيت شان را در هر زمان هم از لحاظ ضرورت وهم از لحاظ ايمني راننده تامين كنند.توليد كنندگان خودرو نمايشگرها نقشه متحرك با راهنماي GPS را تهيه مي كنند كه گزينه اي جديد روي خودروهاي توليدي مي باشد.نمايشگر مي تواند از محل نصب خود برداشته شود وبه خانه برده شود تا يك سفر را طراحي كنيد.شركت هاي ماشين اجاره اي وسايل مجهز به GPS دارند كه مسيرهاي راننده را روي صفحه نمايش واز طريق دستور العمل هاي صوتي تركيبي ارائه مي دهند.

تصور كنيد كه ديگر در زمان تعطيلات گم نمي شويد، مهم نيست كه كجا هستيد.بالن هاي مجهز به GPS سوراخ هاي موجود در لايه ازن را در مناطق قطبي بررسي مي كنند تا كيفيت هوايي منطقه ي خاص را ارزيابي كنند .ردياب هاي شناور ،كشتي هاي نفت را با استفاده از GPS پيدا مي كنند تا عمليات تصفيه اعمال شود.باستان شناسان، زيست شناسان وكاشفان با استفاده از اين سيستم خرابي هاي باستاني، كوچ گله حيوانات وانواع گونه هاي در معرض خطر مثل گوسفند دريايي، پلنگ سفيد وپانداهاي بزرگ پيدا مي كنند. آينده GPS به اندازه تصور شما نامحدود است.كاربردهاي جديد با پيشرفت تكنولوژي ادامه دارد. GPS ، ماهواره مانند ستاره هاي آسمان، ما را به قرن 21 ام هدايت مي كنند.