سیستم GPS چگونه کار می کند؟

تاریخ انتشار: 96/09/06
نمایش: 379
(1 رای)

قبل از مطالعه این مقاله بد نیست سری به این مقاله هم بزنید: سیستم موقعیت یاب جهانی یا GPS چیست؟


سیستم GPS شامل سه بخش است:
1- بخش فضایی: ماهواره های GPS
2- سیستم کنترل: که توسط ارتش ایالات متحده اداره می شود
3- بخش کاربری: که شامل دو قسمت نظامی و غیره نظامی و تجهیزات GPS مربوط به آنها می شود.

اجزاء سیستم GPS


بخش فضایی:
بخش فضایی شامل تعدادی ماهواره در مدار کره زمین می شود. این شامل 29 ماهواره است که هر 12 ساعت یک بار دور کره زمین در فاصله 12000 مایلی می چرخند. وظیفه بخش فضایی به کار گرفتن سیگنال های مسیر/جهت یابی و ذخیره و ارسال مجدد پیام های مسیر/جهت یابی ارسال شده از بخش کنترل است. این انتقال ها توسط ساعت های اتمی بسیار پایدار و دقیق که در ماهواره نصب شده اند کنترل می گردند. بخش فضایی سیستم GPS از تعداد کافی ماهواره تشکیل شده است تا کاربران مطمئن باشند که هر لحظه حداقل تعداد 4 ماهواره به طور همطمان کل سطح کره زمین را رصد می کنند.
بخش کنترل:
بخش کنترل شامل یک ایستگاه کنترل اصلی و 5 ایستگاه مانیتورینگ می باشد که هر کدام از این ها به ساعت های اتمی بسیار دقیق مجهز هستند و در سرتاسر کره زمین پخش شده اند. ایستگا ه های مانیتورینگ بر روی سیگنال های ماهواره های GPS نظارت می کنند و سیگنال های با کیفیت بالاتر را به ایستگاه کنترل اصلی ارسال می کنند. در ایستگاه کنترل اصلی روی سیگنال های غیر طبیعی مجدداً اصلاح صورت می گیرد و در نهایت این سیگنال توسط آنتنهای زمینی به ماهواره های GPS ارسال می شود. به نوعی می توان به ایستگاه کنترل، ایستگاه مانوتیرینگ هم گفت.
بخش کاربری:
بخش کاربری شامل گیرنده GPS است که سیگنال های ماهواره ای را دریافت می کنند و مقدار فاصله تا هر ماهواره را محاسبه می کنند. عمدتاً این بخش برای ارتش ایالات متحده، سیستم های هدایت موشکی و برنامه های غیر نظامی که تقریباض در هر زمینه ای کرابرد دارد استفاده می شود. در موارد استفاده های غیر نظامی اکثراً برای سیستم های حمل و نقل، منابع طبیعی، کشاورزی و همچنین نقشه برداری کاربرد دارد.
سیستم ماهواره ای GPS چگونه یک موقعیت را تعیین می کند؟
اساس کار سیستم موقعیت یاب جهانی یا GPS مبتنی بر یک اصل ریاضی است و آن اصل "سه جانبی" است (که در آن برای تعیین موقعیت مطلق یا نسبی نقاط با اندازه گیری فاصله، از هندسه دایره ها یا مثلث ها استفاده می شود). موقعیت مکانی از اندازه گیری تا فاصله تا ماهواره به دست می آید. و سه ماهواره برای ردیابی موقعیت مکانی استفاده می شود. و یک ماهواره چهارمی هم هست که برای تایید موقعیت هدف هر کدام از این ماهواره ها استفاده می شود. سیستم موقعیت یاب جهانی شامل ماهواره ها، ایستگاه کنترل، ایستگاه مانیتورینگ و گیرنده است. گیرنده اطلاعات را از ماهواره دریافت می کند و با استفاده از محاسبات ریاضی سه گوشه ای یا "triangulation" موقعیت دقیق کاربر را تعیین میکند.

روش موقعیت یابی سیستم ماهواره ای GPS


سه مزیت GPS:
• سیستم ناوبری ماهواره ای GPS یک ابزار مهم برای کاربران نظامی، عمومی و تجاری می باشد.
• سیستم ردیابی موقعیت خودرو مبتنی بر سیستم موقعیت یابی ماهواره ای GPS می تواند جهت حرکت را به ما نشان دهد.
• سرعت بسیار بالا
دو عیب GPS:
• سیکنال های ماهواره ای GPS در مقابل سیگنال های تلفن بسیار ضعیف هستند، بنابر این در داخل خانه با دیواره های بتنی و ضخیم، زیر آب، داخل جنگل های انبوه و مانند اینها کار نمی کند.
• بالاترین دقت زمانی است که گیرنده و ماهواره در خط دید مستقیم با هم قرار داشته باشند. بنابر این در فضاهای شهری سیستم GPS با دقت خیلی بالایی کار نمی کند.

استفاده از GPS در داخل شهر


استفاده از گیرنده GPS:
چند مدل مختلف و انواع گیرنده های GPS وجود دارد. هنگام کار با گیرنده GPS مواردی که مورد نیاز است:
• یک قطب نما و یک نقشه
• تعدادی باتری اضافی
• دانستن مقدار حافظه گیرنده GPS جهت جلوگیری از از دست دادن اطلاعات، کاهش دقت اطلاعات و مشکلات دیگر
• یک آنتن GPS برای مواقعی که در نقاطی هستید که سیگنال های GPS ضعیف هستند مانند داخل ساختمان، داخل جنگل و یا در حال رانندگی هستید.
• گیرنده GPS  را بر اساس استانداردهای اداره تصادفات و اورژانس کشور خود تنظیم کنید.
• یادداشت هایی که آنچه در حافظه گیرنده GPS  ذخیره شده را توصیف کند.
خطای GPS:
منابع بسیاری از خطاهای احتمالی وجود دارد که باعث کاهش دقت موقعیت های محاسبه شده توسط یک گیرنده GPS می شود. مدت زمان انتقال سیگنال های ماهواره های GPS بر اثر تاثیرات جوی تغییر میکند. زمانی که یک سیگنال GPS از یونسفر و تروپسفر عبور می کند دچار انکسار یا شکستگی می شود. که این خود باعث تغییر سرعت سیگنال نسبت به فضا می شود. منبع دیگر خطا نویز یا اعوجاج سیگنال است، که موجب تداخل الکتریکی یا خطاهای داخلی در دستگاه گیرنده می شود. اطلاعات مربوط به مدارهای ماهواره همچنین باعث اشتباه در تعیین موقعیت ها خواهد شد، زیرا ماهواره ها واقعا جایی نیست که گیرنده GPS بر اساس اطلاعاتی که در هنگام تعیین موقعیت ها دریافت می کند، "فکر می کند" است. تغییرات کوچکی در ساعتهای اتمی نصب شده روی ماهوره ها می تواند مساوی با خطاهای بسیار بزرگی در محاسبه موقعیت باشد. به طوری که یک خطای در حد 1 نانوثانیه می تواند باعث ایجاد خطا به اندازه یک فوت یا 3 متر برای کاربر روی کره زمین شود. زمانی که سیگنال ارسالی از ماهواره قبلا از اینکه به آنتن گیرنده GPS برسد با یک سطح بازتاب دهنده برخورد کند یک رخداد چندگانه اتفاق میافتد. در این مواقع گیرنده GPS علاوه بر سیگنال اصلی، سیگنال های متعدد دیگری از زوایای دیگر هم دریافت میکند که این خود خطایی بزرگ برای تعیین موقعیت ایجاد می کند.

خطای سیستم GPS


تفکیک هندسی دقیق (GDOP):
هندسه ماهواره ای همچنین می تواند بر دقت موقعیت GPS تاثیر بگذارد. این اثر به عنوان تفکیک دقیق هندسی (GDOP) شناخته می شود. که این به موقعیت هر ماهواره نسبت به ماهواره های دیگر اشاره می کند و همچنین برای اندازه گیری مقدار کیفیت تنظیمات ماهواره نیز استفاده می شود. این می تواند سایر خطاهای GPS را برطرف سازد. اکثر گیرنده های دیجیتال ماهواره ای را انتخاب می کنند که حداقل عدم اطمینان را داشته باشد، و بهترین هندسه ماهواره ای را ارایه می دهد.
گیرنده های GPS معمولاً کیفیت هندسی ماهواره ها را بر اساس "تفکیک موقعیت دقیق"  یا PDOP گزارش می کنند. PDOP  از دو نوع اندازه گیری افقی (HDOP)  و عمودی (VDOP) (عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی و ارتفاع) استفاده میکند. ما می توانیم کیفیت موقعیت ماهواره ای را که در حال حاضر در دسترس گیرنده است را با مقدار PDOP ، بررسی کنیم. یک DOP کم نشان دهنده احتمال دقت بالاتری است، و یک DOP بالاتر نشان دهنده احتمال دقت پایینتری است. اصطلاح دیگر PDOP، TDOP یا تفکیک زمان دقیق است. شاخص TDOP به انحراف یا خطای ساعت ماهواره اشاره دارد. در یک گیرنده GPS  می تواند یک پارامتر به عنوان  PDOP را تنظیم کرد. این پارامتر باعث می شود که گیرنده تنظیمات ماهواره ای که دارای شاخص PDOP بالاتری نسبت به حد مجاز دارد را نادیده بگیرد.

مشخصه GDOP در سیستم GPS

نظرات کاربران
(0)
هیچ دیدگاهی وجود ندارد
دیدگاه خود را بنویسید
*
*