جی پی اس GPS چیست؟ معنی و تحقیق GPS

1399/11/17

زمان تقریبی مطالعه 6 دقیقه

GPS مخفف Global positioning System یک فناوری مسیریابی است که با استفاده از ماهواره، اطلاعات دقیق مربوط به یک مکان را نشان می دهد. اساساً یک سیستم GPS متشکل از گروهی از ماهواره ها و ابزار های کاملاً پیشرفته ای مانند رسیور است. با این حال، این سیستم باید حداقل از چهار ماهواره تشکیل شود. هر ماهواره و گیرنده مجهز به ساعت اتمی پایدار است. ساعت های ماهواره ای با یکدیگر و ساعت های زمینی هماهنگ می شوند. گیرنده GPS ساعت دارد اما همگام سازی نشده است و پایدار نیست (ثبات کمتری دارد). هرگونه انحراف از زمان واقعی ماهواره ها از ساعت زمینی باید روزانه اصلاح شود. چهار کمیت ناشناخته (سه مختصات و انحراف ساعت از زمان ماهواره) لازم از شبکه همگام سازی شده ماهواره ها و گیرنده محاسبه شود. کار گیرنده GPS دریافت سیگنال از شبکه ماهواره ها برای محاسبه سه معادله ناشناخته اساسی زمان و موقعیت است.

یک سیگنال GPS شامل کدهای شبه تصادفی و زمان انتقال و موقعیت ماهواره در آن زمان است. همچنین به سیگنال پخش شده توسط GPS ، فرکانس حامل با مدولاسیون نیز گفته می شود. علاوه بر آن، یک کد شبه تصادفی، توالی ای از صفر و یک است.

در واقع، موقعیت گیرنده و انحراف ساعت گیرنده نسبت به زمان سیستم گیرنده، با استفاده از معادلات مسیریابی برای پردازش زمان پرواز (TOF) به طور همزمان محاسبه می شود. TOF چهار مقداری است که گیرنده با استفاده از زمان ورود و زمان انتقال سیگنال تشکیل می دهد. موقعیت معمولاً نسبت به ژئوئید ها به عرض جغرافیایی، طول و ارتفاع تبدیل می شود (الزاماً، سطح متوسط دریا). سپس مختصات بر روی صفحه نشان داده می شود.

پیشنهاد میکنم آموزش های مربوط با GPS را مشاهده کنید:

عناصر GPS

ساختار GPS پیچیده است. این ساختار شامل سه بخش اصلی از جمله یک بخش فضایی، یک بخش کنترل و یک بخش کاربر است. پرتاب ماهواره در مدار زمین متوسط کار طاقت فرسایی است. بخش فضایی شامل 24 تا 32 ماهواره یا فضاپیما در همان مدار است، 8 تا هر کدام در سه مدار دایره ای. همیشه حداقل شش ماهواره تقریباً از هرکجای سطح زمین در معرض دید هستند.

بعد از بخش فضایی، بخش کنترل قرار دارد. در بخش کنترل یک ایستگاه کنترل اصلی، یک ایستگاه کنترل اصلی جایگزین، آنتن های زمینی و ایستگاه نمایشگر وجود دارد. بخش کاربر از هزاران خدمات موقعیت یابی غیرنظامی، تجاری و نظامی تشکیل شده است. گیرنده یا دستگاه GPS از یک آنتن تشکیل شده است که با فرکانس منتقل شده توسط ماهواره ها تنظیم می شود. همچنین شامل صفحه نمایش برای نشان دادن مکان و زمان است.

یک گیرنده GPS بر اساس تعداد ماهواره هایی که می تواند به طور همزمان بر آن ها نظارت کند، یعنی تعداد کانال ها، طبقه بندی می شود. گیرنده ها به طور کلی چهار تا پنج کانال دارند اما پیشرفت های اخیر نشان داده است که تا 20 کانال نیز ساخته شده است.

فرکانس ماهواره : تمام ماهواره ها فرکانس هایی را منتشر می کنند. باند فرکانس شامل پنج نوع از جمله L1، L2، L3، L4 و L5 است. این باند ها محدوده فرکانسی بین 1176 مگاهرتز تا 1600 مگاهرتز دارند.

نحوه کار GPS

ماهواره های GPS در طول روز دو بار به دور زمین می چرخند. کاملاً دقیق به دور آن می چرخد و نشانه ها و اطلاعات را به زمین می فرستد. گیرنده های GPS تمام اطلاعات را بدست می آورند و برای کشف موقعیت دقیق کاربر آن ها را مثلث بندی می کنند. اساساً، گیرنده GPS مدت زمانی که در آن سیگنال توسط ماهواره منتشر می شود را هم سنجی و زمان دریافت آن را معین می کند. اختلاف زمان، فاصله گیرنده از ماهواره های GPS را فرمول بندی می کند. فاصله دقیق را با چند ماهواره دیگر را اندازه گیری می کند و گیرنده موقعیت کاربر را تعیین و آن را بر روی نقشه دستگاه الکترونیکی نشان می دهد.

گیرنده باید حداقل با سه ماهواره بر روی سیگنال قفل شود تا یک موقعیت دو بعدی ایجاد و همچنین حرکات کاربر را ردیابی کند. با استفاده از چهار ماهواره یا بیشتر، گیرنده می تواند موقعیت سه بعدی کاربر که از ارتفاع، عرض و طول جغرافیایی تشکیل شده است را تعیین کند. دستگاه GPS پس از تعیین موقعیت کاربر، اطلاعات دیگری مثل سرعت، وضع، مسیر، مسافت، مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید را محاسبه می کند.

GPS تا چه حد دقیق است؟

گیرنده های GPS به دلیل طراحی چند کاناله موازی بسیار دقیق هستند. کانال های موازی بسیار سریع و صریح هستند، اگرچه برخی از عوامل مانند سر و صدای جوی و آشفتگی ها گاهی اوقات می توانند بر روی دقت گیرنده های GPS اختلال ایجاد کنند و بر آن ها تأثیر بگذارند.

کاربران همچنین می توانند با GPS دیفرانسیل (DGPS)، که سیگنال های GPS را به طور منظم از سه تا پنج متر احاطه شده اصلاح می کند، دقت بهتری را تجربه کنند. گارد ساحلی ایالات متحده رایج ترین سرویس اصلاح DGPS را اجرا می کند. این سیستم شامل چینشی از برج ها است که سیگنال های GPS را می گیرند و توسط فرستنده های سیگنال راهنما، سیگنال تحریک شده را منتشر می کنند. به منظور دریافت سیگنال دقیق، کاربران جدا از داشتن GPS ، باید یک گیرنده سیگنال راهنما دیفرانسیل و آنتن دیفرانسیل داشته باشند.

منابع خطا های سیگنال GPS

عواملی که می توانند دقت سیگنال های GPS را مخدوش کنند و در نتیجه در دقت آن تأثیر بگذارند، شامل موارد زیر هستند :

تاخیرهای یونسفر و تروپسفر – سرعت سیگنال ماهواره ای هنگام عبور از لایه های جوی کم می شود. سیستم GPS از یک مدل داخلی ای استفاده می کند که برای محاسبه مدت زمان منظم تاخیر مورد نیاز برای اصلاح این نوع بی دقتی استفاده می شود.
سیگنال چند مسیره – این خطا زمانی اتفاق می افتد که سیگنال قبل از رسیدن به گیرنده از اجسامی مانند ساختمان های بلندتر و صخره های بزرگتر بازتاب شود. این امر باعث افزایش مدت زمان کلی سیگنال، ایجاد خطا و عدم دقت می شود.
خطا های اوربیتال – این خطا ها همچنین به عنوان خطا های جدول نجومی نیز شناخته می شوند که برای محاسبه بی دقتی های موقعیت ماهواره استفاده می شوند.
تعداد ماهواره های مرئی – “دقت” به تعداد دقیق ماهواره هایی بستگی دارد که گیرنده GPS می تواند مشاهده کند. عواملی مانند ساختمان ها، ناهمواری و تداخل الکترونیکی مانع از دقت و دریافت سیگنال می شود که این امر موجب خطا در موقعیت و گاهی اوقات ناخواندنی سیگنال ها می شود. معمولا در مناطق سرپوشیده، زیر آب و زیر زمین کار نمی کند.

کاربرد GPS

دستگاه GPS نه تنها برای استفاده نظامی بلکه به دلیل استفاده در خدمات غیرنظامی و تجاری نیز بسیار شناخته شده است. برخی از برنامه های غیرنظامی عبارتند از :

نجوم – استفاده در محاسبات ستاره سنجی و اصول آسمانی.
وسایل نقلیه اتوماتیک – این همچنین در وسایل نقلیه اتوماتیک (وسایل نقلیه بدون راننده) برای بکار بردن موقعیت برای ماشین و کامیون استفاده می شود.
تلفن همراه – تلفن های همراه مدرن مجهز به نرم افزار ردیابی GPS هستند. این موضوع ارزشمند است چرا که شخص می تواند موقعیتش را بداند و همچنین می تواند خدمات موجود در اطرافش مثل خودپرداز، کافی شاپ، محدودیت ها و غیره را پیدا کند. اولین تلفن همراه GPS دار در دهه 1990 راه اندازی شد. از آن در تلفن همراه برای تشخیص تماس های اضطراری و بسیاری از برنامه های دیگر نیز استفاده می شود.
کمک رسانی در حوادث و سایر خدمات اضطراری – در صورت بروز هرگونه بلایای طبیعی، GPS بهترین وسیله برای شناسایی موقعیت مکانی است. حتی قبل از بلایایی مانند گردباد ها، GPS به محاسبه زمان تخمینی آن رخداد کمک می کند.
پیگیری ناوگان – GPS یک ابزار توسعه دهنده است که به دلیل پتانسیلش برای ردیابی کشتی های نظامی در زمان جنگ، شناخته می شود.
موقعیت مکانی ماشین – یک ماشین دارای GPS، پیدا کردن موقعیت مکانی را آسان تر می کند.
حصارکشی زمینی – در حصارکشی زمینی ما از GPS برای ردیابی یک انسان، حیوان و یا یک ماشین استفاده می کنیم. این وسیله به وسایل نقلیه، شخص، یا بر روی قلاده حیوانات بسته می شود. این امر ردیابی و به روز رسانی مداومی را ایجاد می کند.
نشانه گذاری زمینی – یکی از اصلی ترین کاربرد ها “نشانه گذاری زمینی” به معنی اعمال مختصات محلی به اشیاء دیجیتالی است.
GPS برای استخراج معدن – استفاده از دقت موقعیت یابی در سطح سانتی متری.
GPS در تور ها – کمک به تشخیص موقعیت مکانی نقاط نزدیک موردعلاقه.
نقشه برداری – نقشه بردار ها برای طرح ریزی نقشه ها از سیستم موقعیت یابی جهانی استفاده می کنند.