سامانه موقعیت‌یاب جهانی (جی پی اس)، GPS

سامانه موقعیت‌یاب جهانی (جی پی اس)،  GPS

سامانه موقعیت‌یاب جهانی (جی پی اس)، GPS

تعیین موقعیت بر اساس اطلاعات دریافتی از فضا از دهه 1960 میلادی توسط ناسا با سامانه داپلر آغاز شد اما به دلیل كارآیی پایین و دقت كم سامانه داپلر، در سال 1974 وزارت دفاع آمریكا برای رفع نیازهای نظامی خود تصمیم به ایجاد یك سامانه دقیق و جامع تعیین موقعیت كه در تمامی جهان كاربرد داشته باشد، گرفت. بدین ترتیب در سال 1978 با پرتاب اولین ماهواره از سامانه جیپیاس به فضا گامی موثر در عص فضا برداشته شد. در سال 1994 تمامی 24 ماهواره در مدار زمین قرار گرفت.

به طور یقین می‌توان گفت كه سامانه موقعیت‌یاب جهانی «جی پی اس» یكی از بهترین و كاملترین دستاوردهای بشر برای شناسایی و مكانیابی روی كره زمین است كه روز به روز در حال كاملتر شدن است.

سامانه موقعیت‌یاب جهانی «جی‌پی‌اس» در حال حاضر تنها سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی كاملاً فعال در دنیا است كه در آن 24 ماهواره فعال (به علاوه 6 ماهواره یدكی) در مدار میانی زمین و ارتفاع 20200 كیلومتری، به طور پیوسته سیگنال‌های میكروویو دقیق را به زمین ارسال نموده و دستگاه‌های گیرنده، كاربران زمینی را قادر به تعیین موقعیت خود روی زمین می‌كنند.

هزینه نگهداری و عملیات سامانه جی پی اس حدود 750 میلیون دلار در سال است كه شامل تعویض ماهواره‌های فرسوده و همچنین تحقیق، توسعه و رفع نواقص سامانه می شود. با این همه، استفاده از امكانات این سامانه برای مصارف غیرنظامی در تمام جهان رایگان است.

جی‌پی‌اس یك سامانه عملیاتی و همیشه در حال آماده باش است كه در تمامی شرایط آب و هوایی دارای كارآیی است؛ زیرا فركانس امواجی كه توسط ماهواره های جی پی اس ارسال می‌شوند در حد گیگاهرتز است و شرایط آب و هوایی (مه و باران و نزولات جوی) اثری روی این امواج ندارند. این سامانه در طول 24 ساعت شبانه روز فعال است و در هر زمان و در هر مكان كه لازم باشد می‌توان توسط آن تعیین موقعیت كرد.

عوامل موثر در دقت عمل

  •        یكی از عواملی كه بر روی دقت عمل یك GPS اثــر می‌گذارد شكل قرار گرفتن ماهواره‌ها نسبت به یكدیگر می‌باشد.

اگر یك GPS با چهار ماهواره تبادل نماید و هر چهار ماهواره در شمال و شرق GPS باشند. طرح و هندسه این ماهواره‌ها برای این GPS بسیار ضعیف می‌باشد و شاید GPS قادر نباشد مكانیابی نماید. زیرا تمام اندازه‌گیری‌های فاصله در یك جهت عمومی قرار دارند. مثلث‌سازی ضعیف است و ناحیه مشترك بدست آمده از اشتراك این مسافت سنجی‌ها وسیع می‌باشد (مكانی كه GPS برای مكان خود تصور می‌كند بسیار وسیع می‌باشد و در نتیجه تعیین دقیق محل آن ممكن نیست). در این موقعیتها حتی اگر GPS مكان‌یابی را انجام دهد و موقعیتی را گزارش نماید دقت آن نمی‌تواند زیاد خوب باشـــــــد. اگر همین چهار ماهواره در چهار جهت (شمال ، جنوب ، شرق ، غرب) و با زوایای 90 درجه قرارداشته باشند، طرح این چهار ماهواره برای GPS مزبور بهترین حالت می‌باشد، چرا كه جهات مسافت سنجی چهار جهت متفاوت و نقطه اشتراك این مسافت سنجی‌ها بسیار كوچك می‌باشد. و هر چه این نقطه اشتراك كوچكتر باشد به معنی آن است كه بیشتر به نقطه واقعی حضور خود نزدیك شده‌ایم.

طرح و هندسه قرار گرفتن ماهواره‌ها هنگامی كه GPS نزدیكی ساختمان‌های بلند ، قلل كوه‌ها ، دره‌های عمیق و یا در وسایل نقلیه قرار گرفته باشد به مسأله مهم‌تری تبدیـل می‌گردد. اگر مانعی در رسیدن سیگنال‌های بعضی از ماهواره‌ها وجود داشته باشد GPS می‌تواند از بقیه ماهواره‌ها بـــرای مكانیابی خود استفاده نماید. هرچه این موانع بیشتر و شدیدترشوند مكانیابی نیز مشكلتر میگردد.

  •        منبع دیگر ایجاد خطا ، "چند مسیری" می‌باشد. "چند مسیری" نتیجه انعكاس سیگنال رادیویی بوسیله یك شی می‌باشد.بروز این اختلال برای GPS ها به این شكل است كه امواج بعد از انعكاس بوسیله اشیاء (مانند ساختمان‌ها یا زمین) به آنتن GPS برسند. در این صورت سیگنال مسیر بیشتری را تا رسیدن به آنتن GPS طی می‌كند و این باعث می‌شود كه GPS فاصله ماهواره را بیشتر از آنچه هست محاسبه نماید. كه باعث ایجاد خطا در مكان‌یابی نهایی می‌گردد. در صورت بروز این اختلال بر خطای نهایی افزوده می‌شود.
  • منبع دیگری نیز برای ایجاد خطا ممكن است وجود داشته باشد. افزایش تأخیر به دلیل اثرات جوی و همچنین خطاهای ساعت داخلیGPS نیز می تواند بر روی دقت كار اثر بگذارد.
  • در هر دو این موارد گیرنده GPS طوری طراحی شده است كه این اثرات را جبران نماید، ولی خطاهای كوچكی بر اساس همین اثرات همچنان بروز خواهند كرد. در عمل ، دقت كار یك GPS غیر نظامی معمولی، با توجه به تعداد ماهواره‌های تبادلی وشكل قرار گرفتن آنها می‌باشد.GPSهای پیچیده‌تر و گران‌تر می‌توانند با دقت‌هایی در حد سانتیمتر كار كنند.

یكی از روشهای بهبود دقت تعیین موقعیت استفاده از تكنیك مشاهدات تفاضلی GPS یا DGPS است. در حقیقت DGPS روشی است برای ارتقاء مشاهدات تعیین موقعیت و زمان با استفاده از یك یا چند ایستگاه مرجع در موقعیت‌های معلوم. ایستگاه‌های مرجع اطلاعات لازم را برای كاربر از طریق یك كانال ارتباطی ارسال می‌كنند.

چه كسانی به GPS نیاز دارند

  • توانایی و قابلیت گسترده GPS طیف متنوعی از كاربرد‌های آن را فراهم كرده است.
  • استفاده از GPS در نقشه‌برداری، كوهنوردی ،شكار، ماهیگیری ، اكتشافات معدن ، هر نوع گردش تفریحی و مسافرت و ... همگی بخشی از زمینه‌های استفاده از GPS می‌باشند.
  • علاوه بر موارد ذكر شده در بالا جی پی اس‌هایی با دقت بالا و امكانات منحصر به فردی وجود دارند كه
  • نقش ویژه‌ای در زمینه‌های مهندسی و كارشناسی ایفا می‌كنند.

از جمله : ایجاد نقاط مبنایی ، تعیین موقعیت دقیق منابع زیرزمینی ، مطالعه حركت سدها، پیدا كردن وضعیت جاده‌ها ، مطالعه مناطق زلزله خیز و پیشبینی وقوع زلزله ،تعیین موقعیت و اندازه گیری عمق ، به دست آوردن ارتفاع دقیق ، تعیین حدود اراضی و معادن و... 

+ منبع