برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

یك سیستم هدایت (ناوبری) ماهواره ای است شامل شبكه ای از 24 ماهواره در گرد ش كه درفاصله11 هزارمایلی ودر شش مدار مختلف قرار دارند ماهواره ها در حال حركت می باشند ودرعرض 24 ساعت دوبا ركامل به دور زمین می گردند .

(با سرعتی در حدود 108 مایل در ثانیه ) ماهواره های GPS به نام NAYSTAR شناخته می شوند ولازمه هرگونه آشنایی باGPS فرا گیری ماهیت اصلی این ماهواره ها می باشد اولین ماهواره GPS درفوریه 1978 میلادی به فضا پرتاب شد وزن هر ماهواره تقریبا" 2000 پاوند ودارای صفحات آفتابی به پهنای 17 می باشد وقد رت فرستند ه آن 50 وات ویا كمتر می باشد .

هر ماهواره 2 سیگنا ل ارسال می كند : 1 L ، 2 Lو GPS های غیر نظامی از فركانسMHZ 42 .1575 :1L استفاد ه می كنند هر ماهواره حدود ا" 10 سال فعال می ماند وجا گزینی ماهواره ها بموقع انجام وماهواره های جا یگزین به فضا پرتاب می گردند

برنامه شبكه GPS هم اكنون تا سال 2006 تنظیم وجاگزینی های لازمه ترتیب داده شده ا ند مسیر گردش ماهواره ها آنهارابین عرض جغرافیایی60 درجه شما لی و60 درجه جنوبی قرار می دهد این ا مر به معنی آن است كه در هر نقطه از زمین ودر هر زمان می توان سیگنا ل های ماهواره ای را دریافت نمود وهر چه به قطبهای شما ل جنوب نزدیك شویم نیز همچنا ن ماهواره های GPS را خواهیم دید هر چند دقیقا"در بالای سرما نخواهیم بود واین در دقت وصحت عمل آنها در این نقا ط تاثیر می گذ ارد یكی از بزرگ ترین مزایای رهیابی بوسیله GPS نسبت به روشهای دیگر زمینی آن است كه این سیستم درهر شرایط جوی وبدون توجه به نوع كار برد گیرنده GPS بخوبی كار می كند .

اطلاعاتی كه یك ماهواره GPSارسال می كند چیست ؟

سیگنال GPS شامل : یك كد شبه تصادفی e d o C R P ، داده ای بنام Ephemeris ، و یك داده تقویمی می باشد

چه كسانی از GPS استفاده می كنند

GPS دارای كاربردهای متنوعی می باشد اسا سا GPS هر جایی قابل بهره برداری با دقت بالا تا یك متر را فراهم می آورد GPS ها علاوه بر صرفه جویی دقتهای بهتری را برای سایتها به ارمغان می آورند.

استفاده های تفریحی ازGPS نیز وسیع است
در نهایت باید گفت هر كسی كه می خواهد بداند كه در كجا قرار دارد ، راهش به چه سمتی است ، و یا با چه سرعتی در حركت است می تواند از یك GPS استفاده كند.در خودروها نیز وجود GPS به امری عادی بدل خواهد شد.سیستم هایی در حال تهیه است تا در كنار هر جاده ای با فشار دادن یك كلید موقعیت ، به یك مركز اورژانس انتقال می یابد سیستمهای پیچیده دیگری موقعیت هر خودرو را در یك جاده ترسیم می كنند این سیستمها به راننده بهترین مسیر برای رسیدن به یك مقصد خاص را پیشنهادمی كنند

مقاله ای در اره با GPS  یا موقعیت یاب جهانی 

وچگونگی کار کرد آن 

۲۴ ماهواره که دور زمین در گردش هستند سیستم محل یابی جهانی (Global Positioning Systems )، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبکه ای با ۲۴ ماهواره تشکیل شده است. این ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده اند. این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰ 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 ساعت شبانه روز در دسترس است. پدید آوردنگان این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رایگان است.


● GPS چگونه کار می کند؟
ماهواره های این سیستم، در مداراتی دقیق هر روز ۲ بار بدور زمین می گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می کنند. گیرنده های GPS این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می کند. از اختلاف این دو زمان فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می گردد. حال این عمل را با داده های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با اختلافی ناچیز، معین می کند.
گیرنده به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل ۳ ماهواره برای محاسبه ۲ بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل ۴ ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطاعات مفید دیگر، می نماید.
این محاسبه بر اساس قاعده ای ساده در ریاضیات (dilatation ) انجام می شود. برای درک بهتر این مساله ابتدا به شرح مساله در حالت دو بعدی می پردازیم. فرض کنید که شخصی از موقعیت خود فقط فاصله اش از ۳ شهر مختلف را می داند. برای مثال ، می داند از تهران ۶۰ کیلومتر فاصله دارد. به این ترتیب اگر دایره ای به شعاع ۶۰ کیلومتر و به مرکز تهران رسم شود، این شخص روی دایره قرار می گیرد. حال اگر فاصله این شخص تا قم ۹۰ کیلومتر باشد و دایره ای به همین شعاع و مرکز قم رسم شود، این شخص روی یکی از ۲ محل تلاقی این دایره با دایره قبلی قرار دارد. اگر فاصله این شخص تا شهر سومی (مثلا کرج) را بدانیم و دایره سومی را هم به همین شعاع رسم کنیم ، ۲ دایره قبلی را در یکی از محلهای تلاقی آنها قطع می کند که محل قرار گرفتن شخص مورد نظر است. GPS هم از چنین روشی برای یافتن موقعیت خود استفاده می کند و با محاسبه فاصله خود از ۴ ماهواره می تواند موقعیت دقیق خود را محاسبه کند.

● ماهواره های GPS
صفحه GPS ۲۴ عدد ماهواره GPS در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش می کنند. هر ماهواره دقیقا طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین می گردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهواره ها نیروی خود را از خورشید تامین می کنند. همچنین باتری هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می کنند بهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره ها را در مسیر صحیح نگاه می دارد. به این ماهواره ها NAVSTAR نیز گفته می شود.
در اینجا به برخی مشخصه های جالب این سیستم اشاره می کنیم:
▪ اولین ماهواره GPS در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
▪ در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
▪ عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین می گردد.
▪ هر ماهواره حدود ۲۰۰۰ پاوند وزن دارد و طول باتری های خورشیدی آن ۵.۵ متر است.
▪ انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.

● گیرنده GPS
بسته به نوع مصرف و بودجه می توانید از طیف وسیع گیرنده های GPS بهره ببرید. همچنین، باید از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروزجهت ناحیه مورد استفاده تان، اطمینان حاصل کنید. امروزه بهای گیرنده های GPS بطور چشمگیری کاهش پیدا کرده است و هم اکنون در کشور ما با بهایی معادل یک عدد گوشی متوسط موبایل نیز می توان گیرنده GPS تهیه کرد. در کشورهای توسعه یافته از این سیستم جهت کمک به راهبری خودرو، کشتی و انواع وسایل نقلیه بهره گیری می شود.
هر چه نقشه های منطقه ای که در حافظه گیرنده بارگذاری می شود دقیق تر باشد، سرویسهایی که از GPS می توان دریافت داشت نیز ارتقا می یابد. برای مثال، می توان از GPS مسیر نزدیکنرین پمپ بنزین، تعمیرگاه و یا ایستگاه قطار را سوال نمود و مسیر پیشنهادی را دنبال کرد. دقت مکانیابی این سیستم در حد چند متر می باشد، که بسته به کیفیت گیرنده تغییر می کند. از سیستم محلیابی جهانی می توان در کارههایی چون نقشه برداری و مساحی، پروژه های عمرانی، کوهنوردی، کایت سواری، سفر در مناطق ناشناخته، کشتی رانی و قایقرانی، عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زمینلرزه و هر فعالیت دیگر که نیازمند محلیابی باشد، بهره برد.

اطلاعاتی که یک ماهواره جی پی اس (GPS) ارسال می کند چیست ؟

سیگنـال (GPS) شـــــامــل : یـــک کد شبه تصادفی Pseudo Random Code، داده ای بنام ephemeris و یک داده تقویــــمی بنام almanac می باشد.
کد شبه تصادفی مشخص کننده ماهواره ارسال کننده اطلاعات ( کد شتاسایی ماهواره ) می باشد. هرماهواره باکدی مخصوص شناسایی می شود : RPN Random Code Pseudo این عددی است بین ۱و ۳۲ . این عدد درگیرنده هر جی پی اس نمایش داده میشود .دلیل اینکه تعداد این شناسه ها بیش از ۲۴ می باشد امکان تسهیل درنگهداری شبکه جی پی اس (GPS) باشد . زیرا ممکن است یک ماهواره پرتاب شود و شروع بکار نماید قبل از اینکه ماهواره قبلی از رده خارج شده باشد . به این دلیل ازیک عدد دیگر بین ۱و ۳۲ برای شناسایی این ماهواره جدید استفاده می شود .
داده Ephemeris دائماً بوسیله ماهوارها ارسال میگردد وحاوی اطلاعاتی درمورد : وضعیت خود ماهواره (سالم یا ناسالم) و تاریخ وزمان فعلی می باشد . گیرنده جی پی اس بدون وجود این بخش از پیام درمورد زمان وتاریخ فعلی درکی ندارد . این بخش پیام نکته اساسی برای تعین مکان می باشد.
Almanac داده أی را انتقال می دهد که نشان دهنده اطلاعات مداری برای هرماهواره وتمام ماهوارهای دیگر سیستم می باشد . حال میتوان شیوه کار جی پی اس (GPS) را بهتر بررسی کرد . هرماهواره پیامی را ارسال می کند که بــطور ســــــاده می گوید :
من ماهواره شماره X هستم ، موقعیت فعلی من Y است ، و این پیام در زمان ارسال شده است.
هر چند که این شکل ساده شده پیام ارسالی است ولی می تواند کل طرز کار سیستم را بیان نماید . گیرنده جی پی اس پیام را می خواند و داده های almanac و ephemeris را جهت استفاده بعدی ذخیــره می نماید . این اطـلاعـات می توانند برای تصحیح و یا تنظیم ساعت درونی نیز به کار روند .

حال برای تعیین موقعیت ، گیرنده جی پی اس زمانهای دریافت شده را با زمان خود مقایسه می کند . تفاوت این دو مشخص کننده فاصله گیرنده جی پی اس از ماهواره مزبور می باشد . این عملی است که دقیقاً یک گیرنده جی پی اس انجام می دهد . با استفاده از حداقل سه ماهواره یا بیشتر ، جی پی اس می تواند طول و عرض جغرافیایی مکان خود را تعیین نماید . ( که آن را تعیین دو بعدی می نامند . ) و با تبادل با چهار ( و یا بیشتر ) ماهواره یک جی پی اس می تواند موقعیت سه بعدی مکان خود را تعیین نماید که شامل طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع می باشد . با انجام پشت سر هم این محاسبات ، جی پی اس می تواند سرعت و جهت حرکت خود را نیز به دقت مشخص نماید .
یکی از عواملی که بر روی دقت عمل یک جی پی اس اثــر می گذارد . شکل قرار گرفتن ماهواره ها نسبت به یکدیگر می باشد . (از نقطه نظر GPS )

اگر یک (GPS) با چهار ماهواره تبادل نماید و هر چهار ماهواره در شمال و شرق جی پی اس باشند طرح و هندسه این ماهوارها برای این جی پی اس بسیار ضعیف میباشد و شاید جی پی اس قادر نباشد مکان یابی نماید. زیرا تمام اندازه گیریهای فاصله در یک جهت عمومی قرار دارند. مثلث سازی ضعیف است وناحیه مشترک بدست آمده از اشتراک این مسافت سنجی ها وسیع می باشد ( مکانی که برای مکان خود تصورمی کند بسیار وسیع می باشد ودر نتیجه تعیین دقیق محل آن ممکن نیست ) در این موقعیتها حتی اگر جی پی اس مکان یابی را انجام دهد و موقعیتی راگزارش نماید دقت آن نمی تواند زیاد خوب باشـــــــد ( کمتر از۵۰۰-۳۰۰ فیت ). اگر همین چهارماهواره درچهارجهت ( شمال ، جنوب ، شرق ، غرب ) و با زوایای ۹۰ درجه قرارداشته باشند طرح این چهار ماهواره برای جی پی اس مزبور بهترین حالت می باشد چرا که جهات مسافت سنجی چهار جهت متفاوت و نقطه اشتراک این مسافت سنجی ها بسیار کوچک می باشد . وهرچه این نقطه اشتراک کوچکتر باشد به معنی آن است که بیشتر به نقطه واقعی حضورخود نزدیک شده ایم . دراین موقعیت دقت عمل کمتر از۱۰۰فیت می باشد .

طرح وهندسه قرارگرفتن ماهواره ها هنگامیکه جی پی اس نزدیکی ساختمانهای بلند، قلل کوهها ، دره های عمیق ویا در وسایل نقلیه قرارگرفته باشد به مساله مهمتری تبدیـل می گردد .اگر مانعی در رسیدن سیگنالهای بعضی از ماهواره ها وجود داشته باشد جی پی اس می تواند از بقیه ماهواره ها بـــرای مکان یابی خود استفاده نماید. هرچه این موانع بیشتر و شدیدتر شوند مکان یابی نیز مشکل تر می گردد .

یک گیرنده جی پی اس نه تنها ماهواره های قابل استفاده را تشخیص می دهد بلکه مکان آنها را درآسمان نیز تعیین می کند . ( ارتفاع و زاویه ) منبع دیگرایجاد خطا ” چند مسیری ” می باشد .” چند مسیری” نتیجه انعکاس سیگنال رادیویی به وسیله یک شی می باشد . این پدیده باعث ایجاد تصاویر سایه دار در تلویزیونها می گردد هر چند در آنتنهای جدید این شکل به وجود نمی آید ، این پدیده در آنتنهای رو تلویزیونی قدیمی به وجود می آمد.

بروز این اختلال برای جی پی اس ها به این شکل است که امواج بعد از انعکاس به وسیله اشیاء ( مانند ساختمانها یا زمین ) به آنتن جی پی اس برسند . در این صورت سیگنال مسیر بیشتری را تا رسیدن به آنتن جی پی اس طی می کند و این باعث می شود که جی پی اس فاصله ماهواره را بیشتر از آنچه هست محاسبه نماید. که باعث ایجاد خطا در مکان یابی نهایی می گردد. در صورت بروز این اختلال تقریباً ۱۵ فیت بر خطای نهایی افزوده می شود .منبع دیگری نیز برای ایجاد خطا ممکن است وجود داشته باشند . افزایش تاخیر ( delay ) به دلیل اثرات جوی نیز می تواند برروی دقت کار اثر بگذارد . همچنین خطاهای ساعت داخلی جی پی اس . در هر دو این موارد گیرنده جی پی اس طوری طراحی شده است که این اثرات را جبران نماید . ولی خطاهای کوچکی بر اساس همین اثرات همچنان بروز خواهند کرد .

در عمل ، دقت کار یک جی پی اس غیر نظامی معمولی ، با توجه به تعداد ماهواره های تبادلی و طرح قرار گرفتن آنها بین ۶۰ تا ۲۲۵ فیت می باشد. جی پی اس های پیچیده تر و گرانتر می توانند با دقتهایی در حد سانتیمتر کارکنند . ولی دقت یک جی پی اس معمولی نیز می تواند به کـــمک پـــردازشی بـــه نـــام DGPS Differential GPS به حدود ۱۴ فیت یا کمتر برسد . سرویسهای DGPS با هزینه کمی قابل اشتراک می باشند . سیگنال تصحیحات DGPS توسط سازمان Army Corps Of Engineers و از ایستگاههای مخصوص ارسال می گردد . این ایستگاهها در فرکانس KHZ .325- 283.5 کار می کنند تنها هزینه استفاده از این سرویس خریدن یک دامنه از این سیگنالها می باشد . با این کار یک گیرنده دیگر به GPS ما متصل می شود ( از طریق یک کابل سه رشته ای ) و عمل تصحیح را طبق یک روش استاندارد به نام ( RTCM SC-104 ) انجام می دهد . اشتراک سرویسهای DGPS از طریق امواج رادیویی نیز ممکن می باشد

http://reglator.mihanblog.com/post/21

شاید بارها در مقالات علمی و اخبار با نام ( GPS ( Global Positioning System برخورد کرده باشید.GPS ابزاریست جهت تعیین موقعیت نقاط. با توجه به پیشرفت های تکنولوژی GPS و استفاده از این ابزار مهم در دنیا آگاهی از روشهای مختلف تعیین موقعیت توسط این سیستم ضروری بنظر می رسد.دقت بالای این سیستم و جهانی بودن آن دلیلی بر استفاده از

سیستم در علوم مختلف می باشد. این سیستم از سال 1983 با پرتاب نخستین ماهواره GPS آغاز بکار نمود. با روی کار آمدن سیستم GPS تمام سیستم های قبلی تعیین موقعیت ماهواره ای از قبیل دور بین های بالستیک،داپلر،N.N.S.S ، SLR ،LLR ،LONG-C ،SECOR، به تدریج از دور خارج شدند.GPS یک سیستم عملیاتی و همیشه در حال آماده باش است که در تمامی شرایط آب و هوایی دارای کارآیی می باشد؛ زیرا فرکانس امواجی که توسط ماهواره های GPS ارسال می شوند در حد گیگا هرتز است و شرایط آب و هوایی (مه وباران و نزولات جوی ) اثری روی این امواج ندارند. این سیستم در طول 24 ساعت شبانه روز فعال است ودر هر زمان ودر هر مکان که لازم باشد می توان توسط آن تعیین موقعیت کرد.به وسیله گیرنده های سیستم GPS می توان هم به روش مطلق و هم به روش نسبی تعیین موقعیت کرد و برای تعیین موقعیت در هر یک از دو روش فوق می توان از روش های ایستا (Static) ، متحرک(Kinematics) و نیمه متحرک (Semi-Kinematics) استفاده کرد.

در روش مطلق ، موقعیت نسبی نقطه نسبت به یک نقطه مختصات دار معلوم ((DELTA(X),DELTA(Y),DELTA(Z)) بدست می آید. روش تعیین موقعیت نسبی به علت حذف خطاهای سیستماتیک موجود در اندازه گیری های GPS از اهمیت خاصی برخوردار است و برای انجام آن نیاز به دو گیرنده GPS می باشدکه بطور همزمان ماهواره های مشترک را مشاهده و اندازه گیری نمایند. منظور از همزمانی ، بدین معنی است که شرایط اندازه گیری برای هر دو گیرنده مستقر در ایستگاه های استقرار، یکی با مختصات معلوم و دیگری با مختصات مجهول،یکسان باشد. از روش تعیین موقعیت نسبی با GPS اکثرا در کارهای نقشه برداری و گسترش شبکه های ژئودزی استفاده می شود.دقت تعیین مختصات مطلق با سیستم GPS در حال حاضر در بهترین حالت 3 ± متر می باشد و دقت تعیین مختصات نسبی با این سیستم در حد میلیمتر می باشد.

در حال حاضر سیستم GPS شامل 28 ماهواره فعال است که کل سطح کره زمین را بطور همزمان پوشش می دهند و در 6 مدار بیضی شکل با زاویه میل 55 درجه نسبت به صفحه استوای زمین به دور زمین می چرخند و در ارتفاع 20800 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند.زمان یکبار چرخش ماهواره های GPS به دور زمین در حدود 12 ساعت نجومی است. به عبارتی در هر 24 ساعت خورشیدی در طول شبانه روز ماهواره دوبار از افق یک محل می گذرد.همان طور که می دانیم شبانه روز خورشیدی 4 دقیقه از شبانه روز نجومی بیشتر است لذا در هر روز نسبت به روز قبل ماهواره 4 دقیقه زودتر در افق یک محل ثابت طلوع می کند. برای تعیین موقعیت x و y یا طول و عرض جغرافیایی (فی و لاندا) حداقل باید 3 ماهواره در آسمان محل باشد.در صورتی که مقدار پارامتر ارتفاع را نیز بخواهیم باید از 4 ماهواره استفاده کرد. امروزه در بعضی مکان های ایران قادر به دریافت اطلاعات تا 10 ماهواره می باشیم و حداقل به 4 تا 5 ماهواره در هر زمان از شبانه روز و در هر مکان دسترسی داریم.

هر قدر تعداد ماهواره های قابل مشاهده بیشتر شود معادلات اساسی تعیین موقعیت بیشتر خواهند شد و بنابراین زمان لازم برای تعیین موقعیت یک نقطه کاهش یافته و دقت تعیین موقعیت نیز افزایش خواهد یافت.نکته مهمی که می بایست مورد توجه قرار گیرد اینست که ارتفاعی که GPS به ما می دهدبا ارتفاع موجود در نقشه ها و اطلس ها فرق میکند.ارتفاع GPS نسبت به سطح مبنایی بنام بیضوی است در حالی که ارتفاع موجود در نقشه ها ارتفاع اورتومتریک می باشدکه از سطح دریاهای آزاد محاسبه می گردد

هر ماهواره GPS بطور مستقل اطلاعات زیر را توسط آنتنهای تعبیه شده بر روی بدنه اش به زمین ارسال می نماید:

1) امواج حامل

الف) موج حامل (L1) با فرکانس f1=1500 MHZ

ب ) موج حامل (L2) با فرکانس f2=1200 MHZ

2)کدهای اطلاعاتی(بصورت دودویی) :

الف) کدغیر نظامی(کد C/A ) ؛ f=1.023 MHZ

ب ) کد دقیق (کد P ) ؛ f=10.23 MHZ

ج ) کد سری (کد Y) ؛ f=10.23 MHZ

برای رسین به حداکثر دقت و کارآیی GPS توسط یک گیرنده باید از گیرنده ای استفاده کرد که هر دو موج حامل L1 و L2 و کدهای فوق را دریافت نموده وقابلیت آنتی اسپوفینگ (AS) داشته باشد؛ یعنی بتواند کد سری Y را به یک کد P وبالعکس تبدیل کند.

3) پیام ماهواره(Message) با فرکانس f=1500 MHZ که حامل اطلاعات زیر می باشد:

الف) اطلاعات مدار ماهواره که مربوط به موقعیت ماهواره می شود.

ب ) اطلاعات مربوط به زمان

ج ) اطلاعات شماره ماهواره

د ) اطلاعات مربوط به ضریب دقت آرایش هندسی ماهواره ها (لازم به ذکر است که چنانچه ماهواره ها در افق منطقه مورد نظر باشند نه در بالای سر و یا اگرزاویه هر دو ماهواره با هم 120 درجه باشد تعیین موقعیت محل دارای دقت بیشتری خواهد بود.)

مجموعه اطلاعات فوق یعنی امواج حامل،کدهای اطلاعاتی و پیام ماهواره ، همراه یکدیگر توسط مدولاسیون فاز بسمت زمین مخابره شده و گیرنده های زمینی که قابلیت ها و انواع متفاوتی دارندضمن دریافت مجموعه فوق پس از عمل De Modulation هر بخش را برای منظور خاص خود مورد استفاده قرار می دهد.لازم به ذکر است که بهترین و دقیق ترین گیرنده ، گیرنده ایست که قابلیت در یافت کلیه اطلاعات ذکر شده در موارد سه گانه بالا را داشته باشد و بتواند هر یک را به طرقی جداگانه دریافت کند و ارزان ترین گیرنده هم گیرنده ایست که تنها قابلیت دریافت موج حامل L1 ،کدC/A و پیام ماهواره را دارد.لازم بذکر است که کد CA فقط بر روی موج L1 مدوله میشود ولی کد P بر روی هر دو موج وجود دارد.

در قسمت بالا درباره بخش فضایی سیستم GPS صحبت شد؛حال به سراغ بخش کنترل زمینی این سیستم می رویم : این بخش شامل ایستگاههای کنترل زمینی است که دارای مختصات معلوم هستند و موقعیت آنها از طریق روشهای کلاسیک تعیین موقعیت نظیر روش VLBI (تعیین فواصل بلند توسط کوازارها)و روش SLR (فاصله سنجی ماهواره ای با امواج لیزر ) بدست آمده است. این ایستگاه ها وظیفه تعقیب ومشاهده شبانه روزی ماهواره های GPS را بر عهده دارند . این بخش بوسیله محاسبات ریاضی پیچیده از طریق محاسبه معادله پلی نومیال (Polynomials) ریاضی بطریق کمترین مربعات ، پارامترهای مداری (افمریزها)و موقعیت ماهواره ها را نسبت به یک سیستم مختصات ژئودتیک ژئوسنتریک (مبدا سیستم مختصات تقریبا در مرکززمین قرار دارد.) محاسبه می نماید.

تعداد این ایستگاههای زمینی 5 عدد است که ایستگاه اصلی با نام کلرادو اسپرینگ در آمریکا قرار داردو 4 ایستگاه فرعی دیگر در نقاط دیگر کره زمین مستقر هستند. آخرین بخش از سیستم GPS ، قسمت USER یا کاربران سیستم می باشد که خود شامل دو بخش است:

الف) آنتن دریافت کننده اطلاعات ارسالی از ماهواره ها

ب ) گیرنده(پردازش کننده اطلاعات دریافتی و تعیین کننده موقعیت محل آنتن)

نرم افزار و میکروپروسسور داخل گیرنده فاصله بین آنتن زمینی تا ماهواره های مرتبط با گیرنده ه را تعیین می کند سپس با استفاده از حداقل 4 ماهواره موقعیت X وY و ارتفاع محل استقرار آنتن یا همان گیرنده تعیین میشود.

* نکته مهمی که می بایست مورد توجه قرار گیرد اینست که ارتفاعی که GPS به ما می دهدبا ارتفاع موجود در نقشه ها و اطلس ها فرق میکند.ارتفاع GPS نسبت به سطح مبنایی بنام بیضوی است در حالی که ارتفاع موجود در نقشه ها ارتفاع اورتومتریک می باشدکه از سطح دریاهای آزاد محاسبه می گردد.مقدار این اختلاف در بیش ترین حالت در حدود 100 متر می باشد.

گیرنده های GPS به دو دسته اصلی تقسیم می شوند :

الف) گیرنده های نظامی

ب ) گیرنده های غیر نظامی

گیرنده های غیر نظامی فقط می توانند افمریزهای ارسالی روی کد C/A را از ماهواره دریافت کنند ،لذا تعیین موقعیت مطلق توسط این دسته از گیرنده ها ضعیف می باشد.(در حدود 3 تا 5 متر).اما گیرنده های نظامی که اکثرا در اختیار ارتش آمریکا و کشورهای عضو پیمان ناتو می باشد قادر هستند که پارامترهای ارسال شده بوسیله کد P (پارامترهای دقیق) را نیز علاوه بر کد C/A استفاده کنند. دقت تعیین موقعیت با چنین گیرنده هایی بسیار بالاست و در حال حاضر استفاده از کد P وکد Y که مشکل تر از کد P است صرفا در اختیار نظامیان آمریکایی می باشد.البته از سال 2000 دقت سیستم GPS غیر نظامی با توجه به حذف خطای SA که وزارت دفاع آمریکا آن را عمدا همراه سایر موج ها از ماهواره های GPS به سمت گیرنده های غیر نظامی میفرستاد ، دقت تعیین موقعیت با گیرنده های دستی معمولی به 3 تا 5 متر رسیده است.البته برای کارهای دقیق ژئودزی و نقشه برداری با استفاده از گیرنده های دو فرکانسه(تفاضلی) به شیوه تعیین موقعیت نسبی میتوان به دقت در حد میلیمتر دست پیدا کرد. البته همین دقت 3 تا 5 متر گیرنده های دستی عادی هم نیازهای عمومی ناوبری(کوهنوردی و....) را بخوبی تامین میکند.

نمونه ای از کاربردهای سیستم GPS

پیش بینی زلزله (در حال حاضر برای پیش بینی زلزله بیش از 1200 GPS در ژاپن نصب شده و همچنین فقط در اطراف شهر لس آنجلس آمریکا ،250 GPS در حل اندازه گیری و فعالیت 24 ساعته هستند.) ، نقشه برداری ، کاداستر ، کنترل امور مربوط به حمل و نقل و ترافیک ، کنترل حرکات تکتونیکی زمین ، کنترل جابجایی سدها و برج های بلند، پیش بینی وضع هوا (از طریق اندازه گیری میزان انرژی موج فرستاده شده از سوی GPS پس از عبور از لایه های جو و ابرهای موجود در منطقه مورد نظر) ، ناوبری (زمینی،هوایی،دریایی) ، هیدروگرافی(آبنگاری) ، تعیین موقعیت سکوهای دریایی نفتی،تعیین موقعیت جزیره های مرجانی، مین یابی ، SCAN کردن دریا ، بروز رسانی سیستم های تعیین موقعیت اینرشیال ، استفاده جهت کنترل ماهواره های سنجش از دور(Remote Sensing) و..............

مورد ذکر شده در بالا بخشی از مجموعه کاربردهای فراوان سیستم تعیین موقعیت جهانی(GPS)بود.البته روسها نیز سیستمی مشابه GPS با نام GLONASS دارند که البته ازنظر کارآیی و توان عملیاتی در حال حاضر به پای سیستم GPS نمی رسد.البته گیرنده های مشترک GPS-GLONASS در حال حاضر در بازار ایران یافت می شوند.البته اتحادیه اروپا نیز در حال ساخت یک سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای با نام گالیله میباشد که طبق پیش بینی ها تا سال 2008 آماده بهره برداری و استفاده عموم خواهد شد. طبق ادعای اتحادیه اروپا محدودیت های موجود در سیستم GPS در گالیله وجود نخواهد داشت.

دولت امریکا در خلال جنگ با عراق اقدام به فرستادن پارازیت بسمت گیرنده های غیر نظامی نموده بود .در چنین زمانهایی که احتمال ارسال امواج پارازیت بر روی گیرنده های GPS می رود به هیچ عنوان نباید روی داده های ارائه شده توسط گیرنده های غیر نظامی حساب باز کرد.در ایران نیز یکی از کارخانجات نظامی دولتی اقدام به ساخت پارازیت انداز GPS نموده که البته دارای برد زیادی نیست.

قیمت گیرنده های GPS مناسب و مرغوب موجود در بازار ایران از 150000 تومان شروع می شود و به40میلیون تومان هم می رسد.لازم بذکر است کهGPS های Ashtech ساخت آمریکا، بهترینGPS در دنیا هستندو رئیس و صاحب این کارخانه آقای پروفسور جواد اشجعی می باشد. تعدادی از این گیرنده ها عبارتند از:

MAGELLAN , Trimble , Garmin ,Ashtech

حال در ادامه این مقاله به کاربردی جدید از سیستم GPS در علم نجوم می پردازیم. این بخش از مقاله درباره طراحی یک سیستم ناوبری مشابه GPS برای سیاره مریخ می باشد.

یک سیستم GPS برای مریخ

جستجوگرهای آینده مریخ اعم از اینکه مدارگرد خودکار ثابتی باشند یا انسان , به راهی جهت تعیین موقعیت خودشان نیاز خواهند داشت. برای انجام این مهم پژوهشگران ناسا در حال مطالعه بر روی یک سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای مناسب همانند GPS برای مریخ می باشند که قابلیت انجام وظیفه به عنوان یک شبکه ارتباطی را هم داشته باشد.مکان یاب جهانی ( Global Positioning System ) مجموعه ای متشکل از 27 ماهواره شامل 24 ماهواره اصلی و 3 ماهواره رزرو می باشد که قادر به تعیین موقعیت هر نقطه روی زمین بهمراه ارتفاع نقطه با دردسترس بودن حداقل 4 ماهواره در آسمان منطقه مورد نظر می باشد.یکی از طرح های پژوهشگران فرستادن ناوگانی کوچک از فضاپیماها به مریخ می باشد که دانشمندان برای ماموریت های آینده بشری و روباتیک در حال مطالعه بر روی آن می باشند. مایکل مندیلو (Michael Mendilo ) پروفسور اخترشناس در مرکز فیزیک فضایی دانشگاه بوستون و تیمی از پژوهشگران که زیر نظر وی بر روی اثرات یونسفر مریخ مطالعه می کنند , در حال طراحی یک سیستم ناوبری ماهواره ای بدور مریخ می باشند.

در آزمایشگاه پیشرانه جت پروپالشن ناسا(JPL) هم پژوهشگران در حال انجام کارهای زمینی یک شبکه ناوبری و ارتباطی برای مریخ هستند. یک طرح قدیمی تر هم وجود دارد که شامل یک دسته میکروماهواره های کوچکی است که شبکه مریخی( Marsnet ) نامیده می شود و وظیفه اش ارسال داده ها به سفینه مادر( Marsat ) است. وظیفه Marsat نیز تبادل داده های بین مریخ و زمین است.از نظر وستل چارلز(Charles Whestel ) رییس بخش مهندسی برنامه جستجوی مریخ در JPL یک سیستم ناوبری با دقت 10 تا 100 متر برای مریخ کافیست. هر چند این دقت قابل مقایسه با دقت حاصل از سیستم فعلی GPS در سیاره زمین نمی باشد. البته مجموعه ماهواره های GPS زمین تنها تأمین کننده ناوبری برای بشر است (البته در سال های اخیر پژوهش هایی در زمینه کاربرد GPS در هواشناسی و زلزله در حال انجام است.) اما پژوهشگران درصدد استفاده از قابلیت های این سیستم در بررسی یونسفر مریخ می باشند.

با افتتاح سیستم GPS در مریخ در حقیقت جهشی در فن آوری روبات های آینده برای سیاره سرخ رخ خواهد داد. در پایان لازم بذکر است که شاید از نظر برخی ,سیستم GPS مریخ یک طرح لوکس و دور از تصور باشد اما با وجود مسائلی که بخشی از آن ها در این مقاله ذکر شد استفاده ازاین سیستم مزایای زیادی در بر خواهد داشت و جهشی در راه اکتشاف کامل سیاره سرخ و پی بردن به رازهای آن می باشد.

24 ماهواره که دور زمین در گردش هستند

سیستم محل یابی جهانی (Global Positioning Systems)، بک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبکه ای با 24 ماهواره تشکیل شده است. این ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده اند. این سیستم 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 ساعت شبانه روز در دسترس است. پدید آوردنگان این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رایگان است.

GPS چگونه کار می کند؟
ماهواره های این سیستم، در مداراتی دقیق هر روز 2 بار بدور زمین می گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می کنند. گیرنده های GPS این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می کند. از اختلاف این دو زمان فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می گردد. حال این عمل را با داده های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با اختلافی ناچیز، معین می کند.

گیرنده به 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، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطاعات مفید دیگر، می نماید.

ماهواره های GPS


GPS Screen

صفحه GPS
24 عدد ماهواره GPS در مدارهایی بفاصله 24000 هزار مایل از سطح دریا گردش می کنند. هر ماهواره دقیقا طی 12 ساعت یک دور کامل بدور زمین می گردد. سرعت هریک 7000 مایل بر ساعت است. این ماهواره ها نیروی خود را از خورشید تامین می کنند. همچنین باتری هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می کنند بهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره ها را در مسیر صحیح نگاه می دارد. به این ماهواره ها NAVSTAR نیز گفته می شود.

در اینجا به برخی مشخصه های جالب این سیستم اشاره می کنیم:

• اولین ماهواره GPS در سال 1978 یعنی حدود 35 سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
• در سال 1994 شبکه 24 عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
• عمر هر ماهواره حدود 10 سال است که پس از آن جایگزین می گردد.
• هر ماهواره حدود 2000 پاوند وزن دارد و طول باتری های خورشیدی آن 5.5 متر است.
• انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از 50 وات است.

گیرنده GPS
بسته به نوع مصرف و بودجه می توانید از طیف وسیع گیرنده های GPS بهره ببرید. همچنین، باید از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروزجهت ناحیه مورد استفاده تان، اطمینان حاصل کنید. امروزه بهای گیرنده های GPS بطور چشمگیری کاهش پیدا کرده است و هم اکنون در کشور ما با بهایی معادل یک عدد گوشی متوسط موبایل نیز می توان گیرنده GPS تهیه کرد. در کشورهای توسعه یافته از این سیستم جهت کمک به راهبری خودرو، کشتی و انواع وسایل نقلیه بهره گیری می شود.

هر چه نقشه های منطقه ای که در حافظه گیرنده بارگذاری می شود دقیق تر باشد، سرویسهایی که از GPS می توان دریافت داشت نیز ارتقا می یابد. برای مثال، می توان از GPS مسیر نزدیکنرین پمپ بنزین، تعمیرگاه و یا ایستگاه قطار را سوال نمود و مسیر پیشنهادی را دنبال کرد. دقت مکانیابی این سیستم در حد چند متر می باشد، که بسته به کیفیت گیرنده تغییر می کند. از سیستم محلیابی جهانی می توان در کارههایی چون نقشه برداری و مساحی، پروژه های عمرانی، کوهنوردی، کایت سواری، سفر در مناطق ناشناخته، کشتی رانی و قایقرانی، عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زمینلرزه و هر فعالیت دیگر که نیازمند محلیابی باشد، بهره برد.

هر کس که بخواهد بداند کجاست و بکجا می رود به این سیستم نیازمند است، با توجه به نزول شدید بهای گیرنده های این سیستم، و افزایش امکانات آنها، این تکنولوژی در آینده نزدیک بیش از پیش در اختیار همگان قرار خواهد گرفت.

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :