امروز احتمالاً کسی نیست که در مورد GPS چیزی نشنیده باشد. با این حال، همه درک کاملی از چیستی آن ندارند. در این مقاله سعی خواهیم کرد بفهمیم که سیستم موقعیت یابی جهانی چیست، از چه چیزی تشکیل شده و چگونه کار می کند.
تاریخ
سیستم ناوبری GPS بخشی از مجموعه Navstar است که توسط وزارت دفاع ایالات متحده توسعه یافته و اداره می شود. اجرای پروژه مجتمع در سال 1352 آغاز شد. و قبلاً در ابتدای سال 1978 ، پس از آزمایش موفقیت آمیز ، آن را به بهره برداری رساندند. تا سال 1993، 24 ماهواره به دور زمین پرتاب شدند که سطح سیاره ما را به طور کامل پوشش می دادند. بخش غیرنظامی شبکه نظامی Navstar به عنوان GPS شناخته شد که مخفف سیستم موقعیت یابی جهانی ("سیستم موقعیت یابی جهانی") است.
پایه آن متشکل از ماهواره هایی است که در شش مدار دایره ای حرکت می کنند. عرض آنها فقط یک و نیم متر و طول آن کمی بیشتر از پنج متر است. وزن در این مورد حدود هشتصد و چهل کیلوگرم است. همه آنها عملکرد کامل را در هر نقطه از سیاره ما ارائه می دهند.
ردیابی از ایستگاه کنترل اصلی واقع در ایالت کلرادو انجام می شود. پایگاه نیروی هوایی شرایور وجود دارد - پنجاهمین نیروی فضایی.
بیش از ده ایستگاه ردیابی روی زمین وجود دارد. آنها در جزیره Ascension، هاوایی، Kwajalein، Diego Garcia، Colorado Springs، Cape Canaveral و جاهای دیگر یافت می شوند که هر سال بر تعداد آنها افزوده می شود. تمام اطلاعات دریافتی از آنها در ایستگاه اصلی پردازش می شود. داده های به روز شده هر بیست و چهار ساعت بارگذاری می شود.
این موقعیت یابی جهانی یک سیستم ماهواره ای است که توسط وزارت دفاع ایالات متحده اداره می شود. در هر آب و هوایی کار می کند و دائما اطلاعات را منتقل می کند.
اصل عملیات
سیستم های موقعیت یابی جهانی GPS بر اساس اجزای زیر کار می کنند:
- سه لایه بندی ماهواره ای;
- برد ماهواره؛
- مرجع زمان دقیق؛
- موقعیت;
- اصلاح.
بیایید نگاهی دقیق تر به آنها بیندازیم.
Trilateration محاسبه فاصله داده های سه ماهواره است که به لطف آن می توان مکان یک نقطه خاص را محاسبه کرد.
Ranging به معنای فاصله تا ماهواره است که با در نظر گرفتن سرعت نور، با مدت زمانی که طول می کشد تا سیگنال رادیویی از آنها به گیرنده برسد، محاسبه می شود. برای تعیین زمان، یک کد شبه تصادفی تولید می شود که به لطف آن گیرنده می تواند در هر زمان تاخیر را برطرف کند.
شکل زیر یک مستقیم را نشان می دهدبسته به دقت ساعت این ماهواره ها دارای ساعت اتمی با دقت یک نانوثانیه هستند. با این حال، به دلیل هزینه بالای آنها، آنها در همه جا استفاده نمی شوند.
ماهواره ها در ارتفاع بیش از بیست هزار کیلومتری زمین قرار دارند، دقیقاً به اندازه ای که برای حرکت پایدار در مدار و باریک شدن مقاومت جوی لازم است.
در طول عملکرد سیستم موقعیت یابی جهانی در جهان، خطاهایی رخ می دهد که رفع آنها دشوار است. این به دلیل عبور سیگنال از تروپوسفر و یونوسفر است، جایی که سرعت کاهش می یابد، که منجر به شکست در اندازه گیری می شود.
اجزای یک سیستم نقشه برداری
محصولات سیستم موقعیت یاب جهانی و برنامه های نقشه برداری GIS بسیاری وجود دارد. به لطف آنها، داده های جغرافیایی به سرعت شکل می گیرند و به روز می شوند. اجزای این محصولات گیرنده های GPS، نرم افزار و دستگاه های ذخیره سازی اطلاعات هستند.
گیرنده ها قادر به انجام محاسبات با فرکانس کمتر از یک ثانیه و دقت ده ها سانتی متر تا پنج متر هستند که در حالت دیفرانسیل کار می کنند. آنها از نظر اندازه، ظرفیت حافظه و تعداد کانال های ردیابی با یکدیگر متفاوت هستند.
هنگامی که شخصی در یک مکان ایستاده یا در حال حرکت است، گیرنده سیگنال‌هایی را از ماهواره‌ها دریافت می‌کند و در مورد مکان آن محاسبه می‌کند. نتایج به صورت مختصات روی صفحه نمایش نشان داده می شود.
کنترل کننده ها رایانه های قابل حملی هستند که نرم افزار مورد نیاز برای جمع آوری داده ها را اجرا می کنند. نرم افزار تنظیمات گیرنده را کنترل می کند. درایوها دارندابعاد و انواع مختلف ضبط داده ها.
هر سیستم مجهز به نرم افزار است. پس از آپلود اطلاعات از درایو به رایانه، برنامه با استفاده از روش پردازش ویژه ای به نام "تصحیح دیفرانسیل" دقت داده ها را افزایش می دهد. نرم افزار داده ها را تجسم می کند. برخی از آنها را می توان به صورت دستی ویرایش کرد، برخی دیگر را می توان چاپ کرد، و غیره.
موقعیت یابی جهانی GPS - سیستم هایی که به جمع آوری اطلاعات برای ورود به پایگاه های داده کمک می کنند و نرم افزار آنها را به برنامه های GIS صادر می کند.
تصحیح دیفرانسیل
این روش به طور قابل توجهی دقت داده های جمع آوری شده را بهبود می بخشد. در این حالت، یکی از گیرنده‌ها در نقطه‌ای از مختصات خاص قرار دارد و دیگری اطلاعاتی را در جایی که ناشناخته هستند جمع‌آوری می‌کند.
اصلاح دیفرانسیل به دو روش اجرا می شود.
- اولین تصحیح دیفرانسیل بلادرنگ است که در آن خطاهای هر ماهواره توسط ایستگاه اصلی محاسبه و گزارش می شود. داده های به روز شده توسط مریخ نورد دریافت می شود که داده های تصحیح شده را نمایش می دهد.
- دومین - تصحیح دیفرانسیل در پس پردازش - زمانی اتفاق می افتد که ایستگاه اصلی اصلاحات را مستقیماً روی یک فایل در رایانه می نویسد. فایل اصلی همراه با فایل به روز شده پردازش می شود، سپس یک فایل اصلاح شده متفاوت بدست می آید.
سیستم های نقشه برداری Trimble قادر به استفاده از هر دو روش هستند. بنابراین، اگر حالت بلادرنگ قطع شود، امکان استفاده از آن در پس پردازش وجود دارد.
برنامه
GPSدر حوزه های مختلف اعمال می شود. به عنوان مثال، سیستم های موقعیت یابی جهانی به طور گسترده در صنعت منابع طبیعی مورد استفاده قرار می گیرند، جایی که زمین شناسان، زیست شناسان، جنگل بانان و جغرافیدانان از آنها برای ثبت موقعیت ها و اطلاعات اضافی استفاده می کنند. همچنین منطقه ای از زیرساخت ها و توسعه شهری است که در آن جریان های ترافیکی و سیستم تاسیسات کنترل می شود.
سیستم‌های GPS موقعیت‌یابی جهانی نیز به طور گسترده در کشاورزی استفاده می‌شوند و برای مثال ویژگی‌های مزارع را توصیف می‌کنند. در علوم اجتماعی، مورخان و باستان شناسان از آنها برای پیمایش و ثبت مکان های تاریخی استفاده می کنند.
دامنه سیستم های نقشه برداری GPS به این محدود نمی شود. آنها را می توان در هر برنامه دیگری که مختصات دقیق، زمان و سایر اطلاعات مورد نیاز است استفاده کرد.
گیرنده GPS
این یک گیرنده رادیویی است که موقعیت آنتن را بر اساس اطلاعات مربوط به تأخیرهای زمانی سیگنال‌های رادیویی از ماهواره‌های Navstar تعیین می‌کند.
اندازه گیری ها با دقت سه تا پنج متر و در صورت وجود سیگنال از ایستگاه زمینی - تا یک میلی متر تشکیل می شود. ناوبرهای تجاری جی پی اس در نمونه های قدیمی دقت صد و پنجاه متر و در نمونه های جدید تا سه متر دارند.
بر اساس گیرنده‌ها، ثبت‌کننده‌های GPS، ردیاب‌های GPS و ناوبرهای GPS ساخته شده‌اند.
تجهیزات می توانند سفارشی یا حرفه ای باشند. دومیندر کیفیت، حالت های عملیاتی، فرکانس، سیستم های ناوبری و قیمت متفاوت است.
گیرنده های سفارشی قادر به گزارش مختصات دقیق، زمان، ارتفاع، مسیر مشخص شده توسط کاربر، سرعت فعلی، اطلاعات جاده هستند. اطلاعات روی تلفن یا رایانه ای که دستگاه به آن متصل است نمایش داده می شود.
ناوبرهای GPS: نقشه ها
Maps کیفیت ناوبر را بهبود می بخشد. آنها در انواع بردار و شطرنجی هستند.
گونه های برداری داده های مربوط به اشیاء، مختصات و سایر اطلاعات را ذخیره می کنند. آنها می توانند دارای زمین طبیعی و بسیاری از اشیاء مانند هتل ها، پمپ بنزین ها، رستوران ها و غیره باشند، زیرا حاوی تصاویر نیستند، فضای کمتری را اشغال می کنند و سریعتر کار می کنند.
انواع Raster ساده ترین هستند. آنها تصویری از منطقه را در مختصات جغرافیایی نشان می دهند. می توان یک عکس ماهواره ای گرفت یا یک نقشه از نوع کاغذی - اسکن کرد.
در حال حاضر، سیستم های ناوبری وجود دارد که کاربر می تواند با اشیاء خود تکمیل شود.
ردیاب GPS
چنین گیرنده رادیویی برای کنترل و ردیابی حرکات اجسام مختلفی که به آنها متصل است، داده ها را دریافت و ارسال می کند. این شامل یک گیرنده است که مختصات را تعیین می کند، و یک فرستنده که آنها را برای کاربری که در فاصله دور قرار دارد می فرستد.
ردیاب‌های GPS وارد می‌شوند:
- شخصی، استفاده جداگانه؛
- خودرو، متصل به آنبردشبکه های خودکار.
برای تعیین محل اشیاء مختلف (افراد، وسایل نقلیه، حیوانات، کالاها و غیره) استفاده می شود.
این دستگاه‌ها را می‌توان برای سرکوب سیگنال‌هایی که در فرکانس‌هایی که ردیاب در آن کار می‌کند تداخل ایجاد می‌کنند استفاده کرد.
GPS-logger
این رادیوها می توانند در دو حالت کار کنند:
- گیرنده GPS معمولی؛
- لاگر، ثبت اطلاعات در مورد مسیری که طی شده است.
آنها می توانند باشند:
- قابل حمل، مجهز به باتری قابل شارژ با اندازه کوچک؛
- automobile، توسط شبکه داخلی.
در مدل های مدرن لاگر امکان ثبت تا دویست هزار امتیاز وجود دارد. همچنین پیشنهاد می‌شود هر نقطه‌ای را در مسیر خود علامت‌گذاری کنید.
دستگاه ها به طور فعال در گردشگری، ورزش، ردیابی، نقشه برداری، ژئودزی و غیره استفاده می شوند.
موقعیت جهانی امروز
بر اساس اطلاعات ارائه شده، می توان نتیجه گرفت که چنین سیستم هایی در حال حاضر در همه جا استفاده می شوند و دامنه آن حتی گسترده تر می شود.
موقعیت یابی جهانی بخش مصرف کننده را پوشش می دهد. استفاده از آخرین نوآوری های فنی، سیستم را به یکی از پرتقاضاترین سیستم ها در این بخش بازار تبدیل می کند.
همراه با GPS، GLONASS در روسیه و Galileo در اروپا در حال توسعه است.
در عین حال، موقعیت یابی جهانی بدون اشکال نیست. به عنوان مثال، در یک آپارتمان از یک ساختمان بتن آرمه، در یک تونل یا زیرزمین، مکان دقیق را تعیین کنید.غیر ممکن طوفان های مغناطیسی و منابع رادیویی روی زمین می توانند در دریافت عادی اختلال ایجاد کنند. نقشه های ناوبری به سرعت قدیمی می شوند.
بزرگترین ایراد این است که سیستم کاملاً به وزارت دفاع ایالات متحده وابسته است که در هر زمان می تواند مثلاً تداخل را روشن کند یا بخش غیرنظامی را به طور کلی خاموش کند. بنابراین، بسیار مهم است که علاوه بر سیستم موقعیت یاب جهانی GPS و GLONASS و Galileo نیز در حال توسعه هستند.
