جی پی اس چیست و چگونه کار می‌کند؟

کلمه جی پی اس در میان عموم مردم به‌عنوان ردیاب برای پیداکردن موقعیت مکانی‌شان شناخته می‌شود. علت آن استفاده مستقیم این دستگاه‌ها از فناوری موقعیت‌یاب GPS است. بااین‌وجود، ردیاب‌ها تنها بخشی از دنیای پهناور سامانه موقعیت‌یابی جهانی هستند؛ فناوری پیشرفته‌ای که بخش اصلی ناوبری هوایی، دریانوردی، نقشه‌برداری، کشاورزی و امنیت خودروها را تشکیل می‌دهد.

چه به دنبال خرید ردیاب خودرو برای امنیت دارایی خود باشید و چه بخواهید با ابعاد تخصصی این فناوری آشنا شوید، درک نحوه عملکرد جی پی اس نقطه ابتدایی آن است. در این راهنما از اطلس با فانوسان، ابتدا به اینکه جی پی اس چیست می‌پردازیم و صفر تا صد سامانه موقعیت‌یاب جهانی، نحوه تبادل داده میان ماهواره‌ها و گیرنده‌ها، کاربردهای صنعتی و شخصی و بزرگ‌ترین تولیدکنندگان آن در ایران و جهان را بررسی خواهیم کرد.

جی پی اس چیست

شاید اولین سؤالی که برای شما پیش بیاید این است که جی پی اس چیست؟ جی پی اس یک سامانه ناوبری ماهواره‌ای و رادیویی پیشرفته است که امکان تعیین دقیق موقعیت جغرافیایی (طول، عرض و ارتفاع)، سرعت جابه‌جایی و زمان دقیق را در هر نقطه از کره زمین و در تمام ۲۴ ساعت شبانه‌روز فراهم می‌سازد. این سامانه تحت مالکیت دولت ایالات متحده و مدیریت نیروی فضایی این کشور قرار دارد و سیگنال‌های آن به‌صورت رایگان در اختیار تمام کاربران جهان قرار می‌گیرد.

پایه و اساس اولیه این فناوری با نام پروژه NAVSTAR در دهه ۱۹۷۰ میلادی توسط وزارت دفاع آمریکا و باهدف افزایش ناوبری نیروهای نظامی طراحی شد. پس از اثبات در تست‌های فضایی، در دهه ۱۹۸۰ استفاده غیرنظامی از آن آزاد گردید و در اواسط دهه ۱۹۹۰ به طور کامل به یک زیرساخت جهانی تبدیل شد.

پیکربندی پایه سامانه GPS شامل 24 جایگاه مداری در 6 صفحه مداری است؛ بااین‌حال، برای حفظ پایداری، به طور معمول تعداد ماهواره‌های فعال از این مقدار بیشتر است. چیدمان آن‌ها طوری حساب شده که در هر نقطه از زمین، هم‌زمان دست‌کم ۴ تا ۸ ستلایت در آسمان بالای سر شما حضور دارند. طرز کار این سیگنال‌ها کاملاً یک‌طرفه است؛ فرستنده‌های فضایی مداوم داده‌های مداری و زمانی را پخش می‌کنند و دستگاه‌های روی زمین بدون ارسال هیچ سیگنالی، فقط با دریافت امواج، موقعیت را محاسبه می‌کنند.

سامانه موقعیت‌یاب جهانی چیست؟

عبارت سامانه موقعیت‌یاب جهانی، همان ترجمه علمی کلمه GPS و مخفف Global positioning System است. در بازار، مردم به دستگاه‌های کوچک جی پی اس می‌گویند؛ اما این سامانه در واقع کل شبکه بزرگ ماهواره‌ای و سیستم محاسباتی پشت آن است که موقعیت سه‌بعدی شما را روی زمین مشخص می‌کند.

این سیستم برای تعیین موقعیت، از یک استاندارد جهانی به نام WGS 84 استفاده می‌کند. اطلاعاتی که ستلایت‌ها به زمین می‌فرستند شامل طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و ارتفاع است. این داده‌ها مبنای اصلی تمام نقشه‌های دیجیتال، مسیریاب‌ها و اپلیکیشن‌های تاکسی در سراسر جهان هستند.

سامانه موقعیت‌یابی جهانی از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

• بخش فضایی: ماهواره‌هایی که در ارتفاع مشخص دور مدارهای مشخص می‌چرخند و مدام امواج و سیگنال‌های رادیویی مثل فرکانس L1، L2 و L5 به سمت زمین ارسال می‌کنند.
• بخش کنترل: شبکه ایستگاه‌های زمینی که کار آن‌ها نظارت 24 ساعته بر حرکت ماهواره‌ها، تنظیم ساعت‌های اتمی و به‌روزرسانی اطلاعات مداری است.
• بخش کاربر: کلیه دستگاه‌های گیرنده مانند گوشی‌های همراه، ردیاب‌های خودرو و تجهیزات نقشه‌برداری که سیگنال‌ها را از فضا دریافت کرده و مختصات مکانی را محاسبه می‌کنند.

سامانه موقعیت‌یاب جهانی دو سطح از خدمات را ارائه می‌دهد: خدمات عمومی (SPS) که سیگنال رایگان روی تمام دستگاه‌های تجاری است، و خدمات دقیق و نظامی (PPS) که سیگنال رمزگذاری‌شدن و مقاوم در برابر اختلال برای نیروهای نظامی است. همچنین این شبکه علاوه بر مکان‌یابی، یکی از دقیق‌ترین ابزارها برای توزیع زمان دقیق جهانی و همگام‌سازی شبکه‌های مخابراتی 5G، شبکه‌های برق و بازارهای مالی محسوب می‌شود.

ساختار سامانه جی پی اس چگونه کار می‌کند؟

برای اینکه درک بهتری از اینکه کار چی‌پی‌اس چیست داشته باشیم، باید ببینیم سه بخش فضایی، کنترل و کاربر چگونه در یک پروسه مداوم و صدم ثانیه‌ای با یکدیگر همکاری می‌کنند تا موقعیت شما روی نقشه ثبت شود. نحوه کار این سامانه را می‌توان در 4 مرحله اصلی بررسی کرد:

1. ارسال پیام ناوبری از فضا: ماهواره‌ها فقط یک سیگنال ساده بوق مانند ارسال نمی‌کنند، بلکه به طور مداوم یک پیام ناوبری حاوی دو داده حیاتی را به سمت زمین پخش می‌نمایند:

• اطلاعات مداری (Ephemeris): مشخص می‌کند که خود ماهواره GPS در همان لحظه در چه موقعیتی از فضا قرار دارد.
• برچسب زمانی (Timestamp): زمان دقیق لحظه ارسال سیگنال که توسط ساعت اتمی ماهواره ثبت شده است.

2. محاسبه فاصله با استفاده از سرعت نور: دستگاه گیرنده سیگنال را می‌گیرد و زمان رسیدن امواج را با زمان ارسال آن مقایسه می‌کند. با محاسبه این اختلاف زمان و ضرب‌کردن آن در سرعت امواج رادیویی که برابر با سرعت نور یا 300.000 کیلومتر بر ثانیه است، فاصله گیرنده تا آن فرستنده فضایی مشخص می‌شود.
3. موقعیت‌یابی سه‌بعدی بر اساس فاصله (Trilateration): پس از اینکه فاصله تا ماهواره‌ها حساب شد، گیرنده از قوانین هندسه فضایی برای پیداکردن نقطه درست قرارگیری شما استفاده می‌کند:

• دریافت سیگنال از 1 ماهواره: نشان می‌دهد شما روی سطح یک کره فرضی به مرکزیت آن ستلایت قرار دارید.
• دریافت سیگنال از 2 ماهواره: برخورد این دو کره فرضی، محدوده حضور شما را به یک دایره باریک کاهش می‌دهد.
• دریافت سیگنال از 3 ماهواره: برخورد سه کره، موقعیت شما را تنها به دونقطه محدود می‌کند که یکی از آن‌ها روی سطح زمین قرار دارد و طول و عرض جغرافیایی شما را مشخص می‌سازد.
• دریافت سیگنال از 4 ماهواره: ماهواره چهارم علاوه بر تعیین ارتفاع شما از سطح دریا، خطای ساعت داخلی دستگاه گیرنده را برطرف می‌کند. از آن جا که ساعت گوشی‌ها اتمی نیست و کمی خطا دارد، سیگنال ماهواره چهارم این تفاوت زمانی را همگام می‌سازد تا موقعیت واقعی استخراج شود.

4. به‌روزرسانی و تصحیح مداوم توسط ایستگاه‌های زمینی: در تمام طول شبانه‌روز، بخش کنترل زمینی به‌صورت مداوم مدار حرکت فضاپیماها را زیر نظر دارد. اگر ماهواره‌ای به دلیل جاذبه خورشید یا ماه از مسیر خود منحرف شود یا ساعت اتمی آن در کسری از ثانیه خطا داشته باشد، بخش کنترل بلافاصله اطلاعات اصلاحی جدید را به ماهواره ارسال می‌کند تا پیام‌های ناوبری خروجی همواره دقیق باقی بمانند.

بخش فضایی و ماهواره‌های سامانه موقعیت‌یاب جهانی

بخش فضایی در واقع همان مجموعه ماهواره‌هایی است که در فضا دور کره زمین می‌چرخند و سیگنال‌های جی پی اس را به زمین می‌فرستند. هر کدام از این ستلایت‌ها به پنل‌های خورشیدی (برای تأمین برق) و ساعت‌های اتمی (برای ثبت زمان دقیق) مجهز هستند و هماهنگ با همکار می‌کنند. برای اینکه بدانیم جی پی اس چیست و چگونه کار می‌کند، ویژگی‌ها و اجزای اصلی آن را بررسی می‌کنیم:

1. مشخصات مدار و سرعت چرخش ماهواره‌ها: ماهواره‌های GPS در مدار میانی زمین (MEO) فعالیت می‌کنند. حرکت آن‌ها به صورتی است که هر ماهواره 11 ساعت و 58 دقیقه یک‌بار کره زمین را دور می‌زند. این یعنی هر فرستنده فضایی در طول 24 ساعت، دوبار به‌دور زمین می‌چرخد.

همین‌طور ستلایت‌ها به‌جای یک مسیر، روی 6 حلقه مجزا دور زمین تقسیم شده‌اند. این مسیرها نسبت به خط استوا به‌صورت کج و با زاویه 55 درجه قرار گرفته‌اند تا امواج ماهواره‌ها علاوه بر مناطق مرکزی، به تمام بخش‌های شمالی و جنوبی کره زمین برسد.

2. ساعت‌های اتمی: در دل هر ماهواره GPS، 3 تا 4 ساعت اتمی از جنس سزیوم یا روبیدیوم قرار داده شده است. درآن‌واحد فقط یکی از این ساعت‌ها کار سیگنال‌دهی را انجام می‌دهد و مابقی به‌عنوان پشتیبان فعال هستند تا در صورت کوچک‌ترین افت عملکرد، بلافاصله مدار را تحویل بگیرند. این ساعت‌ها زمان را تا کسری از ثانیه محاسبه می‌کنند تا خطای محاسباتی فاصله روی زمین به صفر نزدیک شود.
3. فرکانس‌ها و باندهای رادیویی (باند L): اطلاعات ناوبری ماهواره‌ها روی امواج رادیویی مشخصی به نام باند L به سمت زمین فرستاده می‌شود. این امواج به 3 فرکانس اصلی تقسیم می‌شوند:

• فرکانس L1 (1557.42 مگاهرتز): فرکانس اصلی و عمومی سامانه است که تمام گوشی‌ها و دستگاه‌های مسیریاب و ردیاب‌های تجاری سیگنال آن را دریافت می‌کنند.
• فرکانس L2 (1227.60 مگاهرتز): فرکانس دوم که در کنار L1 برای محاسبات بهتر در تجهیزات نقشه‌برداری و کارهای نظامی استفاده می‌شود.
• فرکانس L5 (1176.45 مگاهرتز): فرکانس جدید و بسیار پرقدرتی که در ماهواره‌های نسل جدید اضافه شده و هدف اصلی آن ناوبری ایمن هواپیماهای مسافربری و افزایش سرعت قفل‌شدن سیگنال است.

4. نسل جدید ماهواره‌ها (GPS III): ماهواره‌های جی پی اس هم‌زمان با پیشرفت دانش فضایی ارتقا پیدا می‌کنند. جدیدترین مدل که با نام GPS III شناخته می‌شوند، قابلیت‌های جدیدی دارند؛ عمر مفید کارکرد آن‌ها در فضا به 15 سال افزایش‌یافته است، سیگنال‌ها تا 8 برابر بیشتر در برابر پارازیت و اختلالات رادیویی مقاومت می‌کنند و دقت موقعیت‌یابی را برای گیرنده‌های عمومی، تا 3 برابر بهبود می‌دهند.
5. تأمین انرژی و حفظ پایداری در فضا: هر ماهواره برای ادامه کار در شرایط سخت فضا از دو منبع انرژی استفاده می‌کند؛ دو بال خورشیدی در اطراف آن قرار دارد که نور خورشید را به برق تبدیل می‌کند و باتری‌های داخلی را شارژ نگه می‌دارند. همین‌طور هر ستلایت مقدار مشخصی سوخت مایع به همراه دارد که ایستگاه کنترل زمینی با روشن‌کردن لحظه‌ای موتورهای کوچک آن، انحرافات مداری ناشی از جاذبه ماه و خورشید را اصلاح می‌کند.

ایستگاه‌های کنترل زمینی جی پی اس

ماهواره‌های GPS باوجود فناوری پیشرفته خود، بدون پشتیبانی زمینی به‌مرورزمان دچار خطا می‌شوند. جاذبه خورشید و ماه، نوسانات جزئی ساعت‌های اتمی و اثرات جو زمین می‌تواند ماهواره‌ها را از مسیر خود منحرف کند. بخش کنترل زمینی در واقع اتاق فکر سامانه جی پی اس است که پایداری، امنیت و دقت سیستم را در 24 ساعت شبانه‌روز بررسی می‌کند.

اجزای اصلی و نحوه کار این بخش را می‌توان در 4 دسته زیر بررسی کرد:

1. ایستگاه‌های پایش (Monitor Stations): شبکه‌ای از ایستگاه‌های گیرنده در نقاط مختلف کره زمین مثل هاوایی، دیه‌گو گارسیا و… مستقر شده‌اند. کار اصلی این ایستگاه‌ها بررسی مداوم ماهواره‌ها، رصد سیگنال‌های خروجی و اندازه‌گیری خطاهای احتمالی است. داده‌های خام جمع‌آوری شده از آسمان به‌صورت لحظه‌ای به مرکز اصلی هدایت می‌شوند.
2. ایستگاه کنترل اصلی (Master Control Station): مرکز اصلی هدایت جی پی اس در پایگاه فضایی شریور در ایالت کلرادوی آمریکا قرار دارد. این مرکز اطلاعات دریافتی از تمام ایستگاه‌های پایش را تحلیل می‌کند. اگر ماهواره‌ای از مدار اصلی خود منحرف شده باشد یا ساعت اتمی آن تغییر کرده باشد، دانشمندان و سامانه‌های این مرکز داده‌های اصلاحی جدید را محاسبه می‌کنند و هم‌زمان یک مرکز کنترل پشتیبان نیز فعال است تا در شرایط بحرانی جایگزین مرکز اصلی شود.
3. آنتن‌های زمینی ارسال داده (Ground Antennas): اطلاعات اصلاحی محاسبه‌شده در مرکز اصلی باید به دست ماهواره‌های در حال حرکت در فضا برسند. آنتن‌های بشقابی بزرگ که در نقاط مختلف جهان قرار دارند، این داده‌های جدید مداری، تنظیمات زمان‌بندی و به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری را به ستلایت‌ها می‌فرستند.
4. نوسازی سامانه کنترل زمینی (سیستم OCX): با ورود ماهواره‌های جدید، بخش کنترل زمینی هم در حال ارتقا به سامانه‌های مدرن‌تر به نام OCX است. این زیرساخت جدید قابلیت‌های مهمی دارد؛ به طور مثال سیستم را در برابر حملات سایبری ایمن می‌سازد، مدیریت فرکانس‌های جدیدتر را سریع‌تر انجام می‌دهد و بررسی ردیابی ماهواره‌ها را با سرعت بیشتر و خطای انسانی کمتری پیش می‌برد.

کاربران جی پی اس

بخش کاربر آخرین ضلع از سامان موقعیت‌یاب جهانی است و تمامی تجهیزات و دستگاه‌هایی را شامل می‌شود که سیگنال‌های ارسالی از فضا را در زمین، دریا یا هوا دریافت می‌کنند. کار تمامی گیرنده‌ها در این بخش به طور کامل یک‌طرفه و غیرفعال است؛ به این معنی که هیچ سیگنالی از سمت کاربر به فضا ارسال نمی‌شود و دستگاه‌ها تنها با تحلیل امواج دریافتی، موقعیت را محاسبه می‌کنند. اجزا این بخش عبارت‌اند از:

اولین بخش مهم در سخت‌افزار هر گیرنده جی پی اس، از کوچک‌ترین تراشه درگوشی‌های هوشمند گرفته تا تجهیزات پیشرفته چند ده‌میلیونی نقشه‌برداری، آنتن گیرنده است. این قطعه وظیفه دارد امواج رادیویی بسیار ضعیفی را که از فضا و در باند L فرستاده می‌شوند، به بهترین شکل جذب کند.

کیفیت ساخت و طراحی مهندسی آنتن نقش مستقیمی در پایداری ارتباط دارد؛ زیرا در محیط‌های شهری مانند خیابان‌های دارای برج‌های بلند یا منطقه‌های کوهستانی، یک آنتن مناسب می‌تواند امواج تضعیف شده را با کمترین افت کیفیت دریافت کند.

دومین بخش اصلی در این ساختار، تراشه پردازشگر با همان چیپست جهت‌یابی است که به‌عنوان مرکز اصلی پردازش اطلاعات عمل می‌کند. این تراشه سیگنال‌های رادیویی دریافتی از آنتن را به داده‌های دیجیتال قابل‌تحلیل تبدیل می‌نماید. در ادامه چیپست با رمزگشایی اطلاعات مداری و برچسب زمانی ثبت شده روی سیگنال ماهواره‌ها، محاسبات هندسی را انجام داد و در نهایت طول، عرض، ارتفاع جغرافیایی و زمان را استخراج می‌کند.

گیرنده‌های GPS بر اساس تعداد فرکانس‌های قابل‌دریافت، قدرت پردازش و سطح دقت به گروه‌های متفاوتی تقسیم می‌شوند. ساده‌ترین و پرکاربردترین نوع آن‌ها، گیرنده‌های عمومی یا تک فرکانسه هستند که در ساختار گوشی‌های هوشمند، ساعت‌های ورزشی، مسیریاب‌های خودرو و ردیاب‌های معمولی به کار می‌روند؛ این تجهیزات تنها سیگنال عمومی یا همان فرکانس L1 را دریافت می‌کنند و دقتی بین 3 تا 10 متر ارائه می‌دهند که برای ناوبری شهری و استفاده روزمره پاسخگو است.

در مقابل، گیرنده‌های تخصصی و چندفرکانسه قرار دارند که در پروژه‌های عمرانی، نقشه‌برداری کشوری و کشاورزی استفاده می‌شوند؛ این دستگاه‌ها یا دریافت فرکانس‌های L1، L2 و L5 و بهره‌گیری از روش‌های تصحیح داده، خطاهای جوی را خنثی کرده و مکان‌یابی را تا سطح چند میلی‌متر می‌رسانند.

دسته سوم به گیرنده‌های هوانوردی و نظامی اختصاص دارد که روی سامانه‌های دفاعی، هواپیماهای مسافربری و جنگی و ناوهای دریایی نصب می‌شوند. این تجهیزات ویژه به آنتن‌های پیشرفته ضد پارازیت مجهز هستند و توانایی رمزگشایی و دریافت سیگنال‌های اختصاصی و امنیتی بخش نظامی را دارند. طراحی این سیستم‌های به‌گونه‌ای انجام شده است که در شرایط جنگ الکترونیک و ارسال نویزهای عمدی، عملکرد دستگاه مختل نشود و مکان‌یابی ادامه پیدا کند.

جی پی اس چگونه کار می‌کند؟

در بخش قبل، متوجه شدیم GPS چیست و نقش ماهواره‌ها، ایستگاه‌های زمینی و گیرنده‌ها را بررسی کردیم. اما اگر بخواهیم بدانیم یک گوشی یا ردیاب چگونه از این سیگنال‌ها برای نمایش موقعیت استفاده می‌کند، باید بدانیم کار چی‌پی‌اس چیست و مسیر پردازش سیگنال را از لحظه دریافت تا نمایش روی نقشه دنبال کنیم.

برای درک نحوه عملکرد جی پی اس در سطح دستگاه، کافی است مسیر تبدیل امواج رادیویی به تصویر روی صفحه گوشی را دنبال کنید. این فرایند از فضا آغاز می‌شود؛ جایی که ماهواره‌ها به طور پیوسته سیگنال‌های رادیویی حاوی اطلاعات زمان و موقعیت خود را در محیط پخش می‌کنند. زمانی که شما یک برنامه مسیریاب را باز می‌کنید یا ردیاب خودرو روشن می‌شود، آنتن بسیار کوچکی که درون دستگاه تعبیه شده، این امواج رادیویی را از آسمان دریافت و جذب می‌کند.

در گام بعدی، امواج دریافتی وارد قطعه الکترونیکی کوچکی به نام چیپست یا تراشه مکان‌یابی می‌شوند. این تراشه مانند یک مترجم هوشمند عمل می‌کند؛ نویزها و اختلالات محیطی را حذف کرده، کدهای رادیویی دریافتی را رمزگشایی می‌سازد و آن‌ها را به داده‌های عددی خام تبدیل می‌نماید. پردازنده دستگاه با تحلیل این داده‌ها، مختصات دقیق جغرافیایی را استخراج می‌کند.

در مرحله آخر، نرم‌افزارها و اپلیکیشن‌های مسیریابی این داده‌های عددی را روی نقشه‌های گرافیکی پیاده‌سازی کرده و موقعیت، سرعت و جهت حرکت شما را با یک علامت مشخص روی صفحه نمایشگر نشان می‌دهند. کل این فرایند پیچیده در کسری از ثانیه و به‌صورت یک‌طرفه انجام می‌شود؛ یعنی دستگاه شما فقط شنونده سیگنال‌ها است و هیچ‌گونه امواجی به سمت فضا ارسال نمی‌کند.

جی پی اس چه کاربردهایی دارد؟

فناوری موقعیت‌یاب جهانی، فقط یک ابزار ساده مسیریابی نیست، بلکه زیرساختی مهم برای صنعت، عمران و امنیت ملی تبدیل شده است. کاربردهای اصلی این سامانه را می‌توان به 4 مورد زیر تقسیم کرد:

1. حمل‌ونقل، هوانوردی و دریانوردی: کاربرد جی پی اس در ناوبری جاده‌ای، هوایی و دریایی بسیار گسترده است. در بخش جاده‌ای و شهری، این سیستم زیربنای اصلی اپلیکیشن‌های مسیریاب، تاکسی‌های اینترنتی، خودروهای خودران و سامانه‌های مدیریت ناوگان به شمار می‌رود. در هوانوردی، هواپیماها با استفاده از سیگنال‌های جی پی اس و سامانه‌های کمکی می‌توانند حتی در شرایط بد جوی، فرود ایمنی داشته باشند و مسیر پرواز خود را تنظیم کنند. در دریانوردی نیز کشتی‌ها و شناورها برای هدایت خودکار، ورود ایمن به بنادر و اجرای سریع عملیات امداد و نجات در دریا به این فناوری تکیه می‌کنند.
2. کشاورزی: در حوزه کشاورزی، جی پی اس تغییراتی ایجاد کرده است. هدایت خودکار ماشین‌آلات مانند تراکتورها و کمباین‌ها روی خطوط مستقیم، از دوباره‌کاری جلوگیری می‌کند و باعث کاهش مصرف سوخت می‌شود. همین‌طور با نقشه‌برداری از کیفیت خاک و میزان تراکم آفت‌ها، میزان سم و کود را به بهترین شکل ممکن تنظیم می‌کند. در نهایت، تحلیل میزان محصول در نقاط مختلف مزرعه در زمان برداشت به کشاورزان کمک می‌کند تا برای فصل‌های بعدی برنامه‌ریزی داشته باشند.
3. عمران: در امور مهندسی عمران و ثبت املاک، این سامانه ابزار خوبی است. تعیین قانونی مرز زمین‌های شهری و کشاورزی با استفاده از این روش انجام می‌شود. گیرنده‌های پیشرفته روی سدها، پل‌های معلق و برج‌ها نصب می‌شوند تا نشست و انحرافات میلی‌متری معلوم شود. دانشمندان زمین‌شناسی با اندازه‌گیری جابه‌جایی‌های کوچک پوسته زمین، رفتار گسل‌ها و خطر لغزش زمین را بررسی می‌کنند.
4. مدیریت بحران: در نهایت این سامانه، نقش نجات‌بخش خود را در مدیریت بحران و امداد و نجات نشان می‌دهد. سامانه‌های خودرویی می‌توانند پس از بروز تصادف، موقعیت جغرافیایی را به‌صورت خودکار به مرکز اورژانس ارسال کنند. در سوانح طبیعی مانند زلزله یا آتش‌سوزی، هدایت سریع نیروهای امدادی و پهپادهای شناسایی بر اساس داده‌ها انجام می‌شود. علاوه بر این، محیط‌بانان از جی پی اس برای بررسی مسیر مهاجرت و ردیابی گونه‌های جانوری در معرض انقراض بهره می‌برند.

بزرگ‌ترین تولیدکنندگان جی پی اس در دنیا

صنعت تولید تجهیزات موقعیت‌یاب جهانی بر اساس نوع فناوری، پیچیدگی سخت‌افزاری و نوع کاربرد نهایی به سه‌لایه اصلی تقسیم می‌شود:

• تولیدکنندگان تراشه و چیپست: این شرکت‌ها هسته پردازشی و پردازنده‌های اصلی دریافت امواج ماهواره‌ای را تولید می‌کنند. شرکت‌های آمریکایی کوالکام (Qualcomm) و برادکام (Broadcom) تأمین‌کننده اصلی چیپست‌های مکان‌یابی در اکثر گوشی‌های هوشمند، خودروهای مدرن و گجت‌های هوشمند جهان هستند. در کنار آن‌ها، شرکت سوئیسی یو – بلاکس (u-Blox) رهبر بی‌رقیب بازار در ساخت ماژول‌های فرکانسی دکل‌های مخابراتی و خودروهای خودران محسوب می‌شود.
• سازندگان تجهیزات مهندسی: در حوزه گیرنده‌های چند فرکانسه بادقت میلی‌متری که در پروژه‌های عمران استفاده می‌شود، قدرت در دست سازندگان سخت‌افزارهای صنعتی است. شرکت آمریکایی تریمبل (Trimble) و هلدبنگ سوئدی هگزگون (Hexagon) که مالک برند لایکا (Leica) است، دو غول اصلی جهان در تولید سیستم‌های هدایت خودکار و گیرنده‌های نقشه‌برداری به شمار می‌روند. همین‌طور شرکت ژاپنی تاپ کن (Topcon) از دیگر برندهای این لایه در صنایع ساخت‌وساز و کشاورزی است.
• برندهای ناوبری مصرفی و تخصصی: این بخش شامل شرکت‌هایی است که دستگاه‌های نهایی مکان‌یابی را برای کاربران عام و صنایع خاص طراحی و عرضه می‌کنند. برند آمریکایی گارمین (Garmin) شناخته‌شده‌ترین نام در تولید گیرنده‌های دستی، ساعت‌های ورزشی و سیستم‌های ناوبری هوانوردی عمومی است. در حوزه دریانوردی و کشتی‌رانی تجاری نیز شرکت ژاپنی فورونو (Furuno) سهم عمده بازار را در ساخت تجهیزات رادارها و گیرنده‌های تخصصی شناورها در اختیار دارد.

تولیدکنندگان جی پی اس در ایران

بومی‌سازی و فعالیت‌های مرتبط با فناوری جی پی اس در ایران، به دلیل پیچیدگی‌های فنی زنجیره ساخت نیمه‌هادی‌ها، بیشتر بر طراحی سخت‌افزار نهایی، یکپارچه‌سازی ماژولار و توسعه نرم‌افزارهای مدیریت مکان‌محور متمرکز است. وضعیت این صنعت و فعالان آن در ایران در 3 حوزه اصلی قابل‌تفکیک است:

طراحی و ساخت سخت‌افزارهای تجاری و ردیاب‌ها

در سطح قطعات پایه‌ای، تراشه‌ها و چیپست‌های اصلی دریافت امواج ماهواره‌ای به کشور وارد می‌شوند. بااین‌حال، شرکت‌های دانش‌بنیان و سازندگان داخل مانند رادشید، اتاکو و اورنگ پژوهان طراحی مدارات الکترونیکی، سیستم‌های مدیریت توان، بردها و پردازنده‌های واسط دستگاه‌های ردیاب خودرو و شخصی را به طور کامل در داخل انجام می‌دهند. ای تجهیزات متناسب با پروتکل‌های مخابراتی داخلی و شرایط اقلیمی کشور بومی‌سازی و به بازار عرضه می‌شوند.

توسعه‌دهندگان سامانه‌ها و پلتفرم‌های ملی

بخش عمده‌ای از ارزش افزوده این صنعت در ایران به توسعه نرم‌افزارها و پلتفرم‌های بومی ردیابی اختصاص دارد. شرکت‌های داخلی با تحلیل داده‌های دریافتی از گیرنده‌ها، سامانه‌های جامع مدیریت حمل‌ونقل و پایش ترافیک را پیاده‌سازی کرده‌اند. پروژه ملی سپهتن (پایش هوشمند تردد ناوگان حمل‌ونقل بین‌شهری) و سیپاد نمونه‌هایی از به به‌کارگیری این پلتفرم‌های نرم‌افزاری بومی در زیرساخت‌های حمل‌ونقل کشور هستند.

تجهیزات دقیق نقشه‌برداری و عمران

در حوزه نقشه‌برداری بادقت میلی‌متری، بازار ایران به طور عمده وابسته به واردات برندهای پیشروی جهان مانند Leica و Trimble و برخی برندهای آسیایی مانند South و Hi-Target است. شرکت‌های تخصصی ایرانی در این بخش، نقش تأمین‌کننده، پشتیبان فنی، ارائه‌دهنده خدمات کالیبراسیون و مجری شبکه‌های تصحیح آنی ایستگاه‌های مبنای RTK را ایفا می‌کنند.

جمع‌بندی

فناوری جی پی اس از یک پروژه انحصاری نظامی در دهه ۱۹۷۰ میلادی به یکی از مهم‌ترین زیرساخت‌های زندگی مدرن، صنعت، ناوبری و اقتصاد جهانی تبدیل شده است. امروز تمامی بخش‌ها از اپلیکیشن‌های روزمره مسیریابی و امنیت خودروها گرفته تا هوانوردی، کشاورزی دقیق، مهندسی عمران و همگام‌سازی شبکه‌های مالی و مخابراتی 5G به امواج این سامانه‌های ماهواره‌ای وابسته هستند.

آینده موقعیت‌یابی ماهواره‌ای (GNSS) با ورود منظومه‌های جدید ماهواره‌های مدار پایین، افزایش مقاومت در برابر حملات سایبری و پارازیت‌ها، و تلفیق باهوش مصنوعی و خودروهای خودران رقم خواهد خورد. درک صحیح اینکه چی‌پی‌اس چیست و چگونه کار می‌کند و تفکیک میان‌لایه‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری، کلید بهره‌گیری بهینه از این سامانه مکان‌یابی جهانی است.