سامانه موقعیت‌یاب جهانی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
چند نمونه از گیرنده‌های جی‌پی‌اس)

سامانهٔ موقعیت‌یابی جهانی یا جی‌پی‌اس (به انگلیسی: Global Positioning System) (با نماد اختصاری GPS) منظومه‌ای از ۲۴ ماهواره است که زمین را دور می‌زند و در هر مدار ۴ ماهواره قرار دارد و توسط وزارت دفاع ایالات متحده پشتیبانی می‌شود.[نیازمند منبع] راکت‌های کوچکی نیز ماهواره‌ها را در مسیر صحیح نگاه می‌دارد. به این ماهواره‌ها نوستار (NAVSTAR) نیز گفته می‌شود. جهت شناسایی موقعیت جغرافیایی آنها بین ۱۰ تا ۱۰۰ متر امکان‌پذیر می‌سازد. این ماهواره‌ها از محاسبات ریاضی ساده‌ای برای پخش اطلاعات استفاده می‌کنند که به عنوان طول و عرض و ارتفاع جغرافیایی، توسط گیرنده‌های زمین ترجمه شده‌اند. جی‌پی‌اس در تمام شرایط به‌صورت ۲۴ ساعت در شبانه‌روز و در تمام دنیا قابل استفاده‌است، و هیچ‌گونه بهایی بابت این خدمات اخذ نمی‌شود. ماهواره‌های جی‌پی‌اس، هر روز دو بار در یک مدار دقیق دور زمین می‌گردند و سیگنال‌های حاوی اطلاعات را به زمین می‌فرستند.

تاریخچه[ویرایش]

اولین ماهواره جی‌پی‌اس در سال ۱۹۷۸ با موفقیت به فضا پرتاب شد. هدف اصلی و اولیه از طراحی جی‌پی‌اس، اهداف نظامی بوده، اما از سال ۱۹۸۰ به بعد برای استفاده‌های غیرنظامی نیز در دسترس قرار گرفت. در سال ۱۹۹۴ تمامی ۲۴ ماهواره در مدار زمین قرار گرفت.

ConstellationGPS.gif

"سیستم مکان‌یابی جهانی یک سیستم هدایت ماهواره‌ای اســت و تنها سیستمی می‌باشد که امروزه قادر است، موقعیت دقیق شما را روی زمین در هر زمان، در هر مکان و در هر هوایی مشخص کند. این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده‌اند. اولین ماهواره‌ی GPS در سال 1978 یعنی حدود 37 سال پیش در مدار زمین قرار گرفت. این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال 1980 استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شد و سرانجام در سال 1994 شبکه‌ای شامل 24 ماهواره تشکیل گردیدکه امروزه تعداد آن‌ها به عدد 28 رسیده است. خدمات این مجموعه در هر شرایط آب و هوایی و در هر نقطه از کره زمین در تمام ساعت شبانه روز در دسترس است. استفاده از این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران ندارد و استفاده از آن رایگان است. بخاطر دقت بالای این سیستم و جهانی بودن آن از این سیستم در علوم مختلف می‌باشد. این سیستم از سال 1983 با پرتاب نخستین ماهواره‌ی GPS آغاز به کار نمود. با روی کار آمدن سیستم GPS تمام سیستم‌های قبلی تعیین موقعیت ماهواره‌ای از قبیل دوربین‌های بالستیک، داپلر،N.N.S.S،SLR ،LLR ،Long-C ،Secor، به تدریج از دور خارج شدند. GPS یک سیستم عملیاتی و همیشه در حال آماده‌باش است که در تمامی شرایط آب و هوایی دارای کارآیی می‌باشد؛ فرکانس امواجی که توسط ماهواره‌های GPS ارسال می شوند در حد گیگاهرتز است وهیچ شرایطی اثری روی این امواج ندارند؛ این سیستم در طول 24 ساعت شبانه روز فعال است و در هر زمان و در هر مکان که لازم باشد می‌توان توسط آن تعیین موقعیت کرد.masoudghasemi"

مشخصات فنی[ویرایش]

مشخصات کلی[ویرایش]

  • تکمیل کانال ۲۴ (NAVSTAR) عددی ماهواره‌ای: ۱۹۹۴
  • تکمیل کانال ۲۹ عددی ماهواره:
  • عرض هر ماهواره: ۱۸/۵ متر
  • طول باتری‌های خورشیدی: ۵/۵ متر

GPSمنظومه ای متشکل از 24 ماهواره با مشخصات ذیل[ویرایش]

• 24ماهواره در 6 مدار MEO مدار MEO(Mediom earth orbit): (ماهواره ها در این مدار دقیقا همزمان با گردش زمین به دور خود در مدار میچرخند: این مدار برای ماهواره های مخصوص قطب شمال و جنوب می باشد. مسیر حرکت روی این ماهواره ها به صورت بیضی است. فاصله این مدار از زمین بین 8000 تا 20000 کیلومتر است به این علت که این مدار دارای پریودی درست برابر گردش زمین است به نام مدار 24 ساعت نیز خوانده می شود.)

• زاویه شیب هر مدار 55 درجه نسبت به استوا و بعد 60 درجه

• اولین ماهواره در سال 1978 به فضا پرتاب شد و در سال 1994 سیستم کامل گردید

• مدت زمان یک گردش کامل ماهواره به دور زمین 11 ساعت و 57 دقیقه نجومی

• این سیستم تحت نظارت وزارت دفاع آمریکا (DOP) و نیروی هوایی است

• سیستم در موقعیت یاب مجزا SPS برای اهداف غیر نظامی و PPS برای کاربرد نظامی دارد

• سیگنال L1/CA برای کاربران معمولی و سیگنال L1 , L2 برای کاربران نظامی است

• علاوه بر سیگنال L1 - L2 یک سیگنال جدید L2C که کاربری غیر نظامی دارد در ماهواره های جدید اضافه شده است

• حذف موقت SA در سال 2000 با دستور بیل کلینتون رئیس جمهور وقت آمریکا و خاتمه SA در ماهواره های بلوک III و جدیدتر

• کلیه پرتاب های ماهواره های جدید GPS توسط ULA (کنسرسیوم مشترک شرکت بوئینگ و لاکهید مارتین) و توسط موشک ماهواره بر دلتا 4 از پایگاه کیپ کاناورال انجام میگیرد "

ارسال کردن اطلاعات[ویرایش]

"هر ماهواره GPS بطور مستقل اطلاعات زیر را توسط آنتنهای تعبیه شده بر روی بدنه اش به زمین ارسال می نماید: 1) امواج حامل

               الف) موج حامل (L1) با فرکانس   f1=1500 MHZ 
               ب) موج حامل (L2) با فرکانس    f2=1200 MHZ   

2)کدهای اطلاعاتی(بصورت دودویی) :

             الف) کدغیر نظامی(کد C/A ) ؛      MHZ   f=1.023                   
              ب ) کد دقیق (کد P ) ؛               f=10.23 MHZ
           ج ) کد سری (کد Y) ؛               f=10.23 MHZ

برای رسین به حداکثر دقت و کارآیی GPS توسط یک گیرنده باید از گیرنده ای استفاده کرد که هر دو موج حامل L1 و L2 و کدهای فوق را دریافت نموده وقابلیت آنتی اسپوفینگ (AS) داشته باشد؛ یعنی بتواند کد سری Y را به یک کد P وبالعکس تبدیل کند. 3) پیام ماهواره (Message) با فرکانس f=1500 MHZ که حامل اطلاعات زیر می باشد:

           الف) اطلاعات مدار ماهواره که مربوط به موقعیت ماهواره می شود.
           ب) اطلاعات مربوط به زمان
           ج) اطلاعات شماره ماهواره
            د) اطلاعات مربوط به ضریب دقت آرایش هندسی  ماهواره ها (لازم به ذکر است که چنانچه ماهواره ها در افق منطقه مورد نظر باشند نه در بالای سر و یا اگرزاویه هر دو ماهواره با هم 120 درجه باشد تعیین موقعیت محل دارای دقت بیشتری خواهد بود.) 

مجموعه اطلاعات فوق یعنی امواج حامل،کدهای اطلاعاتی و پیام ماهواره ، همراه یکدیگر توسط مدولاسیون فاز بسمت زمین مخابره شده و گیرنده های زمینی که قابلیت ها و انواع متفاوتی دارندضمن دریافت مجموعه فوق پس از عمل De Modulation هر بخش را برای منظور خاص خود مورد استفاده قرار می دهد.لازم به ذکر است که بهترین و دقیق ترین گیرنده ، گیرنده ایست که قابلیت در یافت کلیه اطلاعات ذکر شده در موارد سه گانه بالا را داشته باشد و بتواند هر یک را به طرقی جداگانه دریافت کند و ارزان ترین گیرنده هم گیرنده ایست که تنها قابلیت دریافت موج حامل L1 ،کدC/A و پیام ماهواره را دارد.لازم بذکر است که کد CA فقط بر روی موج L1 مدوله میشود ولی کد P بر روی هر دو موج وجود دارد."

ایستگاه ها[ویرایش]

"ایستگاه های زمینی 5 عدد است که ایستگاه اصلی با نام کلرادو اسپرینگ در آمریکا قرار داردو 4 ایستگاه فرعی دیگر در نقاط دیگر کره زمین مستقر هستند. آخرین بخش از سیستم GPS ، قسمت USER یا کاربران سیستم می باشد که خود شامل دو بخش است :

      الف) آنتن دریافت کننده اطلاعات ارسالی از ماهواره ها 
      ب) گیرنده (پردازش کننده اطلاعات دریافتی و تعیین کننده موقعیت محل آنتن)

نرم افزار و میکروپروسسور داخل گیرنده فاصله بین آنتن زمینی تا ماهواره های مرتبط با گیرنده ه را تعیین می کند سپس با استفاده از حداقل 4 ماهواره موقعیت X وY و ارتفاع محل استقرار آنتن یا همان گیرنده تعیین می شود.

* نکته مهمی که می بایست مورد توجه قرار گیرد اینست که ارتفاعی که GPS به ما 

می دهدبا ارتفاع موجود در نقشه ها و اطلس ها فرق میکند.ارتفاع GPS نسبت به سطح مبنایی بنام بیضوی است در حالی که ارتفاع موجود در نقشه ها ارتفاع اورتومتریک می باشدکه از سطح دریاهای آزاد محاسبه می گردد.مقدار این اختلاف در بیش ترین حالت در حدود 100 متر می باشد."

نمونه کاربردها[ویرایش]

"نمونه ای از کاربردهای سیستم GPS پیش بینی زلزله (در حال حاضر برای پیش بینی زلزله بیش از 1200عدد GPS در ژاپن نصب شده و همچنین فقط در اطراف شهر لس آنجلس آمریکا ،250عدد GPS در حال اندازه گیری و فعالیت 24 ساعته هستند.) ، نقشه برداری ، کاداستر ، کنترل امور مربوط به حمل و نقل و ترافیک ، کنترل حرکات تکتونیکی زمین ، کنترل جابجایی سدها و برج های بلند، پیش بینی وضع هوا (از طریق اندازه گیری میزان انرژی موج فرستاده شده از سوی GPS پس از عبور از لایه های جو و ابرهای موجود در منطقه مورد نظر) ، ناوبری (زمینی،هوایی،دریایی) ، هیدروگرافی(آبنگاری) ، تعیین موقعیت سکوهای دریایی نفتی،تعیین موقعیت جزیره های مرجانی، مین یابی ، SCAN کردن دریا ، بروز رسانی سیستم های تعیین موقعیت اینرشیال ، استفاده جهت کنترل ماهواره های سنجش از دور(Remote Sensing) و.............."

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

پیوند به بیرون[ویرایش]