کاربرد gps

 

GPS يا (Golobal Positining System) يك سيستم ماهواره‌اي است كه

توسط وزارت دفاع امريكا ساخته شده است. و اطلاعات دقيقي از محل، و زمان را در سراسر دنيا

در اختيار كاربرها قرار مي‌دهد. سيستم GPS سيگنال‌هايي را ارسال مي‌نمايد كه توسط گيرنده‌هاي

GPS دريافت مي‌شود و موقعيت مكاني،‌ سرعت و زمان را در هر جاي كره زمين در هر موقع از

روز يا شب و در هر شرايط آب و هوايي محاسبه مي‌نمايد. سيستم مكان‌ياب جهاني يا GPS يك منبع

ملي و مورد استفاده بين‌المللي براي يافتن موقعيت محل،‌ مسيريابي و زمان سنجي مي‌باشد. و از سه

قسمت تشكيل يافته است.

 

فضا، كاربر، كنترل( Space , User , Control )

سيستم GPS شامل 3 بخش،‌ فضا، كنترل و كاربري مي‌باشد. بخش فضايي شامل آرايش ماهواره‌ها

در فضا با (Constellation) مي‌باشد. اولين سري اين ماهواره‌ها در سال 1978

در مدار قرار داده شد. و در سال 1986 توسعه و تكميل آرايش ماهواره‌اي سيستم GPS به علت

جلوگيري از خطرات ناشي از عدم مسيريابي انجام پذيرفت. در فوريه 1989 آرايش ماهواره‌اي

سيستم GPS با 24 يا تعداد بيشتري ماهواره در مدار كامل و فعال گرديد. سيستم كنترل توسط

ارتش آمريكا انجام مي‌گيرد كه رديابي و نگهداري آنها را در مدار كنترل مي‌نمايد.

 

بخش كاربرها، شامل كاربرهاي نظامي و شخصي هر دو مي‌باشد. كاربرهاي نظامي از سيستم

GPS به عنوان، مسيريابي،‌ شناسايي، و سيستم هدايت موشكي استفاده مي‌نمايند و كاربرهاي شخصي

هم مي‌توانند همانند نظامي‌ها و براساس نياز از اين سيستم استفاده كنند.

بخش فضايي( Space Segment )

ماهواره‌هاي GPS در حدود 900 kg وزن و 5 متر با نيل‌هاي خورشيدي طول دارند. عمر

مفيد اين ماهواره‌ها براي5/7 سال طراحي شده است اما اغلب مدت زمان بيشتري در مدار مورد

استفاده قرار مي‌گيرند. پنل‌هاي خورشيدي نيروي اوليه را تهيه مي‌نمايند و نيروي (تغذيه) ثانويه

توسط باطري‌هاي Nicod تأمين مي‌شود. در هر ماهواره چهار ساعت (Clock) اتمي

فوق‌العاده دقيق نصب گرديده است. در سپتامبر 2001 تعداد ماهواره‌هاي مورد استفاده در مدار

27 عدد بوده است.

 

مدارات ماهواره‌ها( Satellite orbits )

شامل 6 مدار با فاصله 60 درجه و در هر مدار 4 ماهواره وجود دارد و اين امكان را فراهم مي‌سازد

كه با وجود اشكال و خرابي 2 ماهواره در هر مدار سيستم كار نرمال خود را انجام دهد. هر سطح

مداري شيبي برابر با 55 درجه با سطح مدار استوايي دارد. ارتفاع زياد مدار (km

20000) باعث ثابت ماندن ماهواره‌ها در مدارشان مي‌شود. همچنين ارتفاع زياد ماهواره باعث

پوشش منطقه وسيعي در روي زمين مي‌شود.

 

ماهواره‌هاي GPS هر نقطه در روي زمين را 2 بار در روز پوشش مي‌دهند (از هر نقطه در روي

زمين دوبار در روز مي‌گذرند).

 

سيگنال‌هاي ماهواره( Satellite Signals )

 

هر ماهواره يك سيگنال مسيريابي كه شامل عناصر مداري، وضعيت ساعت (Clock)‌، زمان

سيستم و وضعيت پيام‌ها مي‌باشد را ارسال مي‌نمايد. به علاوه يك تقويم نجومي (almanac)

تهيه مي‌شود كه اطلاعات (تقريبي) را براي هر ماهواره فعال ارسال نمايد. سيگنال‌هاي راديويي با

سرعت نور منتشر مي‌شوند. سيصد هزار كيلومتر در ثانيه، مدت زمان 06/0 ثانيه طول مي‌كشد

كه سيگنال ارسالي از ماهواره GPS به زمين برسد. اين سيگنال‌ها با قدرت كم (حدود 300 تا

350 وات در طيف مايكروويو) ارسال مي‌گردند.

 

كد C/A (Coarse A qwsition Cood) براي استفاده كاربرهاي شخصي

در دسترس مي‌باشد و به عنوان (SPS) (Standard Positining

Service) مسيريابي استاندارد. PPS يا Precise Positioning

Service سرويس مكان يابي دقيق كه منحصراً در دسترس كاربرهاي نظامي و كاربرهاي مجاز

مي‌باشد. سيگنال‌هاي ماهواره به خط مستقيم جهت رسيدن و استفاده گيرنده‌هاي GPS نيازدارند.

درخت، ساختمان،‌ كوه و حتي دست و يا بدن مي‌تواند سيگنال‌هاي ماهواره‌ها را بلوكه نمايد.

 

تقويم نجومي يا Almanac شامل اطلاعاتي راجع به مدارات 24 ماهواره مي‌باشد. يك گيرنده

GPS از تقويم نجومي كه در پيام‌هاي ديتاي ماهواره وجود دارد براي موقعيت هر ماهواره‌اي كه رديابي

مي‌كند استفاده مي‌نمايد. نرم افزار mission planning براي تهيه گراف و موقعيت

ماهواره‌هاي قابل رؤيت و بهترين زمان بررسي در منطقه مخصوص،‌ از تقويم نجومي استفاده

مي‌نمايد. تقويم نجومي براي مدت 30 روز معتبر مي‌باشد،‌ اما هر بار كه گيرنده GPS روشن

مي‌شود بطور اتوماتيك تقويم نجومي را دريافت مي‌كند (در مدت زمان 15 دقيقه). استفاده از تقويم

نجومي به روز يا up-to-date براي استفاده از ماهواره‌هايي كه در ديد گيرنده‌هاي GPS

قرار مي‌گيرند بسيار مهم مي‌باشد.

 

بخش كنترل Control Segment

 

بخش كنترل شامل پنج ايستگاه مونيتور در اقصا نقاط جهان شامل هاوايي، كواجالين،‌ جزيره اسنشن،

ديوگوگارسيا و كلورادو مي‌باشد. ايستگاه (MCS) يا مركز كنترل در كلورادو قرار دارد.

ايستگاه‌هاي مونيتور، ماهوار‌هاي در معرض ديد را رديابي مي‌نمايد و اطلاعات فاصله را جمع‌آوري و

اين اطلاعات را در ايستگاه MCS تجزيه و تحليل و سپس مدارات ماهواره‌ها را مشخص مي‌نمايد و

پيام‌هاي هر ماهواره مكان‌ياب را به روز مي‌نمايد. اطلاعات به روز شده از طريق آنتن‌هاي زميني به

ماهواره‌ها ارسال مي‌گردد. ماهواره‌هاي GPS 1- پيام‌هاي اطلاعاتي ماهواره (موقعيت و

زمان) 2- تقويم نجومي 3- اصلاح مداري را كه از ايستگاه MCS دريافت مي‌نمايند، ارسال

مي‌كنند و گيرنده‌هاي GPS از تمامي اين اطلاعات جهت محاسبه موقعيت استفاده مي‌نماييد.

 

سامانه های GPS

Global Positioning Sysyem‌ يا سيستم موقعيت ياب جهاني به سامانه اي متشكل از 28 ماهواره اطلاق مي شود كه هر يك از آنها با قرار گيري در يك آرايش مثلثي ( 3 تايي ) مي توانند قسمتي از كره زمين را تحت پوشش قرار داده و ناوبري نمايند.

در اين حال علاوه بر نمايش موقعيت مكاني كاربر بروي نقشه منطقه اي يا جهاني پارامترهاي ديگري نظير سمت و ارتفاع را بصورت بارومتريك از سطح دريا و وضعيت افق را بصورت ديداري گزارش مي دهد.

گيرنده هاي ماهواره اي GPS در انواع گوناگون ساخته شده و در مصارف عمومي نظير سفر و گردشگري ، كوهنوردي و ورزش كاربرد دارد. نوع ديگري از اين سامانه در هدايت و ناوبري خودروها ، هواپيماها ، بالگرد ها و نيز شناورهاي كوچك و بزرگ بكار گرفته مي شود.

در اينجا به معرفي مدلهاي مطرح از سري گيرنده هاي عمومي ساخت گارمين و ماژلان مي پردازيم.

1- سري Geko - در مدلهاي 101-201-301 – اين گيرنده كوچكترين و سبكترين GPS دنيا بشمار مي رود. از قابليت هاي آن مي توان به مقاومت در برابر نفوذ آب ، ثبت 500 نقطه ، كمپاس الكترونيكي ، ارتفاع سنج بارومتريك و بازي اشاره كرد. اين مدل از 2 عدد باطري ساير AAA نيرو گرفته و به همراه نرم افزار و كيف حمل عرضه مي شود. اين قابليت ها با توجه به مدل دستگاه متغيير مي باشد.

2- سري Etrex – اين گيرنده در مدلهاي ايتريكس ، ساميت و ويستا عرضه مي شود. از طراحي موزون و ارگونوميك برخوردار است. قابليت هاي آن شامل : 12 كانال دريافت و قابليت DGPS  با فرمت RTCM ، 5 صفحه ناوبري و قابليت ثبت 500 نقطه ، سيستم نمايش افق محلي ( خورشيد و ماه ) ، قابليت رسم پروفيل تغييرات ارتفاع و فشار بر مبناي زمان و با فاصله روي نقشه ، حافظه 24 مگابايتي جهت انتقال نقشه ، نشاندهنده پارامترهاي Jumpmaster ، قابليت برنامه ريزي به همراه نرم افزار ، كيف حمل و كابل اتصال به رايانه . سري ايتريكس اين امكان را دارد تا بصورت آپشن شارژر فندكي خودرو ، كابل ارتباط به رايانه ، نگهدارنده خودرويي و آنتن خارجي را انتخاب نمايد.

3- سري Meridian و Sportrak ساخت ماژلان – اين مدلها را مي توان در كلاس ورزشي قرار داد . از طراحي مناسبي برخوردار بوده و آنتن داخلي آن حساسيت بالايي در گيرندگي امواج دارد. قابليت هاي آن شامل : 12 كانال دريافت امواج ، داراي قطب نماي كاملاً ديجيتالي ، ارتفاع سنج ، فشارسنج بصورت مجزا ، مقاومت در برابر نفوذ آب و داراي نقشه جهاني . اين گيرنده ها با 2 عدد باطري سايز AAA‌ تغذيه مي شوند.

مدلهاي ديگري از اين گيرنده ها علاوه بر قابليت هاي ذكر شده يك فرستنده و گيرنده برد كوتاه LPD در محدوده فركانسي UHF-ISM را دارا هستند كه اين امكان را به كاربر مي دهد در صورت نياز بتواند ارتباط راديويي بي سيم را با كاربري ديگر تا شعاع 2 كيلومتري برقرار نمايد. (  مدل Rino110-120 ) . در برخي مدلها علاوه بر موقعيت يابي دستگاه اين امكان را دارد تا با خطوط تلفني موبايل بروش GSM-GPS هماننده يك تلفن همراه معمولي ارتباط داشته و از امكانات موجود در شبكه استفاده نمايد. ( مدل NavTalk‌) .