سیستم موقعیت یابی جهانی ( GPS )

انتشار : 1 ماه پیش
آخرین بروزرسانی : 2 هفته پیش

GPS مخفف کلمه Global Positioning System است . که سالها پیش در سیستم های ناوبری (Navigation)کشتی ها، هواپیماها و سفینه های فضایی مورد استفاده قرار می گرفته است.اما با پیشرفت تکنولوژی امکان استفاده آن به عنوان یک محصول تجاری و در دسترس عموم فراهم شده است. شما به راحتی می توانید با  GPSبفهمید که دقیقاً در کجای کره زمین قرار دارید . در واقع اگر شما یک گیرنده GPS داشته باشید و آسمان نیز صاف باشد هیچگاه گم نخواهید شد. یکی از بیشترین کاربردهای  GPSدر خودروهای امروزی است که خودروسازان را راغب به افزودن این سیستم در محصولاتشان کرده است.

وقتی صحبت از  GPSمی شود، منظور گیرنده  GPSاست. در واقع GPS صورت فلکی  27 ماهواره چرخنده به دور زمین اسـت کـه بـر گرد سیاره زمین نصب شده است.( 24ماهواره در حالت فعال و سـه ماهواره اضافی در حالتی که یکی از ماهواره ها از کار بیفتد ، یکی از آنها وارد مدار می شود).

هر یک از این ماهواره ها با وزنی حدود  1,5 الی 2 تن که با انرژی خورشیدی کار می کنند در مداری به مسافت حدود 19300 کیلومتر دور زمین می چرخند. مدارها به گونه ای تنظیم شده اند که در هر زمان و هر نقطه از زمین حداقل چهار عدد از آنها قابل مشاهده در آسمان باشند.

وظیفه اصلی یک گیرنده  GPSاین است که موقعیت این چهار ماهواره و یا بیشتر را در آسمان بیابد و سپس فاصله خود را از هر کدام محاسبه کرده و نهایتاَ با استفاده از اطلاعات بدست آورده، موقعیت خویش را روی کره زمین بدست آورد. نحوه محاسبه بر اساس یک اصل ریاضی به نام   Trilateration  انجام می شود. البته این محاسبات همه در فضای سه بعدی صورت می گیرد اما برای فهم بهتر مطلب از فضای دو بعدی استفاده می کنیم .

تصور کنید که شما در جایی از کره زمین با نقشه قـرار داریـد و واقعـاَ گم شده اید و به هر دلیلی هیچ نشانه ای ندارید که در کجا قرار داریـد. بنابراین مجبورید کسی را پیدا کنید و از او بپرسید: »من کجا هـستم؟« او می گوید: »تو در  625کیلومتری از شـهر  Aقـرار داری« ایـن جملـه اطلاعات مفیدی به شما می دهد اما کافی نیست. با این جمله شما مـی فهمیـد کـه در نقطـه ای از دایـره ای قـرار داریـد کـه بـه شـعاع 625 کیلومتری از شهر  Aرسم شـده اسـت ( ماننـد شـکل روبـرو) .


 سـپس شخص دیگری به شما می گوید: »شما  690کیلومتری از شهر  Bفاصله دارید« حالا شما می توانید جمله جدید را با جمله قبلی ترکیب کـرده و اطلاعات جدیدی بدسـت آوریـد. بایـد دو دایـره بـه شـعاع  625و 690 کیلومتری طوری رسم کنید که همدیگر را در دو نقطه قطع کنند. شما روی یکی از این دو نقطه قرار دارید.حال اگر شخص سومی پیدا شـود و بگوید که شما در  615کیلومتری شهر  Cهستی، در اینصورت یکـی از دو نقطه تقاطع دو دایره  Aو  Bحذف خواهد شد و بنابراین محل دقیق شما بدست می آید.


از همین مفهوم ساده ریاضی می توان در فضای سه بعدی استفاده کرد اما در اینحالت به جای دایره با کره روبرو هستیم.از مطلب فوق می فهمیم که گیرنده های  GPSبرای بدست آوردن موقعیت دقیق شما فقط به اطلاعات سه ماهواره نیاز دارند اما در عمل به دو دلیل آنها از اطلاعات چهار و یا تعداد بیشتری ماهواره استفاده می کنند:

 (1دقیق نبودن زمان سنج یا  Clockگیرنده ها.

 (2بدست آوردن اطلاعات اضافی نظیر ارتفاع.

گیرنده  GPSفاصله بین شما و ماهواره ها را با تحلیل امـواج رادیـویی (دارای فرکانس بالا و توان کم) که از مـاهواره هـا فرسـتاده مـی شـوند، انجام می دهد. این امواج همان امواج الکترومغناطیـسی هـستند کـه بـا سرعت نور یعنی  300000 کیلومتر بر ثانیه در خلاء انتشار می یابند. با اندازه گیری زمان رسیدن امـواج از مـاهواره بـه گیرنـده و ضـرب آن در سرعت نور، فاصله گیرنده تا ماهواره بدست می آید .



کاربردهای : GPS

 GPSاطلاعات اضافی دیگری نیز نظیر عرض جغرافیایی (Latitude) طول جغرافیایی (Longitude)و ارتفاع ( Altitude) به شما می دهد. برای اینکه گیرنده ها جذابیت بیشتری داشته باشند و همچنین ناوبری را آسان نمایند، این اطلاعات خام به صورت یک نقشه دیجیتالی (Map)  در حافظه گیرنده ذخیره می شود. همچنین گیرنده این قابلیت را دارد که نقشه ناحیه زندگی استفاده کننده را در خود نصب نماید تا نقاط مشخص شده توسط  GPSقابل درک باشد . GPSنه تنها موقعیت شما را روی نقشه نشان می دهد بلکه مسیری را که رانندگی کرده اید را نیز بدقت دنبال می کند. اگر هنگام ترک مبداء، گیرنده  GPSرا روشن کنید، گیرنده از آن لحظه شروع به تبادل اطلاعات با ماهواره ها کرده و مسیر حرکت شما را ردیابی می کند و علاوه بر آن اطلاعات ارزشمند زیر را با کمک زمان سنج داخل آن برایتان محاسبه می نماید:

- چند کیلومتر از مبداء تاکنون حرکت کرده اید.

- چه مدت زمان در حال رانندگی هستید.

- سرعت حال حاضرتان چقدر است.

- سرعت متوسطه تان تا به اینجا چقدر بوده است.

- ترسیم یک دنباله روی نقشه که نشان می دهد دقیقاَ از کجا شروع به حرکت کرده اید.

- تخمینی از زمان رسیدن به مقصد در صورتی که سرعت حال حاضرتان را ثابت نگاه دارید. ( در صورتی که مختصات مقصد را داشته باشد)

اغلب گیرنده ها بخشی از فضای حافظه شان را به ذخیره کردن دیتاهای ناوبری که توسط کاربر وارد می شود اختصاص می دهند. این امر کارایی گیرنده ها را افزایش می دهد، زیرا به شما اجازه می دهد که اطلاعات نقاطی از زمین را در حافظه  GPSضبط کنید. درصورتی که از سیستم  GPSنصب شده در خودروی خود استفاده می کنید می توانید نقشه دیجیتالی هر شهر را بر روی  CDهای تهیه شده در هنگام ورود به آن شهر از فروشگاهای مطبوعاتی یا فروشگاههای  High Techتهیه نمایید .( این مطلب برای کسانی که در کشورهایی که  GPSفعال است مورد استفاده می باشد)