سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS) چیست و چگونه کار می‌کند؟

[Kooki♡]

GPS یا سیستم موقعیت‌یاب جهانی یک سیستم ماهواره‌ای است که امکان یافتن موقعیت جغرافیایی، سرعت و برخی از شرایط محیطی را فراهم می‌کند. با توجه به تکنولوژی‌های ارائه شده در محصولات مختلف به راحتی می‌توان گفت که در دنیای امروز GPS در همه جا وجود دارد. این تکنولوژی محبوب در اتومبیل، تلفن هوشمند، ساعت و بسیاری از اکسسوری‌ها و گجت‌های هوشمند حرف اول را می‌زند.

آشنایی با بخش‌های مختلف سیستم GPS​

سیستم موقعیت‌یاب جهانی یا GPS یک ابزار متعلق به ایالات متحده است که خدمات موقعیت‌یابی، پیمایش و زمان‌بندی (PNT) را در اختیار کاربران قرار می‌دهد. این سیستم از سه بخش تشکیل شده است: ماهواره‌ها، ایستگاه‌های زمینی و گیرنده‌ها. در حال حاضر نیروی هوایی ایالات متحده ماهواره و ایستگاه زمینی که شامل بخش‌های کنترلی هستند را توسعه، نگهداری و اداره می‌کند که در ادامه نحوه عملکرد هر کدام از این بخش‌ها را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

عملکرد ماهواره‌ها در سیستم GPS​

در واقع بخش فضایی GPS متشکل از ماهواره‌هایی است که سیگنال‌های رادیویی را به کاربران منتقل می‌کنند. در حال حاضر برای پوشش جهانی این سیستم از ۳۶ ماهواره GPS عملیاتی استفاده می‌شود که حداقل ۲۴ ماهواره از آن‌ها در ۹۵٪ مواقع در دسترس هستند. این ماهواره‌ها با ارتفاع تقریبی 20200 کیلومتر (12،550 مایل) در مدار زمین پرواز می‌کنند و هر کدام از آن‌ها دو بار در روز به دور زمین می‌چرخند. می‌توانید در تصویر زیر نحوه قرارگیری این ماهواره‌ها را مشاهده کنید.

در بیشتر اوقات ممکن است تعداد ماهواره‌هایی که در حال سرویس‌دهی هستند بیشتر از ۲۴ ماهواره باشند، این ماهواره‌های اضافی ممکن است عملکرد GPS را افزایش دهند اما جزئی از صورت فلکی هسته در ایجاد سیستم موقعیت‌یاب جهانی محسوب نمی‌شوند.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

ایستگاه‌های فضایی در سیستم GPS​

بخش کنترل عملیاتی یا ایستگاه‌های فضایی در GPS شامل یک شبکه جهانی از امکانات زمینی هستند که ماهواره‌های GPS را ردیابی کرده، بر جابجایی آن‌ها نظارت می‌کنند، تجزیه و تحلیل‌ها را انجام می‌دهند و دستورات و داده‌ها را به تمامی آن‌ها می‌فرستند.

در حال حاضر یک ایستگاه کنترل اصلی، یک ایستگاه کنترل اصلی جایگزین، 11 مقر فرماندهی و آنتن‌های کنترلی در کنار 16 سایت نظارتی بر عملکرد این سیستم نظارت دارند. محل قرارگیری هر کدام از این ایستگاه‌ها و تجهیزات در نقشه پایین نمایش داده شده است.

تمامی این بخش‌ها با نظارت نیروی هوایی ایالت متحده انجام می‌شود تا دستیابی به این سیستم در سراسر دنیا و بدون محدودیت به راحتی انجام پذیرد.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

​

گیرنده یا کاربران​

گیرنده یا کاربران می‌توانند افراد عادی، سازمان‌ها و یا حتی نهادهای دولتی و نظامی‌باشند که با گیرنده‌های مختص خود با میزان دقت مختلف این سیگنال‌ها را دریافت و پردازش می‌کنند.

تاریخچه سیستم موقعیت‌یاب جهانی​

استفاده و ایجاد GPS به دوران Sputnik باز می‌گردد که دانشمندان توانستند ماهواره را با تغییراتی در سیگنال رادیویی خود که تحت عنوان “اثر داپلر” معروف است، ردیابی کنند. نیروی دریایی ایالات متحده آزمایشات ناوبری ماهواره‌ای را در اواسط دهه 1960 برای ردیابی زیردریایی‌های آمریکایی حامل موشک‌های هسته‌ای با این مکانیزم انجام داد. با شش ماهواره در حال چرخش زیردریایی‌ها توانستند تغییرات ماهواره‌ای را در داپلر مشاهده کنند و موقعیت زیر دریایی را طی چند دقیقه با دقت مشخص کنند.

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

در اوایل دهه 1970، وزارت دفاع ایالت متحده می‌خواست که از یک سیستم پایدار ناوبری ماهواره‌ای در دسترس استفاده کند. وزارت دفاع با در هم آمیختن ایده‌های قبلی دانشمندان نیروی دریایی، تصمیم گرفت از ماهواره‌ها برای پشتیبانی از سیستم ناوبری خود استفاده کند. وزارت دفاع آمریکا در سال 1978 اولین سیستم ناوبری خود را با زمان‌بندی توسط ماهواره دنبال کرده و راه‌اندازی کرد که این شروع کار سیستم موقعیت یاب جهانی بود. این سیستم 24 ماهواره‌ای در سال 1993 کاملاً عملیاتی شد.

امروزه GPS یک سیستم پرتونگاری چند منظوره و مبتنی بر فضا است که متعلق به دولت ایالات متحده است و توسط نیروی هوایی ایالات متحده برای تأمین نیازهای دفاعی ملی، امنیت میهن، نیازهای مدنی، تجاری و علمی اداره می‌شود. GPS در حال حاضر دو سطح خدمات را ارائه می‌دهد: سرویس موقعیت یابی استاندارد و سرویس موقعیت یابی دقیق که محدود به نیروهای مسلح ایالات متحده، آژانس‌های فدرال ایالات متحده، و نیروهای مسلح متحد و دولت‌های منتخب است.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

کاربرد GPS​

مانند اینترنت، GPS عنصر اساسی زیرساخت اطلاعات جهانی است. ماهیت رایگان، باز و قابل اعتماد بودن GPS منجر به توسعه صدها برنامه در هر جنبه از زندگی مدرن در راستای GPS شده است. فناوری GPS اکنون در همه چیز از تلفن‌های همراه و ساعت مچی گرفته تا بولدوزر، سرویس‌های حمل و نقل و دستگاه‌های خودپرداز موجود است.

GPS بهره وری را در بسیاری از سرویس‌ها و خدمات افزایش می‌دهد که شامل کشاورزی، ساخت و ساز، معدن، نقشه برداری، تحویل بسته‌ها و مدیریت زنجیره تأمین لجستیک می‌شود. شبکه‌های ارتباطی عمده، سیستم‌های بانکی، بازارهای مالی و شبکه‌های برق به منظور هماهنگ‌سازی دقیق به GPS وابسته هستند و حتی برخی از خدمات بی‌سیم بدون سیستم موقعیت یاب جهانی نمی‌توانند کار کنند.

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

GPS با جلوگیری از تصادفات، سهولت و سرعت در حمل و نقل، کمک به جستجوی راحت و سریع و تسریع در ارائه خدمات اضطراری و امداد رسانی در برابر بلایای طبیعی و حوادث، جان افراد را نجات می‌دهد. GPS برای سیستم حمل و نقل هوایی نسل‌های بعدی حیاتی است که ضمن افزایش ظرفیت فضای هوایی، ایمنی پرواز را تقویت می‌کند. GPS همچنین بررسی و پیگیری علمی در حیطه‌های مختلف مانند پیش بینی هوا، نظارت بر زلزله و حفاظت از محیط زیست را فراهم می‌کند.

در نهایت، GPS ممکن است برای امنیت ملی نیز بسیار مهم است و برنامه‌های آن تقریباً در همه جنبه‌های عملیات نظامی نیز به کار برده شوند. می‌توان گفت تقریباً تمام تکنولوژی‌های نظامی جدید از وسایل نقلیه گرفته تا مهمات به GPS مجهز شده‌اند.

البته تمام این‌ها نمونه کوچکی از برنامه‌های موجود GPS را شرح می‌دهد. کاربردهای جدید GPS هر روز اختراع می‌شود و فقط توسط تخیل انسان محدود می‌شود.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

سیستم موقعیت‌یاب جهانی چطور کار می‌کند؟​

در این سیستم ماهواره‌های GPS سیگنال‌های رادیویی را پخش می‌کنند. در این عمل مکان، وضعیت و زمان دقیق را از ساعت‌های اتمی on-board خودشان دریافت می‌کنند. بنابراین بسته‌ای حاوی زمان ارسال سیگنال از ماهواره به همراه وضعیت قرارگیری در مدار و مکان آن فرستاده می‌شوند. این سیگنال‌ها توسط ماهواره‌های مختلف GPS در فضا با سرعت نور به سمت زمین حرکت می‌کنند، سرعت سیگنال‌ها بیش از 299،792 کیلومتر بر ثانیه است و این راز موفقیت سیستم موقعیت‌یاب جهانی است، سرویس‌دهی سریع!

همزمان ایستگاه کنترل اصلی یا GPS Master ماهواره‌ها را از طریق یک شبکه جهانی نظارت و ردیابی می‌کند و به طور روزانه سلامت آنها را بررسی و مدیریت می‌کند. آنتن‌های زمینی نیز در سراسر جهان به روزرسانی داده‌ها و دستورات عملیاتی را به ماهواره ها ارسال می‌کنند تا شمکلی در سرویس‌دهی ماهواره‌ها به وجود نیاید.

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

یک دستگاه GPS می‌تواند سیگنال‌های رادیویی را از دستگاه‌های مختلفی دریافت کند و با توجه به زمان دقیق دریافت آن‌ها دریافت می‌کند و از آن برای محاسبه فاصله خود از هر ماهواره استفاده می‌کند. معمولا برای موقعیت یابی 2 بعدی از ۳ ماهواره و در موقعیت یابی ۳ بعدی که ارتفاع نیز مد نظر است از ۴ ماهواره بهره می‌برد.

در حالت ۲ بعدی ماهواره ارتفاع گیرنده را هم سطح با سطح دریا در نظر می‌گیرد. گیرنده با استفاده از داده‌های دریافتی و محاسبات مختلف مانند کم کردن زمان ارسال از زمان دریافت به میزان فاصله خود با ماهواره ارسال کننده سیگنال دسترسی پیدا می‌کند و در ادامه با محاسبات هندسی محل قرارگیری خود را می‌یابد. پس از آن و در ادامه اطلاعات دیگری نظیر وضعیت موقعیت‌های مختلف جغرافیایی را نیز از ماهواره‌ها دریافت کرده و می‌تواند کارهایی مانند مسیریابی، وضعیت مسیرهای مختلف مانند میزان ترافیک، مسدود بودن جاده و حتی زمان احتمالی پیمودن مسیر را به دست بیاورد.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

میزان دقت GPS چقدر است؟​

دقت سیستم موقعیت‌یاب جهانی به عوامل مختلفی بستگی دارد. اگر چه ماهواره‌های GPS سیگنال‌های خود را با دقت خاصی در فضا پخش می‌کنند، اما آنچه شما دریافت می‌کنید به عوامل دیگری از جمله هندسه ماهواره‌ای، انسداد سیگنال، شرایط جوی و ویژگی‌ها و کیفیت طراحی گیرنده بستگی دارد.

به عنوان مثال، تلفن‌های هوشمند مجهز به GPS معمولاً در شعاع 4.9 متری (16 فوت) در زیر آسمان باز دقیقاً قابل مشاهده هستند. اما این دقت در ن*زد*یک*ی ساختمان‌ها، پل‌ها و درختان کمتر می‌شود. در برخی از گیرنده‌ها، دقت GPS را با استفاده از گیرنده‌های دو فرکانس و یا سیستم‌های تقویتی بهبود می‌دهند. که این امر می‌تواند موقعیت در زمان واقعی و در فاصله‌های چند سانتی متری را فعال کند.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان