GPS چیست و چگونه کار می کند؟
همان سیستم موقعیت‌یاب جهانی (Global Positioning Systems)، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره‌ای است .
جی‌پی‌اس در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰ استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شد.
خدمات این مجموعه در هر شرایط آب و هوایی و در هر نقطه از کره زمین در تمام شبانه‌روز در دسترس است و استفاده از آن رایگان است.
علاوه بر جی‌پی‌اس، دو سیستم گلوناس و گالیله هم وجود دارد که کما بیش مشابه یکدیگر هستند. نیز وجود دارد:
قطب نماهایی که با نیروی مغناطیسی زمین جهت یابی میکنند، به تدریج جای خود را به گیرنده‌های جی‌پی‌اس خواهند داد؛
جی‌پی‌اس چیست، سامانه‌ای است که به کمک گروهی از ماهواره‌ها جهت یابی میکند. ماهواره‌هایی که هرکدام در مدارهای خود به دور زمین در گردشند؛
این ماهواره‌ها با ایستگاه‌های ویژه‌ای بر روی زمین در تماس اند و همواره موقعیت آنها در فضا مشخص است.
دستگاه گیرندهٔ جی‌پی‌اس شما، با ارتباط با تعدادی از این ماهواره ها، فاصلهٔ شما را تا آنها تعین میکند و سپس موقعیت دقیق شما روی زمین بدست می‌‌آید.
سیگنال های دستگاه جی پی اس
دستگاه جی پی اس سیگنال های رادیویی را پشت سرهم ارسال می کند که موقعیت زمانی و مکانی ماهواره را مشخص می کند.
با چندین اندازه گیری متعدد، گیرنده به محاسبهٔ سرعت، مدت زمان سفر، فاصلهٔ شما تا مقصد، مختصات جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا)، زمان طلوع و غروب خورشید و ماه (در تقویم نجومی)، تعداد ماهواره ها، زمان محلی و … می‌‌پردازد و آن را در اختیار کاربر قرار میدهد.
به طور میانگین، هشت ماهواره از 24 ماهواره، در اطراف هر نقطه از کرهٔ خاکی که باشید در آسمان گشت می‌‌زنند.
هرچه گیرندهٔ شما به ماهواره‌های بیشتری وصل شود، اطلاعات دقیق تری را برای شما محاسبه میکند.
جی‌پی‌اس که به سفارش وزارت دفاع آمریکا برای مصارف نظامی و غیر نظامی مانند ماهی گیری و شکار ساخته شد و در مدار زمین قرار گرفت.
سیستم تعیین موقعیت جهانی gps متشکل از 24 ماهواره است که درارتفاع 20.000 کیلومتری ازسطح زمین قراردارند.
gps در 6 مدار که هرمدار 4 ماهواره قرارداد وبا زاویه میل 55 درجه و پریود ، 12 ساعته درگردش هستند .
هرماهوارهGPS دوموج با دو فرکانس درباند امواج الکترومغناطیسی (L1, L2 ) ارسال می کند. موج L1 با فرکانس1575 MHZ و موج L2 با فرکانس1227 MHZ می باشد.
ماهواره‌های جی پی اس gps
۲۴ عدد ماهواره gps در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش میکنند.
هر ماهواره دقیقاً طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین میگردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است.
این ماهواره‌ها نیروی خود را از خورشید تأمین میکنند.
همچنین باتری‌هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت میکنند به‌همراه دارند.
راکتهای کوچکی نیز ماهواره‌ها را در مسیر صحیح نگاه می‌دارد که ناو استار نام دارد.
در اینجا به برخی مشخصه‌های جالب این سیستم اشاره می‌‌کنیم:
1- اولین ماهواره جی‌پی‌اس در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
2- در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
3- عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین میگردد.
4- هر ماهواره حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طول باتری‌های خورشیدی آن ۵.۵ متر است.
5- انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.
جی‌پی‌اس چگونه کار میکند
ماهواره‌های این سیستم، در مدارهای دقیق هر روز ۲ بار به‌دور زمین می‌‌گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره میکنند.
گیرنده‌های gps این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه میکنند.
در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه میکند. از اختلاف این دو زمان، فاصله گیرنده از ماهواره تعیین میگردد.
این عمل را با داده‌های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار میکند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با تقریب ناچیز معین میکند.
گیرنده به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل ۳ ماهواره برای محاسبه ۲ بعدی نیاز دارد.
جی پی اس ها برای یافتن طول و عرض جغرافیایی و دریافت اطلاعات جهت مختصات سه بعدی ، حداقل ۴ ماهواره نیاز دارد.
با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره‌ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت ومسیر می کنند.
همینطور فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطلاعات مفید دیگررا نیز به دست می آورند.
امواج ماهواره ها متشکل ازامواج حامل باند L مدوله شده با یک کداستاندار کد (C/A2ویک کد دقیق (کد P(3) ویک کددریانوردی ومختصات ماهواره به صورت توابع زمانی می باشد که دربر آن گیرنده های شخصی تفاوتهای زمانی بین وردوی کدهای C/A را اندازه گیری میکنند. اگردراثر دخالت کنترل زمینی درانطباق زمانی خطایی بوجود نیاید گیرنده های شخصی ازدقتی حدود 15 متر برخوردار خواهند شد.
مفهوم کلی ناوبری رادیویی بستگی به انتقال همزمان سیگنالهای رادیویی دارد.
اگر سیگنالهای رادیویی دقیقاً بطورهمزمان فرستاده نشوند گیرنده نمی تواند بطوردقیق موقعیت را محاسبه نماید.
کنترل زمینی دراثر تاثیرگذاری بعضی ازماهواره ها درارسال سیگنال های C/A کمی قبل یا بعداز سایر ماهواره ها دخالت می کند.
دخالت عمدی اصلی , همان دسترسی موردی (4) به شمار می رود .
گیرنده های شخصی میزان خطا را تشخیص نمی دهند. بلکه بطورتصادفی بین 15تا 100 متر دقت تغییر می یابد .
البته دخالت عمدی برروی گیرنده های نظامی اثر نمی گذارد .
دخالت یونسفر:
به منبع خطای دیگر وجود که برروی فرکانس سیگنال گیرنده های شخصی اثرمی گذارد گفته می شود.
زمانی که یک سیگنال رادیویی ازبین الکترونها ی آزاد یونسفر عبورمی کند تاخیر اندکی بوجود می آید.
برحسب مدت زمانی تاخیر که بوسیله الکترون های آزاد بوجود می آید ماهواره‌های GPS کدP را روی دوموج رادیویی با فرکانس های مختلف ارسال می کند که L1,L2 نامیده می شود.
یک سیگنال به هنگام عبور ازیونسفر بیشتر ازدیگری به تاخیر می افتد.
گیرنده های گران قیمت هردوفرکانس را ردیابی می کنند و اختلاف وردی بین L1,L2 اندازه می گیرند.
مدت زمان تاخیری را محاسبه می کنند که الکترونها ی آزاد ی بوجود می آورند وتصحیحات لازم را برای تاخیر یونسفر انجام می دهند.
گیرنده های شخصی نمی توانند تاثیر دخالت یونسفر را تصحیح کنند زیرا کدهای C/A فقط برروی فرکانس L1 فرستاده می شوند.
نوعی گیرنده های تخصصی وجوددارد که به عنوان گیرنده های بدون کدشناخته شده اند ودقت فوق العاده ای دارند که درآن بطورغیرمستقیم ازکد P استفاده می شود.
گیرنده ها ارزش کدP را مشابه آنچه که گیرنده های نظامی تشخیص می دهندنمی شناسند.
بنابراین دقت آنها با استفاده ازروش های خاص پردازش سیگنال بدست می آید آنها کد P رابرای چندروز دریافت کرده وپردازش می نمایند.
و پس از انجام محاسباتی چندمی توانند موقعیت نقاطی را تهیه کند که با دقت mm 10 با استفاده از3 یا 4 ماهواره عملی می باشد .
البته این گیرنده بیشتر برای تعیین موقعیت درکارهای نقشه برداری بکار می رود.
زیرا بایدچند روزبطور مداوم درآن نقطه اطلاعات دریافت و پردازش شود.
روش تعیین موقعیت توسط GPS
اگرفاصله ما ازماهواره 1 درحدود 10 کیلومتر باشد بنابراین مکان ما درفضا برمحیط کرده به مرکزیت ماهواره اوشعاع 10 کیلومتر منطبق می باشد.
حال فرض می کنیم فاصله ما ازماهواره 20 درحدود 11 کیلومتر باشد دراین حالت نیز مکان ما درفضا برروی محیط کره ای به مرکز ماهواره 2 وشعاع 11 کیلومتر واقع است.
فصل مشترک این دوکره می تواند یک دایره باشد که مکان ما بطورقطع برروی محیط این دایره قراردارد .
حال اگر ماهواره سوم را نیز درنظربگیریم که فاصله اش با ما 12 کیلومترباشد دراین صورت فصل مشترک کره مربوط به ماهواره 3 با فصل مشترک کره های ماهواره ای 1و2 حداکثر دونقطه می باشد که قطعاً یکی ازاین دو مبین مکان واقعی ما خواهد بود.اما بطورقطعی یکی از این دو نقطه نامعقول می باشد .
بطورمثال دارای ارتفاع بیشتری از سطح زمین است .
لذا کامپیوترهای داخل گیرنده های gps با استفاده ازتکنیک های گوناگون قادر به تشخیص نقطه غلط می باشند.
ازنظر تئوری با استفاده از3 ماهواره می توانیم مکان خودرا به دست آوریم .
ولی به دلیل فنی اگرچنانچه ماهواره چهارم را همانند ماهواره های 1و2 انتخاب کنیم بطورقطع فصل مشترک این چهار کره یک نقطه خواهد بود واین نقطه مختصات مکانی مارا نشان می دهد استفاده کنندگانی که درارتفاعی مششخص قراردارند (مانندکشتی هایی که درسطح دریا واقع باشند)به سهولت میتوانند با استفاده ازدوماهواره مکان خودرا تعیین نمایند .
دراین حالت کره زمین را می توان جایگزین ماهواره سوم کردوازیک مرحله محاسبه مسافت صرفنظر نمود.
بدین ترتیب این فرصت جهت انجام سایرمحاسبات قابل بهره برداری بوده وعملاً مکان یابی افزایش می یابد.
بطورخلاصه می توان بیان کرد که مبنای کار gps استفاده ازماهواره به عنوان مرجعی جهت یافتن موقعیت درهرنقطه زمین می باشد.
سایر مسایل این سیستم صرفاً جزئیات تکنیکی هستند که به سرعت و دقت وسهولت عمل موقعیت یابی کمک می کند.
روش محاسبه مسافت ازماهواره
درسیستم موقعیت یاب جهانی gps قدم اساسی دانستن میزان مسافت ازماهواره است. بنابراین استفاده ازتکنیک های پیشرفته به منظور محاسبه مسافت امری اجتناب ناپذیر است. ایده اصلی این موضوع براساس همان معادله سرعت نور در مدت زمان تاخیراستواراست. سیستم GPS بدین صورت کارمی کند که گیرنده کاربر مدت زمانی را که طول میکشد تا امواج رادیویی ازماهواره به اوبرسد را اندازه گیری می کند.
همانطورکه می دانید امواج رادیویی با سرعت نورحرکت می کند.
بدین ترتیب با حاصلضرب اندزه گیری شده درسرعت نور مسافت خود را تاماهواره بدست می‌آورد .
این کارحداقل بایستی برای 3 ماهواره مشخص، صورت گیرد.
بنابراین باید برای اندزه گیری زمان رسیدن به سیگنال از ساعتهای خیلی کوتاه باشند زیرا امواج با داشتن سرعت نورخیلی سریع حرکت می کنند.
مثلاً اگرماهواره ای دقیقا دربالای سرما باشد حدود 60 میلی ثانیه طول می کشد تا امواج رادیویی آن به ما برسد.
دقت ساعت گیرنده های gps حدود نانو ثانیه می باشد.
یک اختلاف زمانی بین کپی کد gps ایجاد شده دربرگیرنده بااصل کد رسیده ازماهواره وجود دارد که با ضرب کردن آن درسرعت نور, شبه فاصله به دست می آید.
این روش با هردو کد A/C,P امکان پذیرهستند .
کدهای تولیدشده دربرگیرنده ازساعت خودگیرنده منتج می شوند وکدهای ارسالی ماهواره نیز توسط ماهواره ایجاد میشود .
خطای زمانی درهردوساعت گیرنده وماهواره باعث می شود که فاصله اندازه گیری شده با فاصله هندسی بین ماهواره و گیرنده فرق داشته باشد.
این ساعتها بسیار دقیق وگران قیمت می‌باشند وماهواره ها جهت قابلیت اطمینان بیشتر دارای 4 ساعت اتمی هستند.
ولی در گیرنده ها به دلیل گران قیمت بودن این ساعتها نمی توان ازآنها استفاده نمود لذا ازساعتهای ارزانتری استفاده می شود.
که درعمل ایجاد اختلاف جزئی دراندازه گیری زمان می نمایند .
البته با استفاده از راه حلهایی تصحیح صورت می گیرد:
مزایای سیستم GPS
× دقت بسیارزیاددرموقعیت یابی
× داشتن پوشش جهانی
× دارا بودن زمان بندی دقیق
× نداشتن هیچ گونه هزینه برای استفاده کنندگان
× تعیین سرعت درسه محور مختصات
× قابلیت دسترسی همیشگی
× قابلیت کاربردی در هرشرایط آب وهوایی
× عدم محدودیت دربکارگیری همگانی
× دقت نسبی IPPM برای طولهای کوتاه از1 تا 100 کیلومتر.
× تعیین سرعت درسه محور , زمان , تعیین فاصله سمت وگرای ونقطه مبداء .مقصود
× توانایی دید همزمان با یک گیرنده
ماهواره ابتدا اطلاعات وداده های ناوبی رابه پنج ایستگاه کنترل که درمناطق کلردواسپرینگ(5) کو آجالین (6) دیه گوگارسی)(7) آسنشن(8) و هاوایی (9) قراردارند ارسال می کند که درواقع این سیگنال ها ماهواره ها را ردیابی (10) می کنند.
سپس این ایستگاهها اطلاعات خودرا به ایستگاه کنترل ماهواره (ایستگاه اصلی که همان کلرادواسپرینگ میباشد) ارسال می کنند.
انواع گیرنده‌های جی‌پی‌اس
گیرنده‌های جی‌پی‌اس انواع گوناگونی دارند و انتخاب هرکدام از آنها بستگی به موارد استفادهٔ شما دارد؛
برای نمونه این که می‌‌خواهید در داخل خودرو آن را نصب کنید یا اینکه آن را در کوله پشتی خود قرار دهید گزینه‌های متعددی را پیش روی شما می‌‌گذارد.
گیرندهٔ بیسیک جی‌پی‌اس _ بیسیک: این گیرنده‌ها در واقع از ساده‌ترین و کم قیمت‌ترین گونه‌ها هستند (اغلب کمتر از $100 us) یک گیرندهٔ بیسیک (پایه) می‌‌تواند بسیار دقیق تر از گیرنده‌های گران قیمت باشد.
اما باید این مساله را هم در نظر داشت که این گیرنده‌ها بسیاری از ویژگی‌های دستگاه‌های گران قیمت را ندارند.
گیرنده های بیسیک قابلیت نقشه برداری را ندارند.
امکانات گیرنده های بیسیک در ذیل آمده است:
– موقعیت یابی؛ تعیین طول جغرافیایی و عرض جغرافیایی که در واقع ویژگی اصلی یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس است.
– تعیین جهت؛ با یک قطب نما ی الکترونیکی.
– تعیین ارتفاع از سطح دریاهای آزاد؛ البته باید توجه داشت که دقت در اندازه گیری ارتفاع به خوبی دقت در موقعیت یابی نیست.
– زمان دقیق.
– موقعیت ماهواره‌ها و قدرت سیگنال ها.
-مسافت پیموده شده را مشخص می کند ،سپس به وسیله ی نقطه گذاری در صفحه نمایش ذخیره می کند تا بتوانیم مسیری که در گذشته رفته ایم را بیابیم
– سپس به وسیله ی نقطه گذاری در صفحه نمایش ذخیره می کند
– هدایت و مسیر یابی.
• گیرنده‌های دستی جی‌پی‌اس _ نقشه بردار:
همانطور که از نام گیرنده دستی جی پی اس بر می‌‌آید، گیرندهٔ نقشه بردار از قابلیت نمایش نقشه برخوردار است.
جی پی اس های دستی ابعاد بزرگ تری نسبت به گیرنده‌های قبلی دارند.
با اتصال این گیرنده به یک رایانه شخصی نقشهٔ دلخواهتان را به گیرنده می‌‌دهید. جزئیات نقشه نیز بستگی به اندازه و نیز رزولوشن نمایشگر دارد. این گیرنده‌ها فشارسنج، قطب نمای الکترونیکی، بازی و سالنامه هم دارند.
اگرچه این گیرنده‌ها باید خیلی گران قیمت تر از نمونهٔ قبلی باشند، ولی افزایش قیمت نسبتاً کمی دارند.
افزودن یک نمایشگر بزرگ تر برای شرکت تولید کننده هزینهٔ زیادی را در بر ندارد. قیمت این گیرنده‌ها از 150 دلار آمریکا شروع میشود.
ولی در این میان باید توجه کرد که دستگاه‌های دستی، ظرفیت محدودی دارند و تنها مقدار مشخصی از اطلاعات را میتوانید در آنها ذخیره کنید.
مدل‌هایی از این گیرنده‌ها وجود دارند که می‌‌توان به آنها کارت حافظه اضافه کرد (که معمولاً از حافظهٔ SD یا از حافظهٔ CF استفاده میشود).
پس اگر به ذخیرهٔ مقدار بیشتری از اطلاعات نیاز دارید به یک کارت حافظه هم احتیاج پیدا می‌‌کنید.
یک دستگاه پی‌دی‌ای
• گیرنده‌های جی‌پی‌اس برای خودرو:
این گیرنده‌ها بزرگ تر از گیرنده‌های دستی هستند و نمایشگری نسبتاً بزرگ دارند تا راننده در هنگام رانندگی به سادگی آن را بخواند.
این گیرنده‌ها با استفاده از برق خودرو کار میکنند و بنابراین تنها در داخل خودرو قابل استفاده هستند.
ویژگی جالبی که معمولاً در این دستگاه‌ها وجود دارد، راهنمایی‌های صوتی دستگاه است.
راننده می تواند با گوش خود صدای دستگاه را دنبال کند وبه مسیر خود ادامه دهد.
قیمت این دستگاه از 500 دلار آمریکا شروع میشود.
بسیاری از کارخانه‌های تولید خودرو با سفارش مشتری، یک دستگاه جی‌پی‌اس بر روی خودروهای فروشی خود نصب میکنند.
آنها ثابت هستند و از زیبایی و نیز ایمنی بیشتری برخوردارند.
قیمت تمام شدهٔ آنها بیشتر از گیرندهٔ جی‌پی‌اس ای است که بعدا خودتان در خودرو نصب می‌‌کنید.
• گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای یک دستگاه پی‌دی‌ای:
برتری استفاده از یک دستگاه پی‌دی‌ای (PDA) به‌عنوان یک جی‌پی‌اس، نمایشگری بزرگ است که افزون بر راحتی در مطالعهٔ نقشه، جزئیات بیشتری را نیز قابل مشاهده می‌‌سازد. همچنین همانند جی‌پی‌اس‌هایی که در داخل خودرو نصب می‌‌شوند، میتوانند به صورت صوتی راهنمایی کنند. برای استفاده از یک دستگاه پی‌دی‌ای به‌عنوان جی‌پی‌اس و اتصال پی‌دی‌ای به گیرندهٔ جی‌پی‌اس چندین راه مختلف وجود دارد:
– استفاده از Sleeve: وسیله‌ای است که با قرار دادن پی‌دی‌ای در آن، عملکردهای متفاوتی را می‌‌توان برای پی‌دی‌ای فراهم ساخت.
برای این کار به حافظهٔ CF و یا اسلات PCMCIA هم احتیاج داریم. یک Sleeve می‌‌تواند کارت حافظهٔ اضافی، باتری اضافی، یک دوربین و یک تلفن را به دستگاه شما متصل کند و مهم تر از همه به‌عنوان یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای دستگاه شما عمل کند. همچنین یک اسلات CF دیگر هم برای شما فراهم میکند که این اجازه را به شما میدهد تا بتوانید به کارهای دیگری در کنار استفاده از جی‌پی‌اس بپردازید. عملکرد یک Sleeve جی‌پی‌اس درست همانند عملکرد یک CF جی‌پی‌اس است.
– حافظهٔ CF: یکی از حافظه‌های متداول برای پی‌دی‌ای است که می‌‌تواند مستقیما به‌وسیلهٔ اسلات مخصوص CF که در پی‌دی‌ای وجود دارد یا با استفاده از Sleeve به دستگاه متصل شود. یک کارت CF جی‌پی‌اس انتخاب نسبتاً ارزان قیمتی است. ولی مشکلی در اینجا وجود دارد و آن این است که یک CF جی‌پی‌اس به سرعت باتری‌های پی‌دی‌ای شما را مصرف میکند و باید به فکر چاره باشید.
– بلوتوث جی‌پی‌اس: فن آوری بلوتوث این اجازه را به ما میدهد ارتباطی بدون سیم را بین چند دستگاه فراهم کنیم.
اتصال پی‌دی‌ای به گیرندهٔ دستی جی‌پی‌اس با استفاده از کابل:
به بیشتر گیرنده های دستی، کابلی جهت اتصال به پی‌دی‌ای وصل میشود.
با این روش میتوانید با قیمتی مناسب هم در داخل خودرو و هم در خارج آن از دستگاه موقعیت یاب خود استفاده کنید.
دستگاه پی‌دی‌ای با نمایشگر خوب و نسبتاً بزرگی که دارد برای مشاهدهٔ نقشه‌ها مناسب است.
– اتصال پی‌دی‌ای به گیرندهٔ جی‌پی‌اس خودرو با استفاده از کابل: میتوانید با انتخاب گیرنده‌ها ی موسوم به موشواره (mouse) برای خودرو و یک پی‌دی‌ای از یک جی‌پی‌اس خوب بهره مند شوید. اگر می‌‌خواهید از جی‌پی‌اس خود تنها درون خودرو استفاده کنید، این مورد بهترین انتخاب است. گیرندهٔ موشواره برق خود را از خودرو تأمین میکند و باتری‌های پی‌دی‌ای شما بیشتر دوام خواهند آورد. همچنین این گیرنده یک کابل دوشاخه (Y) دارد که برق پی‌دی‌ای شما را نیز تأمین میکند. گذشته از این ها، ویژگی بسیار خوب گیرنده‌های موشواره، حداقل قیمت آنها است.
• گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای رایانه کیفی (لپ‌تاپ): تقریباً همانند یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای دستگاه پی‌دی‌ای است با این تفاوت که در اینجا دیگر نیازی به استفاده از Sleeve یا چیزی شبیه به آن نیست. بخاطر داشته باشید که اگر شما بخواهیداز یک CF جی‌پی‌اس به‌عنوان گیرندهٔ لَپ‌تاپ خود استفاده کنید، CF جی‌پی‌اس شما با اتصال مستقیم به لپ‌تاپ از آن بیرون می‌‌زند و بنابراین اگر بخواهید در حالی که روی صندلی خودرو نشسته اید از جی‌پی‌اس هم استفاده کنید ،گیرندهٔ جی‌پی‌اس شما دید خوبی از آسمان نخواهد داشت و به خوبی وضعیتی که گیرنده را مستقیما زیر آسمان قرار می‌‌دهید عمل نخواهد کرد.
اصول کارگیری GPS
وظیفه یک گیرنده GPS درست بعداز روشن شدن آن را می توان بصورت زیر خلاصه کرد.
الف) نرم افزار سیستم
نرم افزار سیستم بایدبتواند ماهواره های موجود دردید کاربر را تعیین کند و سپس ازبین ماهواره ها , چهار ماهواره را که دارای بهترین آرایش هندسی هستند به منظورمینیمم شدن خطای فاصله منبعی انتخاب کند.
تعیین کابل ماهواره های موجود دردید کاربر اغلب توسط اطلاعات قبلی موجود درحافظه خراب نشدنی دستگاه (14) انجام می شود.
مسلماً این کاروقت زیادی ازگیرنده را پس ازروشن شدن به خوداختصاص می دهد .
ب) تعیین 4 ماهواره
پس ازتعیین 4 ماهواره موردنظر بایدسیگنال آنها را با ساختن کد شبکه تصادفی و انجبدست آوریم .
این کار با ساختن کدشبه تصادفی نظیر کدماهواره موردنظر درگیرنده وانجام عمل همبستگی با سیگنال رسیده انجام می شود.
کد داخلی گیرنده را آنقدر شیفت زمانی می دهیم تا خروجی همبستگی‌ساز ماکزیمم گردد. دراین صورت کد بدلی و کد دریافتی ازماهواره کاملاً سنکرون هستند.
به این عمل ، جستجوی سیگنال ماهواره درحوزه زمان می گویند.
لازم به ذکراست که بایستی عمل جستجو در حوزه فرکانس نیز انجام شود ازآنجا که ماهواره های gps درمدار زمین ثابت (ژئو سنکرون)قرار نداشته ونسبت به زمین درحال حرکت هستند وهمچنین چون گیرنده نیز معمولاً روی یک جسم متحرک نظیراتومبیل ویا هواپیما نصب می شود درنتیجه فرکانس دقیق کاربر ارسالی به علت اثر دوپلر ,مشخص نیست پس باید فرکانس کاربر محلی را نیز آنقدر تغییر دهیم تا خروجی همبستگی ساز ازحد آستانه ای بیشتر شود.و نهایتاً فرکانس کاربر نیز با فرکانس دریافتی سنکرون شود .
ج) پس از عمل جستجو وارد مرحله ردیابی سیگنال می شویم.
اولاً: در مرحله ی ردیابی،سیگنال سنکرون تولید شده و دربرگیرنده ی آن می ماند که توسط یک حلقه کنترلی انجام می شود.
ثانیاً: عملیات دمودلاسیون (16) BPSK سیگنال رسیده اطلاعات ناوبری D(t) و عملیات شبه فاصله سنجی (تعین فاصله کاربر وماهواره توسط زمان انتشار سیگنال ) نیز دراین مرحله انجام شود.
د) انجام مراحل بوت
مراحل بوت بایدعیناً برای 3 ماهواره دیگر انجام شود که درنهایت چهار شبه فاصله که ازمراحل فوق محاسبه شده است دراختیار داریم .
حال نرم افزار گیرنده بایدبتواند به کمک این چهارشنبه فاصله یک دستگاه چهار معادله وچهار مجهول را حل کند واین معادلات طول وعرض جغرافیایی, ارتفاع وهمچنین زمان دقیق را بدست آورد ازمراحل چهارگانه فوق مراحل الف و د بیشتر به جنبه های نرم افزاری یک گیرنده برمی گردد.
نرم افزار نقشه برداری و تحلیل و نمایش داده های جی پی اس
OkMap نرم افزاری قدرتمند برای نقشه برداری و آنالیز و نمایش داده های دستگاه gps است. با استفاده از این برنامه می توانید نقشه های آنلاین، دیجیتالی و حتی نقشه های که خریداری کرده اید را در نرم افزار بارگذاری کنید. همچنین این برنامه قادر به دریافت داده های برداری با فرمتهای مختلف و داده های DEM مرتبط با اطلاعات پستی و بلندی های زمین می باشد.
OkMap به شما اجازه میدهد تا مسیرهای پیموده شده را با استفاده از ایستگاه ها، نشانها و مسیرها سازمان دهی کنید و این اطاعت را به دستگاه های gps مورد نظر منتقل کنید.
با اتصال دستگاه gps به کامپیوتر می توانید فورا موقعیت خود بر روی نقشه را مشاهده کنید. اگر به اینترنت متصل باشید می توانید موقعیت خود را به آسانی به یک سیستم دیگر ارسال یا موقعیت افراد دیگر را دریافت نمایید و مسیر مابین را روی نقشه مشاهده کنید. OkMap قادر به مسیریابی خودکار و تعیین مختصات جغرافیایی نیز می باشد.
همچنین می توانید مسیر حرکت خود را به صورت زنده بر روی نقشه مشاهده کنید، برای این کار میتوانید دستگاه gps خود را به لپ تاپ متصل کرده و شروع به حرکت کنید، نرم افزار تمامی مسیرهای پیموده شده را به صورت زنده بر روی نقشه نمایش می دهد. OkMap همچنین قادر به ارتباط با نقشه های گوگل مپ و گوگل ارث نیز میباشد، به عنوان مثال با استفاده از گوگل ارث میتوانید مسیر پیموده شده را به صورت انیمیشنی و سه بعدی بر روی کره زمین مشاهده کنید که قابلیتی بسیار جذاب و دیدنی است.
کاربردهای GPS چیست؟
بطورکلی ازمهمترین زمینه های کاربد GPS می توان به مواردزیر اشاه کرد.
الف – درزمینه های نظامی
1- کاربردهوایی : ازهدایت موشک ها تا تمام هواپیماهای جنگنده و بمب افکن , هلی کوپتر .موشک کروز , چتر بازی و پروازهای نظامی و ….
2- کاربرد های دریایی: زیردریایی , کشتی و تمام انواع قایق ها ودریانوردی نظامی .
3- کابردهای زمینی : مکان توپخانه ها, ناوبری خودروها , هدایت پیاده نظام , سیستم موشک زمین به زمین , شناخت نوع وجنس خاک .
ب: کاربرد های نقشه برداری :
از GPS به طریق مختلف درنقشه برداری می توان استفاده کرد .مهمترین کاربردهای gps درنقشه برداری عبارتنداز :
1) نقشه برداری هیدرو گرافیک .
2) نقشه برداری سینما تیکی خیلی دقیق برروی زمین .
3) فتو گرامتری بدون کنترل زمینی
4) انبوه سازی شبکه ژئو دتیک
5) نقشه برداری کارامتری
6) فتو گرامتری بصورت REAL .TIME
ج: کاربردهای تجاری :
1)ناوبری هوایی : دردهه هشتاد , چهل سال پس از کنوانسیون شیکاگو که منجر به تأسیس سازمان بین المللی هواپیماهای کشوری ایکائو گردید نگرانی جامعه هواپیمایی از محدودیتهای سیستم های ناوبری موجود به طور روزافزونی افزایش یافت .
تعداد 18 میلیارد مسافر و بیش از 10000هواپیمای درحال تردد درهرلحظه این نگرانی را تایید می نمود.
لذا پیشنهاد شد که ازتکنولوژی ماهواره برای مبادله صوتی وداده های موردنیاز با خطوط ارتباطی مستقیم از هواپیمابه ماهواره وازآن طریق به کنترل ترافیک هوایی استفاده شود. دراین حالت محدودیت دید مستقیم درسیستم های (17) VHF و کیفیت درسیستم های (18) HF وجودندارد.
در تئوری پرواز های آزاد با توجه به قابلیت انعطاف سیستم های ناوبری ونظارت می توان به جای استفاده ازمسیرهای ثابت هوایی آنها را بصورت کاملاً دینامیکی بهینه نمود این ایده جالب بهره برداری بسیارموثر ازفضا را دارد.
بنابراین امروزه شرکت های بزرگ هواپیما سازی مشغول نصب سیستمهای GPS برروی هواپیما ها می باشند .
2- ناوبری دریایی : درناوبری دریایی برای تعیین مسیر , نقاط مبداء ومقصد وغیره از GPS می توان بهره گرفت .
د: کاربردهای همگانی :
سیستم موقعیت یاب gps کاربرهای همگانی نیز دارد که ازمهمترین این کاربردها می توان به موارد زیراشاره کرد.
1- حرکت درفضای باز: حرکت درمناطقی که راههای چندان مناسبی ندارد یا به کلی فاقد راه است .گیرنده gps بسیارارزشمند خواهدبود.
2- ماهیگیری
3- پروازبا گلایدر .
4- استفاده حرفه ای درعملیات زمینی
5- اسکی , کوهنوردی
6- قایقرانی
7- عملیات جستجو و نجات
8- حرکت اتومبیل درجاده
9- مسابقات اتومبیل رانی رالی
البته کاربرهای gps روزبه روز بیشتروبیشتر می شود ونیزنباید این نکته را ازنظر دورداشت که این سیستم با تمام مزایای خودممکن است دچار اختلال گردد ویا گیرنده ای که دردست شماست دچارخرابی گردد .پس بایدروشهای موقعیت یابی کلاسیک را که کار با قطب نما ونقشه است ازیادنبرد واول این روش را یادگرفت وبعدبسراغ GPS رفت تا درمواقع نیازدچار وابستگی به سیستم موقعیت یابی جهانی نباشیم .
