سیگنـال GPS شـــــامــل: یـــک کد شبه تصادفی Pseudo
Random Code، داده ای بنام ephemeris و یک داده تقویــــمی بنام almanac می
باشد. کد شبه تصادفی مشخص کننده ماهواره ارسال کننده اطلاعات (کد شتاسایی
ماهواره) می باشد. هر ماهواره با کدی مخصوص شناسایی می شود: RPN Random
Code Pseudo این عددی است بین 1 و 32. این عدد در گیرنده هر GPS نمایش داده
می شود. دلیل اینکه تعداد این شناسه ها بیش از 24 می باشد امکان تسهیل در
نگهداری شبکه GPS باشد. زیرا ممکن است یک ماهواره پرتاب شود و شروع به کار
نماید قبل از اینکه ماهواره قبلی از رده خارج شده باشد. به این دلیل از یک
عدد دیگر بین 1 و 32 برای شناسایی این ماهواره جدید استفاده می شود.
داده Ephemeris دائما بوسیله ماهوارها ارسال می گردد وحاوی اطلاعاتی در
مورد: وضعیت خود ماهواره (سالم یا ناسالم) و تاریخ و زمان فعلی می باشد.
گیرنده GPS بدون وجود این بخش از پیام در مورد زمان و تاریخ فعلی درکی
ندارد. این بخش پیام نکته اساسی برای تعین مکان می باشد.
Almanac داده ای را انتقال می دهد که نشان دهنده اطلاعات مداری برای هر
ماهواره و تمام ماهوارهای دیگر سیستم می باشد. حال می توان شیوه کار GPS را
بهتر بررسی کرد. هر ماهواره پیامی را ارسال می کند که بــطور ســــــاده
می گوید: من ماهواره شماره X هستم، موقعیت فعلی من Y است، و این پیام در
زمان Z ارسال شده است.
هر چند که این شکل ساده شده پیام ارسالی است ولی می تواند کل طرز کار سیستم
را بیان نماید. گیرنده GPS پیام را می خواند و داده های almanac و
ephemeris را جهت استفاده بعدی ذخیــره می نماید. این اطـلاعـات می توانند
برای تصحیح و یا تنظیم ساعت درونی GPS نیز به کار روند.
حال برای تعیین موقعیت، گیرنده GPS زمانهای دریافت شده را با زمان خود
مقایسه می کند. تفاوت این دو مشخص کننده فاصله گیرنده GPS از ماهواره مزبور
می باشد. این عملی است که دقیقا یک گیرنده GPS انجام می دهد. با استفاده
از حداقل سه ماهواره یا بیشتر، GPS می تواند طول و عرض جغرافیایی مکان خود
را تعیین نماید. (که آن را تعیین دو بعدی می نامند.) و با تبادل با چهار (و
یا بیشتر) ماهواره یک GPS می تواند موقعیت سه بعدی مکان خود را تعیین
نماید که شامل طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع می باشد. با انجام پشت سر هم
این محاسبات، GPS می تواند سرعت و جهت حرکت خود را نیز به دقت مشخص نماید.
یکی از عواملی که بر روی دقت عمل یک GPS اثــر می گذارد. شکل قرار گرفتن
ماهواره ها نسبت به یکدیگر می باشد. اگر یک GPS با چهار ماهواره تبادل
نماید و هر چهار ماهواره در شمال و شرق GPS باشند طرح و هندسه این ماهوارها
برای این GPS بسیار ضعیف می باشد و شاید GPS قادر نباشد مکان یابی نماید.
زیرا تمام اندازه گیریهای فاصله در یک جهت عمومی قرار دارند. مثلث سازی
ضعیف است و ناحیه مشترک بدست آمده از اشتراک این مسافت سنجی ها وسیع می
باشد (مکانی که GPS برای مکان خود تصورمی کند بسیار وسیع می باشد ودر نتیجه
تعیین دقیق محل آن ممکن نیست) در این موقعیتها حتی اگر GPS مکان یابی را
انجام دهد و موقعیتی را گزارش نماید دقت آن نمی تواند زیاد خوب باشـــــــد
(کمتر از 500-300 فیت). اگر همین چهار ماهواره در چهارجهت (شمال، جنوب،
شرق، غرب) و با زوایای 90 درجه قرار داشته باشند طرح این چهار ماهواره برای
GPS مزبور بهترین حالت می باشد چرا که جهات مسافت سنجی
چهار جهت متفاوت و نقطه اشتراک این مسافت سنجی ها بسیار کوچک می باشد. و
هرچه این نقطه اشتراک کوچکتر باشد به معنی آن است که بیشتر به نقطه واقعی
حضور خود نزدیک شده ایم. در این موقعیت دقت عمل کمتر از 100 فیت می باشد.
طرح و هندسه قرار گرفتن ماهواره ها هنگامیکه GPS نزدیکی ساختمانهای بلند،
قلل کوهها، دره های عمیق و یا در وسایل نقلیه قرار گرفته باشد به مساله
مهمتری تبدیـل می گردد. اگر مانعی در رسیدن سیگنالهای بعضی از ماهواره ها
وجود داشته باشد GPS می تواند از بقیه ماهواره ها بـــرای مکان یابی خود
استفاده نماید. هرچه این موانع بیشتر و شدیدتر شوند مکان یابی نیز مشکل تر
می گردد.
یک گیرنده GPS نه تنها ماهواره های قابل استفاده را تشخیص می دهد بلکه مکان
آنها را در آسمان نیز تعیین می کند. (ارتفاع و زاویه) منبع دیگر ایجاد خطا
"چند مسیری" می باشد. "چند مسیری" نتیجه انعکاس سیگنال رادیویی به وسیله
یک شی می باشد. این پدیده باعث ایجاد تصاویر سایه دار در تلویزیونها می
گردد هر چند در آنتن های جدید این شکل به وجود نمی آید، این پدیده در آنتن
های رو تلویزیونی قدیمی به وجود می آمد.
بروز این اختلال برای GPS ها به این شکل است که امواج بعد از انعکاس به
وسیله اشیاء (مانند ساختمانها یا زمین) به آنتن GPS برسند. در این صورت
سیگنال مسیر بیشتری را تا رسیدن به آنتن GPS طی می کند و این باعث می شود
که GPS فاصله ماهواره را بیشتر از آنچه هست محاسبه نماید. که باعث ایجاد
خطا در مکان یابی نهایی می گردد. در صورت بروز این اختلال تقریباً 15 فیت
بر خطای نهایی افزوده می شود. منبع دیگری نیز برای ایجاد خطا ممکن است وجود
داشته باشند. افزایش تاخیر (delay) به دلیل اثرات جوی نیز می تواند برروی
دقت کار اثر بگذارد. همچنین خطاهای ساعت داخلی GPS. در هر دو این موارد
گیرنده GPS طوری طراحی شده است که این اثرات را جبران نماید. ولی خطاهای
کوچکی بر اساس همین اثرات همچنان بروز خواهند کرد.
در عمل، دقت کار یک GPS غیر نظامی معمولی، با توجه به تعداد ماهواره های
تبادلی و طرح قرار گرفتن آنها بین 60 تا 225 فیت می باشد. GPS های پیچیده
تر و گرانتر می توانند با دقت هایی در حد سانتیمتر کار کنند. ولی دقت یک
GPS معمولی نیز می تواند به کـــمک پـــردازشی بـــه نـــام DGPS
Differential GPS به حدود 14 فیت یا کمتر برسد. سرویس های DGPS با هزینه
کمی قابل اشتراک می باشند. سیگنال تصحیحات DGPS توسط سازمان Army Corps Of
Engineers و از ایستگاههای مخصوص ارسال می گردد. این ایستگاهها در فرکانس
KHZ.325- 283.5 کار می کنند تنها هزینه استفاده از این سرویس خریدن یک
دامنه از این سیگنالها می باشد. با این کار یک گیرنده دیگر به GPS ما متصل
می شود (از طریق یک کابل سه رشته ای) و عمل تصحیح را طبق یک روش استاندارد
به نام (RTCM SC-104) انجام می دهد. اشتراک سرویس های DGPS از طریق امواج
رادیویی FM نیز ممکن می باشد.
چه کسانی از GPS استفاده می کنند؟
GPS ها دارای کاربردهای متنوعی در زمین، دریا و هوا می باشند، اساساً GPS
هر جایی قابل استفاده است مگر در نقاطی که امکان وصول امواج ماهواره در
آنها نباشد مانند داخل ساختمانها، غارها و نقاط زیرزمینی دیگر و یا زیر
دریا، کاربردهای هوایی GPS در رهیابی برای هوانوردی تجاری می باشد. در دریا
نیز ماهیگیران، قایقهای تجاری، و دریا نوردان حرفه ای از GPS برای رهیابی
استفاده می کنند.
استفاده های زمینی GPS بسیار گسترده تر می باشد. مراکز علمی از GPS برای
استفاده از قابلیت و دقت زمان سنجی اش و اطلاعات مکانی اش استفاده می کنند.
نقشه برداران از GPS برای توسعه منطقه کاری خود بــــهره می گیرند.
سایتهای گرانقیمت نقشه برداری دقت هایی تا یک متر را فراهم می آورند. GPS
ها علاوه بر صرفه جویی دقتهای بهتری را برای این سایتها به ارمغان می
آورند. استفاده های تفریحی از GPS نیز به تعداد تمام ورزشهای تفریحی متنوع
است. به عـنوان مثال برای شکارچیان، برف نوردان، کوهنوردان و سیاحان و …
در نهایت باید گفت هر کسی که می خواهد بداند که در کجا قرار دارد، راهش به
چه سمتی است، و یا با چه سرعتی در حرکت است می تواند از یک GPS استفاده
کند. در خودروها نیز وجود GPS به امری عادی بدل خواهد شد. سیستم هایی در
حال تهیه است تا در کنار هر جاده ای با فشار دادن یک کلید موقعیت به یک
مرکز اورژانس انتقال یابد. (به وسیله انتقال موقعیت فعلی به یک مرکز توزیع)
سیستم های پیچیده دیگری موقعیت هر خودرو را در یک خیابان ترسیم می کنند
این سیستم ها به راننده بهترین مسیر برای رسیدن به یک هدف خاص را پیشنهاد
می کنند.
|
