سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) - مقاله دوم چاپ
مطالب آموزشی - ناوبری
سه شنبه, 23 اسفند 1390 ساعت 18:48

آشنايي با GPS

سیستم موقعیت یاب جهانی (Global Positioning Systems)، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبکه ای با 24 ماهواره تشکیل شده است. این ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده اند. این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال 1980 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 ساعت شبانه روز در دسترس است. پدید آورندگان این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رایگان است.

ماهواره های GPS، بیست و چهار ساعته در مداری به طول 11000 مایل دریایی بالای زمین در حرکت بوده و پیوسته بوسیله ایستگاه‌های زمینی در سراسر جهان نظارت می‌شوند. ماهواره ها سیگنال‌هایی می‌فرستند که برای هر کس با یک گیرنده GPS قابل شناسایی می‌باشد. با به کارگیری گیرنده GPS می توان موقعیت خود را با دقت بالا تعیین نمود(دقت مکانی در هر مکان از یک متر تا 100متر بسته به نوع تجهیزات متفاوت می باشد(.

GPS چگونه عمل می کند؟

ماهواره های این سیستم، روزی 2 بار در مداراتی دقیق بدور زمین می گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می کنند. گیرنده های GPS این اطلاعات را دریافت و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می کند. از اختلاف این دو زمان فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می گردد سپس این عمل را با داده های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با اختلافی ناچیز ، معین می کند .

گیرنده به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل 3 ماهواره برای محاسبه 2 بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل 4 ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی (ارتفاع) نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت(قطب نما)، مسیر پیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطلاعات مفید دیگر، می نماید.


ماهواره های سیستم

۲۴ ماهواره ی GPS در مدارهایی بفاصله ۳۶۶۰۰ کیلومتری از سطح دریا گردش می کنند. هر ماهواره دقیقا طی ۱۲ ساعت با سرعت ۱۱ هزار کیلومتر بر ساعت یک دور کامل بدور زمین می گردد.

این ماهواره ها نیروی خود را از خورشید تامین می کنند ولی باتری هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه ی زمین حرکت می کنند بهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره ها را در مسیر درست نگاه می دارند. به این ماهواره ها NAVSTAR نیز گفته می شود.

در اینجا به برخی مشخصه های جالب این سیستم اشاره می کنیم:

· اولین ماهواره GPS در سال ۱۹۷۸ در مدار زمین قرار گرفت.

· در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل شد.

· عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین می گردد.

· هر ماهواره حدود ۲۰۰۰ پاوند وزن دارد و درازای باتری های خورشیدی آن ۵.۵ متر است.

· انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از پنجاه وات میباشد.

GPS برای چه کسانی کاربرد دارد؟

بسته به نوع مصرف و بودجه می توانید از انواع گیرنده های GPS بهره ببرید. امروزه بهای گیرنده های GPS بطور چشمگیری کاهش یافته و هم اکنون در کشور ما با بهایی معادل یک گوشی متوسط موبایل نیز می باشد. در کشورهای توسعه یافته از این سیستم جهت کمک به راهبری خودرو، کشتی و انواع وسایل نقلیه استفاده می شود.

هر چه نقشه های منطقه ای که در حافظه گیرنده بارگذاری می شود دقیق تر باشد، سرویسهایی که از GPS می توان دریافت داشت نیز ارتقا می یابد. برای مثال، می توان از GPS مسیر نزدیکترین پمپ بنزین، تعمیرگاه و یا ایستگاه قطار را سوال نمود و مسیر پیشنهادی را دنبال کرد. دقت مکان یابی این سیستم در حد چند متر می باشد، که بسته به کیفیت گیرنده تغییر می کند. از سیستم موقعیت یابی جهانی می توان در کارهایی چون نقشه برداری و مساحی، پروژه های عمرانی، کوهنوردی، برف نوردی ، صحرانوردی ، شکار، کایت سواری، سفر در مناطق ناشناخته، اتومبیلرانی ، کشتیرانی و قایقرانی، عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زمین لرزه و هر فعالیت دیگر که نیازمند محل یابی باشد، بهره برد .

از مهمترین قابلیتهای این دستگاه ثبت دقیق مسیر پیموده شده، نمایش ارتفاع، ثبت سرعت لحظه ای و سرعت متوسط، محاسبه مساحت، قطبنمای الکتریکی و ... می باشد.

هر کس که بخواهد موقعیت مکانی خود را بداند و به کجا می رود به این سیستم نیازمند است، با توجه به کاهش شدید بهای گیرنده های این سیستم، و افزایش امکانات آنها، این تکنولوژی در آینده نزدیک بیش از پیش در اختیار همگان قرار خواهد گرفت.

GPS که سرواژه عبارت زیر و به معنی سیستم موقعیت یابی جهانی (Global Position System) می باشد، توسط صنایع نظامی امریکا به منظور راهنمایی دقیق سربازان برای یافتن مسیر درست طراحی شد (که هنوز از طرف ارتش امریکا به کار برده می شود). از زمانی که دولت امریکا GPS را در اختیار عموم گذاشت (ماه مه سال 2000) مردم کاربردهای مختلفی برای آن پیدا کردند. در حال حاضر، مردم، مؤسسات، و سازمانهای دولتی از فناوری GPS برای هر چیزی از پیدا کردن مقصد سفر تا ردیابی اتومبیلهای یک شرکت بهره می گیرند . کشور سوئیس از آن برای وسایل نقلیه سنگین استفاده می کند .
بسیاری از مردم از تجهیزات GPS به دلایل امنیتی بهره می گیرند . گردشگران ، قایق رانها از آن برای پیدا کردن مقصد و بازگشت سالم به منزل سود می جویند . اگر یک وسیلة GPS و یک تلفن موبایل در اتومبیل خود داشته باشید در صورت وقوع تصادف قادر خواهید بود که سرویسهای اورژانس را به آسانی به طرف مکان خود هدایت کنید .


گیرنده های سیستم GPS

بخشهای اصلی یک گیرنده GPS عبارتند از :

1. آنتن با Preamplifier

2. بخش (RF (Radio Frequency

3. بلوک ردیابی سیگنال

4. واحد ورودی دستورات و واحد نمایش

5. واحد خروجی و ذخره داده ها

6. منبع نیرو

7. میکروپروسسور

آنتن:

آنتن گیرنده وسیله ای است جهت تبدیل انرژی الکترومغناطیسی موج به جریان الکتریکی
به عبارت ساده تر ، آنتن سیگنالهای ماهواره های بالای افق خود را دریافت و بعد از انکه نویزها را به کمک فیلتر هایی از ورودی سیگنالها برداشته آنها را به بخش RF انتفال می دهد
یک مشخصه اصلی در آنتها الگوی حصول (Gain Panern ( آنها می باشد که حساسیت آنها در دریافت سیگنالهای ارسالی از زاویه ارتفاعی مشخصی را نشان می دهد . بر طبق این الگو انتنها موظف می شوند که سیگنالهای ارسالی از ماهواره ها را تا زاویه ارتفاعی مشخصی دریافت کنند . Gain آنتن باید متناسب با نوع کاربرد گیرنده باشد . به عنوان مثال در کارهای Static در مکانهای شهری ، Gain آنتن باید به گونه ای باشد که امواج ارسالی از ماهواره ها با زاویه ارتفاع پایین را دریافت نکند (جهت اجتناب از بروز پدیده چند مسیری ( Multipath ) ) و در کاربرد های ناوبری در دریا ها انتنهایی با Gain بالا نیاز است تا امواج مربوط به ماهواره ها با زاویه ارتفاعی پایین را نیز دریافت کند .

توضیح: یکی از اثرات و خطاهایی که در GPS با آن مواجه هستیم ، اثر چند مسیری (Multipath) می باشد . این پدیده در اثر انعکاس امواج از سطح منعکس کننده مانند ساختمانها به وجود می آید . در اثر این پدیده آنچه گیرنده دریافت می کند سیگنالی است که از دو یا چند مسیر مختلف به آن رسیده است . جهت اجتناب از این مسئله معمولاً الگوی حصول آنتن را به گونه ای طراحی می کنند که سیگنالهای ماهواره ها تا زاویه ارتفاعی مشخصی را ردیابی نمایند که به این زاویه ارتفاعی Cut of angle می گویند . معمولاً Cut of angle را 15 درجه اختیار می کنند . یعنی آنتنها سیگنالهای ارسالی با زاویه ارتفاعی کمتر از 15 درجه را دریافت نمی کنند . الگوی خصول آنتن باید به گونه ای باشد که اجازه ورود سیگنالهای چند مسیری را به گیرنده ندهد.

یک مشخصه دیگر آنتنها ، استحکام مرکز فاز آنها می باشد . مرکز الکترونی آنتنها باید بر مرکز فیزیکی آنها نزدیک باشد و همچنین باید نسبت به دوران هم غیر حساس باشد . این مسئله به خصوص در کاربردهایی که آنتن در حال حرکت است اهمیت زیادی دارد . برای آنتنهای مورد استفاده در کاربردهای دقیق تعیین موقعیتی ، مرکز فاز آنتن یعنی مرکز آلکتریکی آن که موقعیت به آن منسوب می شود باید از استحکام بالایی برخوردار باشد.


انواع آنتنهای GPS:

باید ذکر کنم که انواع مختلفی از آنتنها در سیتم GPS مورد بهره برداری قرار می گیرند اما عمده آنها عبارتند از :

· Dipoles یا Monopole

· Quadrifila Helix یا Volutes

· Spiral Helix

· Micro Strip

· Choke Ring

لازم به ذکر است که برخی از آنتنهای ذکر شده مانند Micro strip به یک Ground Plane نیاز دارند که معمولاً این نیاز با قطعات فلزی که المانهای آنتن Micro strip روی آن قرار می گیرد مرتفع می شود

خصوصیات آنتن ها: Dipoles یا Monopole

- به یک Ground Plane نیاز دارد

- تک فرکانسه هستند

- عمده مزیت آنها این است که اندازه آنها کوچک بوده و به آسانی قابل ساخت هستند
-
اندازه Ground Plane می تواند به گونه ای طراحی شود که خطای چند مسیری را کاهش دهد

Quadrifila Helix
یا Volutes :


- به Ground Plane نیاز ندارند

- تک فرکانسه هستند

- از نقطه نظر ساخت پیچیده تر از گیرنده های Dipole می باشند

- Gain Pattern خوبی دارند


Spiral Helix :

- دو فرکانسه هستند

- Ground Plane خوبی دارد

- مرکز فاز این آنتنها از استحکام خوبی برخوردار نیست

Micro Strip :

- ممکن است تک فرکانسه یا دو فرکانسه باشند

- از نقطه نظر ساخت ساده هستند

- با داشتن مقطع کوچک برای کاربردهای ناوبری ایده آل هستند

- عیب عمده این آنتنها این است که Gain یایینی دارند

Choke Ring :

- عموماً دو فرکانسه هستند

- به یک Ground Plane نیاز دارند

- شامل چندین حلقه متحدالمرکز به محور قائم آنتن هستند

- - Ground Plane به گونه ای طراحی شده اند که اثر چند مسیری را کاهش می دهند .

بخش Radio Frequency :

بخش RF بخش اصلی آنتن و در واقع قلب گیرنده می باشد . وظیفه اصلی این بخش ، تبدیل فرکانسهای سیگنال در یافتی در آنتن به فرکانس پایین تر که فرکانس متوسط IF یا فرکانس بیت می باشد
یک قسمت مهم در این بخش ، تعداد کانالها و به عبارت دیگر تعداد ماهواره هایی است که می توانند به طور همزمان ردیابی شوند . در گیرنده های قدیمی ، تعداد کانالها محدود بود و ردیابی ماهواره ها به صورت متوالی روی همان کانال صورت می گرفت (حدود هر 20 ثانیه یک ماهواره تعقیب می شد و در انتهای این زمان ماهواره بعدی تعقیب می شد (.

امروزه بیشتر گیرنده ها ، ماهواره ها را در کانالهای جداگانه ردیابی می کنند و ردیابی ماهواره ها به صورت پیوسته صورت می گیرد . گیرنده های چند کاناله ، دقت بیشتری دارند و نسبت به گم کردن سیگنال و قطع Lock غیر حساس تر هستند ، اما دارای بایاسهای بین کانالی می باشد که این بایاسها در گیرنده های مدرن می تواند به طور کامل کالیبره شده و در سطح کمتر از 1/0 میلیمتر نگه داشته شوند

المنهای اصلی بخش RF عبارتند از :

- اسیلاتورها ، برای تولید فرکانس مرجع

- فیلتر ها ، برای حذف فرکانسهای ناخواسته

- Mixer ها ، جهت ضرب فرکانسها در هم


ارکان GPS

یک سیستم GPS دارای سه بخش است:


بخش فضایی:

این بخش شامل 24 ماهواره است که هر کدام به تنهایی دارای یک مدار 11000 مایل دریایی در بالای زمین هستند. هر ماهواره حدودا 10سال یا بیشتر فعال می‌باشد.

چرخش ماهواره‌های GPS به دور زمین، دو باردر روز و حدود 20200 کیلومتر، بالای سطح زمین می باشد. در هر زمان از شبانه روز حداقل 4 ماهواره یا بیشتر بالای سر ما در آسمان قرار دارند. برای تخمین موقعیت به وسیله گیرنده به حداقل 4ماهواره نیاز است.


بخش کنترل (نظارت(:

بخش کنترل مغز GPS است. این بخش اداره کننده تمامی ماهواره ها می باشد.
این بخش از ایستگاه‌های زمینی تشکیل شده است (پنج عدد از آنها، در اطراف زمین قرار دارند) که ماهواره ها را از کارکرد درست مطمئن می سازند.

ارتش آمریکا، بخش اصلی سایت کنترل در نیروی هوایی فالکون، واقع در کلورادو اسپرینگ (the Falcon Air Force Base in Colorado Springs) در آمریکا را اداره می کند.

یک بار گردش به دور زمین در فضا برابر یک مدار می باشد. هریک از ماهواره های GPS دوازده ساعت زمان نیاز دارند تا یک بار مدار زمین را طی کنند. هر ماهواره به یک ساعت دقیق مجهز شده است که به آن اجازه می دهد سیگنال های زوج را با یک پیام زمانی بسیار دقیق مخابره کند(with a precise time message). دستگاه (قسمت) زمینی، سیگنال مخابره شده از ماهواره (که با سرعت نور حرکت می کند) را دریافت می کند. حتی در این سرعت، زمان رسیدن سیگنال به گیرنده قابل اندازه گیری می باشد. تفاوت زمانی میان سیگنال فرستاده شده و زمان دریافت آن، مضربی از سرعت نور می باشد که گیرنده را قادر می سازد تا فاصله از ماهواره را محاسبه کند. برای اندازه گیری دقیق طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع، گیرنده زمانی را که صرف می شود تا سیگنال ها از چهار ماهواره جدا گانه به آن برسند را محاسبه می‌کند.

سیستم GPS می‌تواند موقعیت هر جایی بر روی زمین یا بالای زمین را با اندازه تقریبا 300 فوت(90 متر)، نمایش دهد.


بخش کاربر:

این بخش از گیرنده‌هایی تشکیل شده که می توان آن را در دست نگه داشت یا بر روی اتومبیل سوار نمود.
با این که GPS برای ارتش طراحی شده است ولی شمار کاربران شهری از کاربران نظامی بیشتر است. بعضی از کاربران اصلی GPS عبارتند از:

- سرویس های اورژانس- مانند آتش نشانی، آمبولانس در تعیین موقعیت افراد آسیب دیده.

- پی گیری وسایل نقلیه - مانند نگهداری و پی گیری کامیونها، قطارها، اتوبوسها و غیره.

- هوانوردی - خلبانان از آن برای راهبری هواپیماها استفاده می کنند.

- کشاورزی- کشاورزان از GPS برای کنترل بهتر محصولاتشان استفاده می کنند.

- جمع آوری داده های GIS- شهرها برای موقعیت سرویس هایشان مانند خطوط نیرو و لوله کشی آبها در خیابانها از آن استفاده می کنند.

- ماهیگیران و دریانوردان در دریا از آن جهت هدایت قایق‌ها یا تشخیص یک موقعیت در دریا استفاده می‌کنند.

- در هدایت وسایل نقلیه با استفاده از GPS برای رسیدن به مقصد، نیاز به نقشه نیست.

- گردشگران و کوهنوردان از آن استفاده می کنند تا میسر خود را پیدا کنند.

ماهواره‌ها در فضا:

همانطور که گفته شد سیستم فضایی GPS از 24 ماهواره تشکیل شده است که هر یک از آنها، هر 11000 مایل دریایی در بالای زمین را در مدت 12ساعت(یک مدار) طی می‌کند.

ماهواره‌ها در فضا به صورتی قرار می‌گیرند که می‌توانیم تقریبا 100 درصد از مواقع، سیگنال‌ها را از شش عدد آنها در هر نقطه روی زمین دریافت کنیم، زیرا جهت بدست آوردن بهترین اطلاعات مربوط به هر موقعیت، سیگنال‌های زیادی نیاز است. همچنین ماهواره ها به ساعت‌هایی جهت نگهداری زمان دقیق مجهز هستند. این دقت در حد سه نانو ثانیه(سه میلیاردیوم ثانیه 000000003/0) بوده و بسیار مهم می باشد، زیرا گیرنده باید به درستی تعیین کند که سیگنال‌هایی که از هر ماهواره GPS می رسد، از چه ارتفاعی گرفته شده است (این اطلاعات برای محاسبه موقعیت گیرنده مورد استفاده قرار می گیرد)

اولین ماهواره GPS در سال 1978 پرتاب شد. 10 ماهواره اول که Block I نام داشتند به منظور توسعه این تکنولوژی (developmental satellites) فرستاده شدند. از سال 1989 تا 1993 ، 23 ماهواره های تولیدی (production satellites) به نام Block II پرتاب شدند. پرتاب بیست و چهارمین ماهواره در سال 1994 این سیستم را تکمیل کرد.

24 ماهواره GPS با مدار 11000 مایلی در بالای زمین، در تمام شبانه روز به نظامیان و غیر نظامیان خدمت رسانی می کنند. این شبکه از ماهواره ها هسته ای از دقیق ترین سیستم ناوبری که تابه امروز ساخته شده است را می سازد.


ایستگاه‌های کنترل زمینی و گیرنده‌ها

ایستگاه‌های کنترل زمینی:

کنترل GPS یا بخش زمینی، از ایستگاه‌های محلی اطلاع دهنده اتوماتیک(خودکار) در نواحی مختلف اطراف زمین(هاوایی و ماژالین در اقیانوس آرام، دیگو گارسیا در اقیانوس هند، جزیره اسنشن در اقیانوس آرام و کولورادو اسپیرینگ در کولورادو )، یک ایستگاه اصلی در اشریور (فالکن) پایگاه هوایی کولورادو اسپیرینگ و چهار ایستگاه آنتن بزرگ که سیگنال ها را به سمت ماهواره ها ار سال می کنند، تشکیل شده اند. همچنین این ایستگاه ها، ماهواره های GPS را ردیابی و اطلاع رسانی می‌کنند.

گیرنده ها:

گیرنده‌های GPS می‌توانند توسط دست حمل شوند(GPS دستی) یا بر روی هواپیما، کشتی، تانک، زیردریایی، اتومبیل و کامیون نصب شوند. این گیرنده ها سیگنال های ماهواره های GPS را دریافت، رمزگشایی و در نهایت آنها را پردازش می‌کنند. امروزه بیشتر از 100 مدل گیرنده متفاوت با اندازه های مختلف در حال استفاده هستند(به اندازه یک تلفن بی سیم در گیرنده های دستی و حتی کوچک تر از آن در مدل های جدید دیده می شوند).

به عنوان نمونه دستگاه های دستی که به نیروهای ارتش آمریکا در جنگ خلیج فارس داده شد تنها 28 اونس وزن داشتند.

GPS در پی‌جویی‌های صحرایی، اکتشاف نفت و گاز و شرکتهای خدمات رفاهی(آب و برق و ...) جهت موقعیت یابی دقیق استفاده می شود.


چگونگی کارکرد GPS:

اصلی که GPS به آن متکی می‌باشد اندازه گیری فاصله (مسافت یا Range) میان گیرنده و ماهواره است. همچنین ماهواره‌ها بدرستی اعلام می‌کنند در کجای مدار خود در بالای زمین قرار دارند. GPS تقریبا به صورت زیر کار می کند:

اگر فاصله درست یک پدیده از یک ماهواره در فضا مشخص باشد می توانیم بگوییم در جایی بر روی سطح فرضی کره‌ای با شعاع برابر فاصله تا شعاع ماهواره قرار دارد. اگر فاصله درست از دو ماهواره مشخص باشد، می توان گفت در جایی بر روی خطی که از محل تقاطع دو کره می گذرد قرار دارد و اگر سومین اندازه گیری هم موجود باشد، آنجا تنها دو نقطه وجود دارد که جسم می تواند بر روی آن قرار بگیرد. یکی ازاین دو نقطه غیر ممکن بوده و گیرنده GPS دارای متدهای ریاضی می باشد که قادر است موقعیت غیر ممکن را حذف نماید.

یک گیرنده GPS موقعیت مکانی را با استفاده از روشی بنام "برد ماهواره ای" یا Satellite ranging تخمین می‌زند.

یک گیرنده GPS همیشه می تواند معین کند که پدیده ها کجا قرار دارند، مشروط بر این که دو نمونه کلیدی از اطلاعات موجود باشد:

1) فاصله بین گیرنده و هر ماهواره (حداقل 4 ماهواره یا بیشتر).

2) موقعیت کامل هر یک از ماهواره ها در فضا.


یک سیستم شگفت انگیز:

سیستم GPS از ماهواره هایی تشکیل شده که مسیرهایشان توسط ایستگاه های زمینی کنترل می شوند. هر ماهواره‌ای سیگنال‌های رادیویی تولید می کند که اجازه می دهد یک گیرنده، موقعیت ماهواره و فاصله بین ماهواره و گیرنده را تخمین بزند. گیرنده، اندازه گیری ها را برای محاسبه جایی بر روی یا بالای کره زمین که کاربر یا جسم در آنجا قرار دارد به کار می گیرد.


کاربردهای GPS:
GPS کاربردهای فراوانی در مسائل نظامی و زندگی شخصی افراد دارد.


کاربردهای نظامی GPS:

اگرچه مجموعه فلکی ماهواره GPS(مجموعه ماهواره های موجود در اطراف زمین) اخیرا تکمیل شده است، ولی پیش از این ثابت شد که کمکی بسیار ارزشمند برای ارتش آمریکا بوده است. تصور یک بیابان که وسعت زیادی داشته و گسترشی بی شکل از ماسه دارد باعث می‌شود زمین برای مایل ها بسیار یکنواخت به نظر برسد. بدون یک سیستم ناوبری قابل اطمینان نیروهای آمریکایی قادر نبودند مانور عملیات طوفان صحرا (Operation Desert Storm) را به انجام برسانند.

به وسیله GPS، توانسته بودند به میدان رفته و در طوفان شن یا حتی در شب مانور بدهند حتی موقعی که سربازان در آنجا قادر به زندگی نبودند. قبل از اتمام جنگ، بیش از 9000 گیرنده تجاری قابل حمل (پرتابل) در منطقه خلیج توسط سربازان در حال استفاده بود. آنها توسط سربازان، وسایل نقلیه، هلی کوپتر و حتی پانل‌های دستگاه هواپیما حمل می‌شدند.

گیرنده های GPS در چند نوع هواپیما قابل استفاده بودند، از جمله درشکاری F-16، سوخت رسان هوایی KC-135 و بمب‌افکن B-2 . کشتی های نیروی دریایی نیز از آنها برای پیدا کردن محل ملاقات‌ها، مین یابی و عملیات هوایی استفاده می کردند.

GPS تقریبا در تمام عملیات نظامی و سیستم های جنگ افزاری، مهم تلقی شده است. به علاوه در ماهواره ها از GPS برای بدست آوردن داده های خیلی دقیق مداری و کنترل جهت یابی سفینه های فضایی استفاده می شود.

GPS، پایه یک سیستم مختصات است که به آن سیستم ژئودتیک جهانی 1984 (Geodetic system 1984 Word) یا WGS 84گفته می شود. این سیستم شبیه خطوط طول و عرض جغرافیایی بوده روی نقشه های دیواری در مدرسه‌ها قابل رؤیت است. سیستم WGS 84 چارچوبی ساختاری برای تمام فعالیت‌های نظامی در دسترس قرار می‌دهد که حتی واحدهای نظامی را می‌تواند در مانورشان هماهنگ سازد.


استفاده های GPS در زندگی روزمره:

سیستم GPS جهت نیازهای نظامی وزارت دفاع پیشرفت نمود. اما امروزه دائما روش‌های جدیدی برای استفاده از امکانات آن ابداع می شود. همانطور که قبلا گفته شد این سیستم در هواپیماها و کشتی‌ها استفاده می شود، اما روش‌های زیاد دیگری امروزه برای استفاده از GPS وجود دارد.
به عنوان مثال در جریان ساخت تونل زیر زمینی کانال انگلستان، کارکنان انگلیسی و فرانسوی از دو انتهای تونل در مقابل هم شروع به حفاری کردند. یک گروه از داور(Dover) انگلستان و یکی دیگر در کالاییس (Calais) فرانسه. آنها برای بررسی موقعیت خود در طول مسیر به گیرنده های GPS بیرون تونل تکیه داشته و مطمئن بودند که در قسمت مرکزی تونل با یکدیگر ملاقات می کنند، در غیر این صورت تونل کج می‌شد.

می توان یک اتومبیل را با یک سیستم نمایشگر ویدئویی در داشبورد آن تصور کرد. در حال حاضر ردیابی وسیله نقلیه یکی از کاربرد های در حال رشد GPS می باشد. تجهیزات GPS در ناوگان وسایل نقلیه، سیستم های حمل و نقل عمومی، کامیون‌های حمل بار استفاده می شود، حتی پیک‌های خدماتی از این گیرنده‌ها برای نشان دادن موقعیت خود در تمام مواقع استفاده می کنند.

GPS در نجات زندگی نیز کمک می کند، بیشتر واحدهای پلیس، آتشنشانی و خدمات اورژانس(اضطراری) پزشکی از گیرنده‌های GPS در ماشین های خود جهت تعیین نزدیک‌ترین مرکز اورژانس که بتواند سریع ترین واکنش ممکن را نسبت به وضعیت زندگی یا سلامتی نشان دهد، استفاده می کنند.

شرکت‌های نقشه برداری و زمین‌پیمایی نیز همیشه از GPS استفاده می‌کنند. در حوضه مدیریت حیات وحش، به گونه‌ای از لاک‌پشت‌ها که در معرض انقراض نسل بودند، گیرنده های GPS متصل کردند. همچنین فرستنده هایی برای کمک به تعیین الگوی توزیع جمعیت و یافتن منابع بیماری، به کار گرفته شد.
امروزه بالن های مجهز به GPS بر سوراخ های لایه اوزون در مناطق قطبی نظارت می کنند، و با استفاده از گیرنده های GPS کیفیت هوا را گزارش می‌کنند.

همچنین شناورها داده های روانه های نفتی را با استفاده از GPS ردیابی می کنند. باستان‌شناسان و اکتشاف‌کنندگان نیز از این سیستم استفاده می کنند.

هر کس به گیرنده GPS مجهز شود با داشتن یک نقطه مرجع و استفاده از GPS می‌تواند موقعیت‌های دیگر را پیدا کند.

آینده GPS خارج از تصور است. کاربردهای جدید به صورت نمودهایی از تکنولوژی ادامه می‌یابند و ماهواره های GPS مانند ستاره هایی دست ساز در آسمان، انسان را به خوبی به قرن بیست و یکم هدایت خواهند کرد.


دقت موقعیت یابی GPS:

دقت موقعیت یابی GPS از 10متر تا چند سانتی‌متر بسته به نوع گیرنده GPS و استفاده از آن دارد. درحقیقت همه مردم به GPS های با دقت بالا نیاز ندارند. در واقع هر استفاده‌ای نیاز به یک دقت متفاوت دارد و همچنین هر سطحی از دقت دارای" معایب" و" محاسنی" می‌باشد.

به طور کلی عوامل مؤثر در دقت موقعیت یابی GPS را می توان به شرح زیر نام برد:

1. نوع و مدل گیرنده GPS(مدل‌های مختلف میزان دقت متفاوتی دارند که بسته به قیمت آن، دقت بالاتر می رود).

2. نوع استفاده از GPS(برای برخی کارها نیاز به دقت بالا می باشد، در صورتی که در برخی دیگر این دقت بالا ضرورتی ندارد).

خطاهای GPS:
تمامی موقعیت‌های GPS ها، 100% دقیق نیستند، بنابراین باید خطاهایی در آنها موجود باشد. دو انتخاب وجود دارد تا میزان خطاها را بسته به نیاز کاربر تقلیل دهد:

الف) استفاده از گیرنده های GPS متفاوت

ب) روش‌های گوناگون بدست آوردن موقعیت

برای مثال، نقشه‌برداران نیاز به دقت بالایی در اندازه گیری یک قسمت دارند. از سوی دیگر، مکان منزل شما در یک نقشه به دقت پایین تری نیاز دارد.

بعضی از خطاها که بر روی دقت موقعیت GPS اثر می گذارند در ذیل آورده شده اند.


خطای مداری:

همانطور که گفته شد موقعیت ماهواره ها وسیله اطلاعات سیگنالی که در هر لحظه از طریق ماهوارها ارسال می شوند بدست می آید. البته این پیش بینی می‌تواند کمی متفاوت از موقعیت واقعی ماهواره‌ها باشد. با اینکه این روش بهترین راه برای تعیین موقعیت‌ها(مدارها) است ولی واقعا در تمام زمان ها، نمی توان این پیش بینی را انجام داد.


خطاهای سنجیدن با ساعت:

ماهواره ها و گیرنده ها به ساعت های بسیار دقیق نیاز دارند تا بتوانند کارشان را عالی انجام دهند. کوچکترین خطا می‌تواند "محدوده اندازه گیری" (Range Measurement) را ده ها، صدها و حتی هزاران متر از گیرنده های ماهواره دور کند. برای مثال ده نانو ثانیه خطا می‌تواند حدود 3 متر خطا ایجاد نماید.


تأخیر یونوسفریک و تروپوسفریک:

این اتفاق زمانی رخ می دهد که سیگنالهای ارسالی از ماهواره ها، در طول سفر به سمت گیرنده ها طی عبور از طریق محیط‌هایی که اصطلاحا نواحی باردار Charged Area of نامیده می شود، دچار تأخیر شوند. این محیط‌های باردار عبارتند از: یونوسفر، در بالای سطح زمین و تروپوسفر در سرتاسر اتمسفر.


پارازیت گیرنده:

این خطا مربوط به کارکرد یک گیرنده GPS است. به این معنا که چگونه می‌تواند سیگنال‌های ارسال شده از ماهواره‌ها را اندازه‌گیری کند. زیرا "بعضی گیرنده ها از مابقی بهتر هستند".


خطاهای چند مسیره (Multipath errors):

سیگنال‌های GPS ممکن است از مسیر خارج شوند و باعث بروز خطاهایی در GPS شوند.

گردآوری و تدوین: محمد شاکری موحد

منبع: اینترنت و...