آشنایی با سیستم موقعیت یاب جهانی GPS

[capit 3]

شامل:
1- بررسی طرز کار جی پی اس
2- موارد استفاده از جی پی اس
3- اشنایی با منو ها و صفحات جی پی اس
4- ناوبری
5-راهنمایی خرید
6- تصاویر مدل های مختلف از جی پی اس

[capit 3]

در اواسط قرن بيستم يعني بين سالهاي 1940 تا 1950 پيشرفتهايي در زمينه پرتاب ماهواره و اكتشافات از طريق فضا پديد آمد و گسترش يافت. ماهواره آپولو 8 اولين تصاوير را از زمين در سال 1968 مخابره كرد و از اين تاريخ دوران طلايي سنجش از دور به تدريج آغاز شد
http://i.testfreaks.com/images/products/600x400/46/garmin-gpsmap-76.554798.jpg

[capit 3]

از زمان ماقبل تاريخ مردم سعي مي کردند يک راه قابل اطمينان پيدا کنند که به آنها بگويد کجا هستند و حتي آنها را به جاييکه مي روند راهنمايي کرده و سپس به خانه بازگرداند.   مردمان غارنشين وقتي که براي تهيه غذا به شکار مي رفتند، احتمالا از سنگ‌ها و شاخه هاي کوچک براي علامت‌گذاري مسير خود استفاده مي کردند. ملوانان نيز ابتدا سواحل را به دقت دنبال مي کردند تا از گم شدنشان جلوگيري کنند.   وقتي دريا نوردان اوليه در درياهاي باز(اقيانوس ها) کشتيراني کردند، دريافتند که مي‌توانند مسير خود را با دنبال کردن ستاره‌ها ترسيم کنند. فنيقيهاي باستان از ستاره شمالي براي سفر به مصر و جزيره کرت استفاده مي‌کردند. بر طبق گفته هومر الهه آتنا به اوديسه گفته است که هنگام سفر کردن در جزيره کاليپسو " دب اکبر را سمت راست خود قرار بده".   متأسفانه براي اوديسه و ديگر دريانوردان ستاره ها فقط در شب و تنها در شب‌هاي صاف قابل رؤيت هستند.   پيشرفت مهم بعدي در امر ناوبري کشف قطب نماي مغناطيسي و دستگاه زاويه ياب(sextant) بود.   عقربه قطب نما هميشه نقطه شمالي را نمايش مي دهد، بنابراين هميشه دانستن جهت مسيري که در آن حرکت مي‌کنيم را ممکن مي سازد.
http://wb4.itrademarket.com/pdimage/67/338067_garmin.jpg

[capit 3]

GPS يا (Global Positioning System)
سيستم موقعيت ياب جهاني است و تنها سيستمي مي باشد که امروزه قادر است، موقعيت دقيق شما را بر روي زمين در هر زمان، درهر مکان و در هر هوايي مشخص کند. ماهواره هاي GPS، بيست و چهار ساعته در مداري به طول 11000 مايل دريايي بالاي زمين در حرکت بوده و پيوسته بوسيله ايستگاه‌هاي زميني در سراسر جهان نظارت مي‌شوند. ماهواره ها سيگنال‌هايي مي‌فرستند که براي هر کس با يک گيرنده GPS قابل شناسايي مي‌باشد. با به کارگيري گيرنده GPS مي توان موقعيت خود را با دقت بالا تعيين نمود(دقت مکاني در هر مکان از يک متر تا 100متر بسته به نوع تجهيزات متفاوت مي باشد)

[capit 3]

ارکان GPS



   يک سيستم GPS داراي سه بخش است:اين شكل بخش هاي مختلف يک سيستم GPS را به طور خلاصه نمايش مي‌دهد
http://up.iranblog.com/6/1262386545.png

بخش فضايي
اين بخش شامل 24 ماهواره است که هر کدام به تنهايي داراي يک مدار 11000 مايل دريايي در بالاي زمين هستند. هر ماهواره حدودا 10سال يا بيشتر فعال مي‌باشد.   چرخش ماهواره‌هاي GPS به دور زمين، دو باردر روز و حدود 20200 کيلومتر، بالاي سطح زمين مي باشد. در هر زمان از شبانه روز حداقل 4 ماهواره يا بيشتر بالاي سر ما در آسمان قرار دارند. براي تخمين موقعيت به وسيله گيرنده به حداقل 4ماهواره نياز است.

بخش کنترل- نظارت
  بخش کنترل مغز GPS است. اين بخش اداره کننده تمامي ماهواره ها مي باشد.   اين بخش از ايستگاه‌هاي زميني تشکيل شده است(پنج عدد از آنها، در اطراف زمين قرار دارند) که ماهواره ها را از کارکرد درست مطمئن مي سازند.   ارتش آمريکا، بخش اصلي سايت کنترل در نيروي هوايي فالکون، واقع در کلورادو اسپرينگ(the Falcon Air Force Base in Colorado Springs) در آمريکا را اداره مي کند.

ساختمان بخش کنترل، فالکونAFB
   ايستگاه پيگيري و کنترل زميني، هاوايي.   يک بار گردش به دور زمين در فضا برابر يک مدار مي باشد. هريک از ماهواره هاي GPS دوازده ساعت زمان نياز دارند تا يک بار مدار زمين را طي کنند. هر ماهواره به يک ساعت دقيق مجهز شده است که به آن اجازه مي دهد سيگنال هاي زوج را با يک پيام زماني بسيار دقيق مخابره کند(with a precise time message). دستگاه (قسمت) زميني، سيگنال مخابره شده از ماهواره (که با سرعت نور حرکت مي کند) را دريافت مي کند. حتي در اين سرعت، زمان رسيدن سيگنال به گيرنده قابل اندازه گيري مي باشد. تفاوت زماني ميان سيگنال فرستاده شده و زمان دريافت آن، مضربي از سرعت نور مي باشد که گيرنده را قادر مي سازد تا فاصله از ماهواره را محاسبه کند. براي اندازه گيري دقيق طول و عرض جغرافيايي و ارتفاع، گيرنده زماني را که صرف مي شود تا سيگنال ها از چهار ماهواره جدا گانه به آن برسند را محاسبه مي‌کند.    سيستم GPS مي‌تواند موقعيت هر جايي بر روي زمين يا بالاي زمين را با اندازه تقريبا 300 فوت(90 متر)، نمايش دهد

بخش کاربر
اين بخش از گيرنده‌هايي تشکيل شده که مي توان آن را در دست نگه داشت يا بر روي اتومبيل سوار نمود.   با اين که GPS براي ارتش طراحي شده است ولي شمار کاربران شهري از کاربران نظامي بيشتر است. بعضي از کاربران اصلي GPS عبارتند از:    - سرويس هاي اورژانس- مانند آتش نشاني، آمبولانس در تعيين موقعيت افراد آسيب ديده.   - پي گيري وسايل نقليه - مانند نگهداري و پي گيري کاميونها، قطارها، اتوبوسها و غيره.   - هوانوردي - خلبانان از آن براي راهبري هواپيماها استفاده مي کنند.   - کشاورزي- کشاورزان از GPS براي کنترل بهتر محصولاتشان استفاده مي کنند.   - جمع آوري داده هاي GIS- شهرها براي موقعيت سرويس هايشان مانند خطوط نيرو و لوله کشي آبها در خيابانها از آن استفاده مي کنند
http://up.iranblog.com/6/1262382344.png

http://up.iranblog.com/6/1262406170.png

[capit 3]

اگه کسی در مورد GPS سوالی داشت میتونه در این تایپیک سوالشو مطرح کنه
حتما جواب میدم

[ColonelShak 1,000]

سلام دستت درد نکنه - در مورد راه اندازی GPS های گوشی هم اطلاعاتی دارین ؟ طریقه هم خوانی نقشه ها و کار با Nokia Map . من گوشیم نوکیا 6220 است و یک نرم افزار Garmin از وب گیر اوردم و روش نصب کردم . البته مشکل من اینه که با GPS داخلی گوشیم کار نمی کنه و اون رو شناسایی نمی کنه - GPS گوشیم کار می کنه ولی سرعتش کمه و براحتی گرا نمیده .

[capit 3]

راستش من با خود دستگاه gps کار کردم حتی یک کتاب از مرکز زرهی شیراز گیر آوردم
اما با gps موبایل کار نکردم
با این مدل ها اشنایی کامل دارم
gps map 76 cs
gps map 60 csx
و مدل های قدیمی
gps map 12

[capit 3]

ما میتوانیم از روی مدل gps به امکانات و کارایی ان برسیم و با توجه به نوشته های آن دستگاه مناسب را خریداری کنیم

1- در ساده ترین مدل های جی پی اس نام مدل دستگاه به صورت GPS و یک شماره نشان داده میشود مثال: GPS 21 که کارایی ان فقط نشان دادن موقعیت و ثبت ان میباشد

2- در مدل بعدی کلمه map به آن اضافه میشود مثال: gps map 12 که یک نقشه هم به دستگاه اضافه شده است

3- در مدل بالاتر حرف ( s ) به ان اضافه شده است مثال: GPS MAP 76 s که در این مدل علاوه بر امکانات بالا قطب نمای داخلی نیز اضافه شده است و صفحات آن به 6 صفحه افزایش یافته است

4- حرف بعدی که در مدل های بالاتر اضافه شده ( c ) میباشد مثال : GPS MAP 60 CS که نشانه رنگی بودن صفحات است

5- آخرین حرفی که در جدیدترین مدل ها در ایران اضافه شده ( x ) است مثال :
GPS MAP 60 csx که نشان دهنده حافظه جانبی برای جی پی اس می باشد
من تا جایی که اطلاع دارم از این مدل بالاتر در ایران نیست
پس ما در خرید GPS باید با توجه به نوشته های ان نوع مدل را انتخاب کنیم

[capit 3]

امروزه دريافت كننده هاي GPS داراي دقت بي نهايت بالايي هستند و اين امر را مديون طرح كانال چند گانه موازي هستيم. دريافت كننده هاي كانال 12 موازي گارمين به محض روشن شدن سرعت بالايي در برقراري رابطه با ماهواره دارد و اين ارتباط به طور مستمر بر قرار است و حتي درختان انبوه و آسمان خراش هاي بلند مانع برقراري ارتباط نمي شوند.كارخانه هاي اتمسفريك و ديگر چشمه هاي ايجاد خطا، روي دقت دريافت كننده ي GPS تاثير مي گذلرند. دريافت كننده هاي GPS گارمين داراي ميانگين دقت 15 متر مي با شند.دريافت كننده هاي GPS گارمين با قابليت سيستم افزايش عرض ناحيه دقت را با ميانگين كمتر از 3 متر بهبود مي بخشد. هيچ لوازم يدكي و يا حق الزحمه اي براي استفاده از سيستم افزايش عرض ناحيه احتياج نيست.كاربران مي توانند دقت را با كمك GPS تفاضلي بهتر كنند. به اين صورت كه سيگنال هاي GPS را تقويت مي كند و به ميانگين 3تا 5 متر مي رساند.گارد ساحلي آمريكا اغلب از سرويس تقويت كننده GPS تفاضلي استفاده مي كند. اين سيستم شامل شبكه اي از برج ها مي باشد كه سيگنال هاي GPS را دريافت كرده و سيگنالي تقويت شده به وسيله ي فرستنده هاي راديويي ارسال مي كنند. به منظور دريافت سيگنال هاي تقويت شده كاربران علاوه بر GPS به يك آنتن و دريافت كننده علايم گوناگون نياز دارند.

[capit 3]

24 ماهواره كه بخش فضايي GPS را شامل مي شوند در مداري با فاصله ي 12 هزار مايل از زمين قرار دارند. آنها پيوسته در حال حركت بوده و در كمتر از 24 ساعت دو دور كامل مي زنند. اين ماهواره ها با سرعت تقريبي 7 هزار مايل در ساعت حركت مي كنند.
ماهواره هاي GPS به كمك انرژي خورشيد كار مي كنند. در زمان خورشيد گرفتگي و زماني كه این انرژی وجود ندارد، آنها با بهره گیری از باطري هاي پشتيبان به كار خود ادامه مي دهند.علاوه بر این، راكت هاي تقويت كننده ي كوچك به كمك ماهواره آمده و آن را در مسير اصلي خود قرار مي دهند.
در اينجا به حقايق جالبي در مورد ماهواره هاي GPS اشاره مي كنيمالبته ناو استار نامي است كه سازمان دفاع آمريكا براي GPS انتخاب كرد.)
• اولين ماهواره ي GPS در سال 1978 به سوي مدار خود روانه شد.
• تمام 24 ماهواره در سال 1994 به راه افتادند.
• كارايي هر ماهواره حدود 10 سال است و جايگزين ها دائما در حال ساخته شدن و قرار گرفتن در مدار خود مي باشد.
• وزن يك ماهواره GPS در حدود دو هزار پند ( 907 کیلوگرم) است و زماني كه صفحات خورشيدي آن باز مي شود در حدود 17 فوت (8.18 متر) عرض دارد.
• قدرت فرستنده ها تنها50 وات يا كمتر است.

[capit 3]

ماهواره هاي GPS دو سيگنال راديويي كوتاه و قوي L1 و L2 را ارسال مي كنند. GPS هاي شخصي L1 را با فركانس 1575.42 مگا هرتز روي باند UHF دريافت مي كنند. اين سيگنال ها از ميان ابر و گاز و پلاستيك عبور مي كند اما از ميان جامدات ، ساختمان ها و كوه ها نمي تواند عبور كند.يك سيگنال GPS شامل سه بيت اطلاعات متفاوت است: يك كد تصادفي كاذب، اطلاعات زود گذر(يك روزه) و اطلاعات ساليانه.
• كد تصادفي كاذب به سادگي يك كد ID است كه ماهواره اي را كه در حال ارسال اطلاعات مي باشد را مشخص مي كند. شما مي توانيد اين عدد(كد) را هنگامي روي صفحه ماهواره واحد GPS گارمين خود ببينيد كه آن مشخص مي كند كدام يك از ماهواره ها در حال دريافت كردن آن است.
• اطلاعات زود گذر(يك روزه): مكاني را كه هر ماهواره GPS در هر ساعتي بايد داشته باشد را به دريافت كننده ي GPS نشان مي دهد.اين اطلاعات ارسال شده توسط هر ماهواره ، اطلاعات مداري مربوط به آن ماهواره و ساير ماهواره هاي واقع در سيستم را نشان مي دهد.
• اطلاعات ساليانه كه به وسيله هر ماهواره به طور پيوسته ارسال مي شود شامل اطلاعات مهمي در رابطه با وضع ماهواره (سالم يا خراب بودن)، زمان و اطلاعات رايج است. اين بخش از سيگنال براي مشخص كردن مكان بسيار ضروري است.
چشمه هايي كه بر سيگنال هاي GPS تاثير گذاشته و باعث فاسد شدن (از بين رفتن) آنها شده و در نتيجه روي دقت و صحت اطلاعات تاثير گذار است به قرار زير مي باشد:
• تاخيرات تروپوسفر (پايين ترين بخش اتمسفر) و يونسفر (يون کره): سيگنال هاي ماهواره اي به هنگام عبور از اتمسفر كند مي شوند. سيستم GPS از مدلي ساختگي استفاده مي كند تا ميانگين تاخير را محاسبه و هر چند به طور جزيي اين نوع خطا را اصلاح كند.
• سيگنال هاي چند گانه:زماني رخ مي دهد كه سيگنال هاي GPS قبل از رسيدن به دريافت كننده توسط ساختمان هاي بلند يا سطوح سنگي بزرگ، منعكس مي شوند كه اين خود باعث افزايش زمان سفر و در نتيجه ايجاد خطا مي گردد.
• خطاهاي زماني دريافت كننده: ساعت يك دريافت كننده همانند ساعت هاي اتمي ماهواره هاي GPS دقيق نيست بنابراين خطاي زيادي از لحاظ وقت و زمان ممكن است پيش آيد.
• خطاهاي مداري : اطلاعات يك روزه ممكن است كه مكان نادرستي از ماهواره را گزارش دهد كه باعث ايجاد خطا مي شود.
• تعدادي از ماهواره هاي قابل رويت ،ساختمان ها، ترن،موانع الكترونيكي و حتي بعضي اوقات درختان انبوه مي توانند سدي در برابر سيگنال ها شوند كه منجر به ايجاد خطا شده و يا مكان يابي غير ممكن مي گردد.
• هندسه ماهواره ها: اشاره به موقعيت نسبي ماهواره ها در هر زماني دارد. يك مثال كه در مورد هندسه ماهواره ها وجود دارد زماني است كه ماهواره ها در زاويه هاي عريض در ارتباط با هم قرار دارند. زماني كه ماهواره ها روي يك خط و يا گروهي كوچك قرار دارند هندسه ضعيفي را ايجاد مي كنند.
• فساد عمدي سيگنال ماهواره: قابليت استفاده از ماهواره هاي برگزيده (كه به مخفف SA گفته مي شود) كه يك فساد عمدي در سيگنال ها است ، زماني به وسيله ي سازمان دفاع آمريكا وضع شد. SA براي اين در نظر گرفته شده است تا دشمن نظامي نتواند سيگنال هاي فوق العاده دقيق GPS استفاده كند.دولت آمريكا SA را در ماه مه 2000 قطع كرد تا دقت دريافت كننده هاي GPS هاي شخصي را افزايش دهد.

[capit 3]

گيرنده GPS

بسته به نوع مصرف و بودجه ميتوانيد از طيف وسيع گيرندههاي GPS بهره ببريد. همچنين بايد از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروز جهت ناحيه مورد استفادهتان، اطمينان حاصل كنيد. امروزه بهاي گيرندههاي GPS بهطور چشمگيري كاهش پيدا كرده و هماكنون در كشور ما با بهايي معادل يك عدد گوشي متوسط موبايل نيز ميتوان گيرنده GPS تهيه كرد. در كشورهاي توسعه يافته از اين سيستم جهت كمك به راهبري خودرو، كشتي و انواع وسايل نقليه بهرهگيري ميشود.

هر چه نقشههاي منطقهاي كه در حافظه گيرنده بارگذاري ميشود، دقيقتر باشد، سرويسهايي كه از GPS ميتوان دريافت داشت نيز ارتقاء مييابد. براي نمونه، ميتوان از GPS مسير نزديكترين پمپ بنزين، تعميرگاه و يا ايستگاه قطار را سؤال نمود و مسير پيشنهادي را دنبال كرد. دقت مكانيابي اين سيستم در حد چند متر ميباشد كه بسته به كيفيت گيرنده تغيير ميكند. از سيستم محليابي جهاني ميتوان در كارههايي چون نقشهبرداري و مساحي، پروژههاي عمراني، كوهنوردي، كايت سواري، سفر در مناطق ناشناخته، كشتيراني و قايقراني، عمليات نجات هنگام وقوع سيل و زمينلرزه و هر فعاليت ديگر كه نيازمند محليابي باشد، بهره برد.

هر كس كه بخواهد بداند كجاست و به كجا ميرود به اين سيستم نيازمند است. با توجه به نزول شديد بهاي گيرندههاي اين سيستم و افزايش امكانات آنها، اين تكنولوژي در آينده نزديك بيش از پيش در اختيار همگان قرار خواهد گرفت.

سیستم موقعیت یاب جهانی و کاربرد آن در مریخ!

اين سيستم از سال 1983 با پرتاب نخستين ماهواره GPS آغاز بکار نمود. با روي کار آمدن سيستم GPS تمام سيستم های قبلي تعيين موقعيت ماهواره اي از قبيل دور بين های بالستيک،داپلر،N.N.S.S ، SLR ،LLR ،LONG-C ،SECOR، به تدريج از دور خارج شدند.GPS يک سيستم عملياتي و هميشه در حال آماده باش است که در تمامي شرايط آب و هوايي دارای کارآيي مي باشد؛ زيرا فرکانس امواجي که توسط ماهواره هاي GPS ارسال مي شوند در حد گيگا هرتز است و شرايط آب و هوايي (مه وباران و نزولات جوي ) اثري روي اين امواج ندارند. اين سيستم در طول 24 ساعت شبانه روز فعال است ودر هر زمان ودر هر مکان که لازم باشد مي توان توسط آن تعيين موقعيت کرد.به وسيله گيرنده های سيستم GPS مي توان هم به روش مطلق و هم به روش نسبي تعيين موقعيت کرد و براي تعيين موقعيت در هر يک از دو روش فوق می توان از روش هاي ايستا (Static) ، متحرک(Kinematics) و نيمه متحرک (Semi-Kinematics) استفاده کرد.



در روش مطلق ، موقعيت نسبي نقطه نسبت به يک نقطه مختصات دار معلوم ((DELTA(X),DELTA(Y),DELTA(Z)) بدست مي آيد. روش تعيين موقعيت نسبي به علت حذف خطاهاي سيستماتيک موجود در اندازه گيري هاي GPS از اهميت خاصي برخوردار است و براي انجام آن نياز به دو گيرنده GPS مي باشدکه بطور همزمان ماهواره هاي مشترک را مشاهده و اندازه گيري نمايند. منظور از همزماني ، بدين معنی است که شرايط اندازه گيري براي هر دو گيرنده مستقر در ايستگاه های استقرار، يکي با مختصات معلوم و ديگري با مختصات مجهول،يکسان باشد. از روش تعيين موقعيت نسبي با GPS اکثرا در کارهاي نقشه برداري و گسترش شبکه هاي ژئودزی استفاده مي شود.دقت تعيين مختصات مطلق با سيستم GPS در حال حاضر در بهترين حالت 3 ± متر مي باشد و دقت تعيين مختصات نسبي با اين سيستم در حد ميليمتر مي باشد.

در حال حاضر سيستم GPS شامل 28 ماهواره فعال است که کل سطح کره زمين را بطور همزمان پوشش می دهند و
در 6 مدار بيضي شکل با زاويه ميل 55 درجه نسبت به صفحه استواي زمين به دور زمين می چرخند و در ارتفاع 20800 کيلومتری از سطح زمين قرار دارند.زمان يکبار چرخش ماهواره هاي GPS به دور زمين در حدود 12 ساعت نجومي است. به عبارتي در هر 24 ساعت خورشيدي در طول شبانه روز ماهواره دوبار از افق يک محل مي گذرد.همان طور که مي دانيم شبانه روز خورشيدي 4 دقيقه از شبانه روز نجومي بيشتر است لذا در هر روز نسبت به روز قبل ماهواره 4 دقيقه زودتر در افق يک محل ثابت طلوع مي کند. برای تعيين موقعيت x و y يا طول و عرض جغرافيايي (في و لاندا) حداقل بايد 3 ماهواره در آسمان محل باشد.در صورتي که مقدار پارامتر ارتفاع را نيز بخواهيم بايد از 4 ماهواره استفاده کرد. امروزه در بعضی مکان های ايران قادر به دريافت اطلاعات تا 10 ماهواره می باشيم و حداقل به 4 تا 5 ماهواره در هر زمان از شبانه روز و در هر مکان دسترسي داريم.


هر قدر تعداد ماهواره های قابل مشاهده بيشتر شود معادلات اساسی تعيين موقعيت بيشتر خواهند شد و بنابراين زمان لازم براي تعيين موقعيت يک نقطه کاهش يافته و دقت تعيين موقعيت نيز افزايش خواهد يافت.نکته مهمي که مي بايست مورد توجه قرار گيرد اينست که ارتفاعي که GPS به ما مي دهدبا ارتفاع موجود در نقشه ها و اطلس ها فرق ميکند.ارتفاع GPS نسبت به سطح مبنايي بنام بيضوي است در حالي که ارتفاع موجود در نقشه ها ارتفاع اورتومتريک مي باشدکه از سطح درياهای آزاد محاسبه مي گردد

هر ماهواره GPS بطور مستقل اطلاعات زير را توسط آنتنهای تعبيه شده بر روی بدنه اش به زمين ارسال می نمايد:

1) امواج حامل

الف) موج حامل (L1) با فرکانس f1=1500 MHZ

ب ) موج حامل (L2) با فرکانس f2=1200 MHZ

2)کدهای اطلاعاتي(بصورت دودويي) :

الف) کدغير نظامي(کد C/A ) ؛ f=1.023 MHZ

ب ) کد دقيق (کد P ) ؛ f=10.23 MHZ

ج ) کد سري (کد Y) ؛ f=10.23 MHZ

براي رسين به حداکثر دقت و کارآيي GPS توسط يک گيرنده بايد از گيرنده اي استفاده کرد که هر دو موج حامل L1 و L2 و کدهاي فوق را دريافت نموده وقابليت آنتي اسپوفينگ (AS) داشته باشد؛ يعني بتواند کد سري Y را به يک کد P وبالعکس تبديل کند.

3) پيام ماهواره(Message) با فرکانس f=1500 MHZ که حامل اطلاعات زير مي باشد:

الف) اطلاعات مدار ماهواره که مربوط به موقعيت ماهواره مي شود.

ب ) اطلاعات مربوط به زمان

ج ) اطلاعات شماره ماهواره

د ) اطلاعات مربوط به ضريب دقت آرايش هندسي ماهواره ها (لازم به ذکر است که چنانچه ماهواره ها در افق منطقه مورد نظر باشند نه در بالای سر و يا اگرزاويه هر دو ماهواره با هم 120 درجه باشد تعيين موقعيت محل دارای دقت بيشتري خواهد بود.)

مجموعه اطلاعات فوق يعني امواج حامل،کدهاي اطلاعاتي و پيام ماهواره ، همراه يکديگر توسط مدولاسيون فاز بسمت زمين مخابره شده و گيرنده های زميني که قابليت ها و انواع متفاوتي دارندضمن دريافت مجموعه فوق پس از عمل De Modulation هر بخش را براي منظور خاص خود مورد استفاده قرار می دهد.لازم به ذکر است که بهترين و دقيق ترين گيرنده ، گيرنده ايست که قابليت در يافت کليه اطلاعات ذکر شده در موارد سه گانه بالا را داشته باشد و بتواند هر يک را به طرقي جداگانه دريافت کند و ارزان ترين گيرنده هم گيرنده ايست که تنها قابليت دريافت موج حامل L1 ،کدC/A و پيام ماهواره را دارد.لازم بذکر است که کد CA فقط بر روی موج L1 مدوله ميشود ولي کد P بر روي هر دو موج وجود دارد.

در قسمت بالا درباره بخش فضايي سيستم GPS صحبت شد؛حال به سراغ بخش کنترل زميني اين سيستم مي رويم : اين بخش شامل ايستگاههاي کنترل زميني است که داراي مختصات معلوم هستند و موقعيت آنها از طريق روشهاي کلاسيک تعيين موقعيت نظير روش VLBI (تعيين فواصل بلند توسط کوازارها)و روش SLR (فاصله سنجي ماهواره اي با امواج ليزر ) بدست آمده است. اين ايستگاه ها وظيفه تعقيب ومشاهده شبانه روزي ماهواره های GPS را بر عهده دارند . اين بخش بوسيله محاسبات رياضي پيچيده از طريق محاسبه معادله پلي نوميال (Polynomials) رياضی بطريق کمترين مربعات ، پارامترهاي مداري (افمريزها)و موقعيت ماهواره ها را نسبت به يک سيستم مختصات ژئودتيک ژئوسنتريک (مبدا سيستم مختصات تقريبا در مرکززمين قرار دارد.) محاسبه مي نمايد.

تعداد اين ايستگاههای زميني 5 عدد است که ايستگاه اصلي با نام کلرادو اسپرینگ در آمريکا قرار داردو 4 ايستگاه فرعی ديگر در نقاط ديگر کره زمين مستقر هستند. آخرين بخش از سيستم GPS ، قسمت USER يا کاربران سيستم مي باشد که خود شامل دو بخش است:

الف) آنتن دريافت کننده اطلاعات ارسالي از ماهواره ها

ب ) گيرنده(پردازش کننده اطلاعات دريافتي و تعيين کننده موقعيت محل آنتن)

نرم افزار و ميکروپروسسور داخل گيرنده فاصله بين آنتن زميني تا ماهواره هاي مرتبط با گيرنده ه را تعيين مي کند سپس با استفاده از حداقل 4 ماهواره موقعيت X وY و ارتفاع محل استقرار آنتن يا همان گيرنده تعيين ميشود.

* نکته مهمي که مي بايست مورد توجه قرار گيرد اينست که ارتفاعي که GPS به ما مي دهدبا ارتفاع موجود در نقشه ها و اطلس ها فرق ميکند.ارتفاع GPS نسبت به سطح مبنايي بنام بيضوي است در حالي که ارتفاع موجود در نقشه ها ارتفاع اورتومتريک مي باشدکه از سطح درياهای آزاد محاسبه مي گردد.مقدار اين اختلاف در بيش ترين حالت در حدود 100 متر می باشد.

گيرنده های GPS به دو دسته اصلي تقسيم مي شوند :

الف) گيرنده های نظامي

ب ) گيرنده های غير نظامي

گيرنده هاي غير نظامي فقط مي توانند افمريزهاي ارسالي روی کد C/A را از ماهواره دريافت کنند ،لذا تعيين موقعيت مطلق توسط اين دسته از گيرنده ها ضعيف مي باشد.(در حدود 3 تا 5 متر).اما گيرنده های نظامي که اکثرا در اختيار ارتش آمريکا و کشورهاي عضو پيمان ناتو مي باشد قادر هستند که پارامترهاي ارسال شده بوسيله کد P (پارامترهاي دقيق) را نيز علاوه بر کد C/A استفاده کنند. دقت تعيين موقعيت با چنين گيرنده هايي بسيار بالاست و در حال حاضر استفاده از کد P وکد Y که مشکل تر از کد P است صرفا در اختيار نظاميان آمريکايي مي باشد.البته از سال 2000 دقت سيستم GPS غير نظامي با توجه به حذف خطاي SA که وزارت دفاع آمريکا آن را عمدا همراه ساير موج ها از ماهواره هاي GPS به سمت گيرنده هاي غير نظامي ميفرستاد ، دقت تعيين موقعيت با گيرنده های دستي معمولي به 3 تا 5 متر رسيده است.البته براي کارهاي دقيق ژئودزي و نقشه برداري با استفاده از گيرنده هاي دو فرکانسه(تفاضلي) به شيوه تعيين موقعيت نسبي ميتوان به دقت در حد ميليمتر دست پيدا کرد. البته همين دقت 3 تا 5 متر گيرنده هاي دستي عادي هم نيازهاي عمومي ناوبری(کوهنوردي و….) را بخوبي تامين ميکند.

* نمونه اي از کاربردهای سيستم GPS

پيش بيني زلزله (در حال حاضر براي پيش بيني زلزله بيش از 1200 GPS در ژاپن نصب شده و همچنين فقط در اطراف شهر لس آنجلس آمريکا ،250 GPS در حل اندازه گيري و فعاليت 24 ساعته هستند.) ، نقشه برداري ، کاداستر ، کنترل امور مربوط به حمل و نقل و ترافيک ، کنترل حرکات تکتونيکي زمين ، کنترل جابجايي سدها و برج هاي بلند، پيش بيني وضع هوا (از طريق اندازه گيري ميزان انرژی موج فرستاده شده از سوي GPS پس از عبور از لايه هاي جو و ابرهاي موجود در منطقه مورد نظر) ، ناوبری (زميني،هوايي،دريايي) ، هيدروگرافي(آبنگاري) ، تعيين موقعيت سکوهاي دريايي نفتي،تعيين موقعيت جزيره هاي مرجاني، مين يابي ، SCAN کردن دريا ، بروز رساني سيستم هاي تعيين موقعيت اينرشيال ، استفاده جهت کنترل ماهواره هاي سنجش از دور(Remote Sensing) و…………..

مورد ذکر شده در بالا بخشي از مجموعه کاربردهاي فراوان سيستم تعيين موقعيت جهاني(GPS)بود.البته روسها نيز سيستمي مشابه GPS با نام GLONASS دارند که البته ازنظر کارآيي و توان عملياتي در حال حاضر به پاي سيستم GPS نمي رسد.البته گيرنده هاي مشترک GPS-GLONASS در حال حاضر در بازار ايران يافت مي شوند.البته اتحاديه اروپا نيز در حال ساخت يک سيستم تعيين موقعيت ماهواره ای با نام گاليله ميباشد که طبق پيش بيني ها تا سال 2008 آماده بهره برداری و استفاده عموم خواهد شد. طبق ادعای اتحاديه اروپا محدوديت هاي موجود در سيستم GPS در گاليله وجود نخواهد داشت.

دولت امريکا در خلال جنگ با عراق اقدام به فرستادن پارازيت بسمت گيرنده های غير نظامي نموده بود .در چنين زمانهايي که احتمال ارسال امواج پارازيت بر روي گيرنده هاي GPS مي رود به هيچ عنوان نبايد روی داده های ارائه شده توسط گيرنده هاي غير نظامي حساب باز کرد.در ايران نيز يکي از کارخانجات نظامي دولتي اقدام به ساخت پارازيت انداز GPS نموده که البته داراي برد زيادي نيست.

قيمت گيرنده هاي GPS مناسب و مرغوب موجود در بازار ايران از 150000 تومان شروع مي شود و به40ميليون تومان هم مي رسد.لازم بذکر است کهGPS های Ashtech ساخت آمريکا، بهترينGPS در دنيا هستندو رئيس و صاحب اين کارخانه آقاي پروفسور جواد اشجعي مي باشد. تعدادي از اين گيرنده ها عبارتند از:

MAGELLAN , Trimble , Garmin ,Ashtech

حال در ادامه اين مقاله به کاربردي جديد از سيستم GPS در علم نجوم مي پردازيم. اين بخش از مقاله درباره طراحي يک سيستم ناوبري مشابه GPS براي سياره مريخ مي باشد.

*يک سيستم GPS برای مريخ

جستجوگرهای آينده مريخ اعم از اينکه مدارگرد خودکار ثابتی باشند يا انسان , به راهي جهت تعيين موقعيت خودشان نياز خواهند داشت. برای انجام اين مهم پژوهشگران ناسا در حال مطالعه بر روی يک سيستم تعيين موقعيت ماهواره ای مناسب همانند GPS برای مريخ مي باشند که قابليت انجام وظيفه به عنوان يک شبکه ارتباطي را هم داشته باشد .مکان ياب جهانی ( Global Positioning System ) مجموعه ای متشکل از 27 ماهواره شامل 24 ماهواره اصلي و 3 ماهواره رزرو مي باشد که قادر به تعيين موقعيت هر نقطه روی زمين بهمراه ارتفاع نقطه با دردسترس بودن حداقل 4 ماهواره در آسمان منطقه مورد نظر مي باشد.يکی از طرح های پژوهشگران فرستادن ناوگاني کوچک از فضاپيماها به مريخ می باشد که دانشمندان برای ماموريت های آينده بشری و روباتيک در حال مطالعه بر روی آن مي باشند. مايکل منديلو (Michael Mendilo ) پروفسور اخترشناس در مرکز فيزيک فضايي دانشگاه بوستون و تيمي از پژوهشگران که زير نظر وی بر روی اثرات يونسفر مريخ مطالعه مي کنند , در حال طراحي يک سيستم ناوبری ماهواره ای بدور مريخ مي باشند.

در آزمايشگاه پيشرانه جت پروپالشن ناسا(JPL) هم پژوهشگران در حال انجام کارهای زميني يک شبکه ناوبری و ارتباطي برای مريخ هستند. يک طرح قديمي تر هم وجود دارد که شامل يک دسته ميکروماهواره های کوچکي است که شبکه مريخی( Marsnet ) ناميده مي شود و وظيفه اش ارسال داده ها به سفينه مادر( Marsat ) است. وظيفه Marsat نيز تبادل داده های بين مريخ و زمين است.از نظر وستل چارلز(Charles Whestel ) رييس بخش مهندسي برنامه جستجوی مريخ در JPL يک سيستم ناوبری با دقت 10 تا 100 متر برای مريخ کافيست. هر چند اين دقت قابل مقايسه با دقت حاصل از سيستم فعلي GPS در سياره زمين نمی باشد. البته مجموعه ماهواره های GPS زمين تنها تأمين کننده ناوبری برای بشر است (البته در سال های اخير پژوهش هايي در زمينه کاربرد GPS در هواشناسي و زلزله در حال انجام است.) اما پژوهشگران درصدد استفاده از قابليت های اين سيستم در بررسي يونسفر مريخ مي باشند.

با افتتاح سيستم GPS در مريخ در حقيقت جهشي در فن آوری روبات های آينده برای سياره سرخ رخ خواهد داد. در پايان لازم بذکر است که شايد از نظر برخي ,سيستم GPS مريخ يک طرح لوکس و دور از تصور باشد اما با وجود مسائلي که بخشي از آن ها در اين مقاله ذکر شد استفاده ازاين سيستم مزاياي زيادی در بر خواهد داشت و جهشی در راه اکتشاف کامل سياره سرخ و پي بردن به رازهای آن مي باشد.

[capit 3]

چنانچه قصد خريد GPS را براي اولين بار داريد ما به شما اطلاعات مهمي را كه چه محصولاتي موجود بوده و مناسب كاربري در GPSS ميباشند را نشان مي دهيم.

در حقيقت دستگاه GPS با قيمت مناسب پيشنهادي ما Garmin Etrex با كابل مي باشد كه قيمت آن كمتر از 100 دلار آمريكاست اگر شما ساكن USA باشيد و نهايت 300 دلار آمريكا براي كشورهايي كه عوارض بالايي دارند باشد ، در انگليس نيز شما بايستي 110 دلار آمريكا بابت دستگاه GPSو 25 دلار نيز بابت كابل آن بپردازيد.

يك GPS دستي ارزان قيمت بدون هيچگونه نياز به LaptaP و با يك قيمت معقول قابليتهاي زيادي دارد.
هيچ بهايي بابت استفاده از خدمات GPS نبايستي توسط شما پرداخته شود . خدمات GPS توسط دولت آمريكا آماده شده و كاملاً مجاني مي باشد هم چنين دريافت اطلاعات توسط گوشي موبايل نيز ممكن ميباشد.

دسته بندي دستگاههاي GPS:
بطور كلي يك GPS را ميتوان از يكي از 3 گروه ذيل دانست.

GPS MOUSE : هيچ صفحه يا دكمه اي ندارد اما توسط يكpc Laptop با نرم افزار مربوطه قابل استفادة سرويس GPSS مي باشد.

دستگاههاي اين گروه مانند:

Garmin GPS 35
Delorme يا Rand Macnalley ( باقيمت هاي پايينتر)

قيمت اين GPS ها حدود 75 تا 150 دلار آمريكا متغير مي باشد. ولي فراموش نكنيد كه اين نوع GPS ها حتماً به Laptop pc نياز دارند.

Hand-Held GPS: اين نوع دستگاهها مي توانند بصورت سيار مورد استفاده قرار گيرند آنها خودشان يك‌صفحه كوچك جهت نمايش اطلاعات و چند دكمه دارند و در شكل ها و تركيب هاي مختلفي عرضه مي‌شوند و هيچگونه نيازي بهLaptop ندارند. كه بطور مثال ميتوان مدل‌هاي با قيمت پائين Garmin شبيه Etrex, GPS12*l , GPS12 يا مدل هاي 315, 310 ازMagellan را نام برد. تعدادي از اينها يك رابط NMEA و يك كابل رابط دارند قيمت با كابل ممكن است حدود 210 دلار به بالا باشد و ممكن است بعضي از كشورها ارزانتر هم موجود باشد.

يك GPS دستي ارزان قيمت با يك كابل رابط براي انتخاب و آغاز كار با GPS مناسب ميباشد, حتي براي سرگرمي يا كار يا آشنايي شما با طرز كار و خدمات GPS.

High-End GPS products: اين دستگاهها شامل يك صفحه نمايشگر بزرگتر و تعدادي نقشه ميباشند و در بعضي از آنها شما بايستي مبلغ بيشتري جهت نقشه ها بپردازيد.

قيمت اين دستگاهها ممكن است بسته به نوع محصول بالاتر از 1500 دلار آمريكا باشد كه نمونه هايي از آن مانند Blaupunkt PhihPs و Alpine ميباشد.

چه نوع GPS هايي مردم خريداري نموده اند ؟

در اينجا يك نمودار فروش انواع GPS در سال 200۴ , 2000 آورده شده است .

اين آمار براساس اطلاعات 100 مركز خدمات فروش دستگاههاي GPS ميباشد .

اين تحقيق كوچكي است ولي می تواند نشانگر خوبي از آمار فروش باشد . نشان ميدهد چطور مدل هاي Garmin بر تسلط خود بر انواع ديگر ادامه مي دهد .

البته به كمك GPS هاي دستي Etrex .

اين آمار هم چنين صعود تعدادي محصولات GPS Mouse شيبه Lassen Axiom Pharos , Holux , Haicom , Deluo و غيره.همراه با Delorme (Rockwell) .Rand Mcnalley(talon/NaVman) و , Pioneered در آمريكا را نشان مي دهد.

ديگر انواع GPS شامل: Eagle , Lowrance , Furuno , San jose , Silva , Smile , Trimble , Motorola.

كجا مي توانيم يك GPS تهيه كنيم ؟
امروزه سريعترين روش براي پيدا كردن يك عرضه كننده GPS مي تواند از طريق موتور جستجوگر Altavista باشد با نوشتن كلمه “ gps” در محل جستجوي اين سايت.

اما اگر نتوانستيد يك توزيع كننده GPS در كشورتان پيدا كنيد سعي كنيد به يكي از ليست هاي ذيل كه توزيع كننده هاي جهاني GPS ميباشند ارتباط برقرار نمائيد . آنها ممكن است از طريق email مشكل شما را حل نمايند يا اينكه كسي شما را در خصوص مشكلتان كمك نمايد .

اگر شما سايت GPSS Links pages را ببينيد شما يك طيف وسيعي از انواع GPS و مدل هاي آنرا كه قابل كار با GPS ميباشد را خواهيد پيدا كرد . كه اكثر آنها از نوع Garmin‌ ميباشد.

[capit 3]

موانع وعوامل خطا در GPS وچگونگى مقابله با آنها( (DGPS
یکی از مشکلاتی که در سیستم زمان وجود دارد، گران بودن ساعت اتمی است. قیمت این ساعت ها حدود 50تا100هزار دلار استکه فقط در ماهواره های GPS قرار می گیرند. ولی در گیرنده های GPS از ساعت های دیجیتالی معمولی استفاده می کنند. به همین دلیل امکان اختلال وخطا در سیستم زمانی متصور است و از این رو در گیرنده های GPS از ساعت هایی که دائما ریست می شوند و در واقع نقش کورنومنت را بازی می کنند، استفاده می شود .مشکلی مهمتر از قیمت زیاد ساعت های اتمی در سیستم GPS نیز وجود دارد. همانطور که می دانید سیگنال های رادیویی،از خارج از جو زمین،توسط ماهواره ها به زمین ارسال می شوند،این امواج می بایست از اتمسفر زمین عبور کنند و اتمسفر، سرعت انتقال سیگنال ها را کم می کند بنابراین امواج با تاخیر چند صدم ثانیه ای به گیرنده های GPS می رسد اما گیرنده های GPS از وجود اتمسفر زمین خبر نداشته ومحل ماهواره ارسال کننده را دورتر از موقعیت حقیقی اش شناسایی می کند. بنابراین مشاهده می کنید که با وجود ساعت های اتمی ومحاسبات در حد نانو ثانیه، باز هم اتمسفر زمین باعث تاخیر در ارسال امواج رادیویی شده و اختلالی در سیستم GPS ایجاد می کند، در این حالت ضریب خطای محاسبات بالا خواهد رفت. برای رفع این مشکل از ایستگاه های (Differential GPS) DGPS که روی زمین و در مکان های مشخصی قرار دارند، استفاده می شوند. این ایستگاه ها فاصله دقیق بین ماهواره ها وهمان ایستگاه را می دانند و در صورت بروز خطای حاصل از اتمسفر زمین، این خطا را توسط امواج رادیویی به دستگاه های گیرنده GPS نیز انتقال می دهند .
اما دو نکته مهم در این باره وجود دارد، اول اینکه گیرنده GPS باید مجهز به سیستم DGPS باشد تا بتواند از خدمات آن استفاده کند ونکته دوم اینست که ایستگاههای DGPS امواج رادیویی را در همان منطقه ودر اختیار گیرنده های DGPS همان منطقه قرار می دهد. ضخامت اتمسفر زمین در نقاط مختلف، متفاوت است و از این رو،در هر ناحیه، ایستگاه های DGPS همان نقطه می تواند قرار گیرد. همچنین لازم به ذکر است ایستگاه های DGPS قابل حمل بوده ودر هر ناحیه ای می تواند مستقر شوند. سرویس DGPS با هزینه کمی قابل اشتراک است.سيگنال تصحيحات DGPS توسط سازمان Army corps of engineers (گروه مهندسين ارتش)واز ايستگاههاى مخصوص ارسال مى گردد،تنهاهزينه استفاده از اين سرويس،خريدن يك دامنه از سيگنالها می باشد.با اين كار يك گيرنده ديگر از طريق يك كابل سه رشته اى بهGPS متصل مى شودوعمل تصحيح راطبق يك روش استاندارد به نامRTCM SC-104انجام مى دهد.اشتراك سرويسDGPSاز طريق امواج راديويىFM نيز ممكن است.با استفاده از سيستمDGPS دقت عمل مكانيابى به حدود14فيت(4متر)يا كمتر مى رسد.البته GPSهاى نظامى بادقت ميليمترى نيز وجود دارد كه قبل ها استفاده از آن با مجوز مقدور بود.
يكى ديگر از عواملى كه بر روى دقت نظر يكGPS اثر مى گذارد، شكل قرار گرفتن ماهواره ها نسبت به يكديگر است. اگر يك گيرنده GPS با 4 ماهواره تبادل اطلاعات نمايد كه هر 4 ماهواره در شمال وشرق آن قرار داشته باشند، طرح وهندسه ماهواره ها براى اين GPS بسيار ضعيف مى باشد و شايد GPS قادر به مكان يابى نباشد، زيرا تمام اندازه گيريهاى فاصله، در يك جهت عمومى قرار دارند و مثلث يابى ضعيف مى شود. در اين وضعيت حتى اگر GPS مكان يابى كند و موقعيتى را مشخص كند، حدود 300تا500فيت امكان خطا وجود دارد.اما اگر 4ماهواره در 4جهت شمال وجنوب وشرق وغرب و با زاويه 90 درجه قرار گيرند، طرح اين 4ماهواره براىGPS بهترين حالت است. زيرا كمترين نقطه اشتراك دارند، در اين مواقع خطا به كمتر از 100فيت كاهش مى يابد.
هندسه قرار گرفتن ماهواره ها، هنگاميكه گيرنده GPS نزديك ساختمان هاى بلند قله كوهها، دره هاى عميق و يا در حالت حركت قرار گرفته باشند؛ مهمتر است.اگر مانعى در راه رسيدن سيگنالهاى بعضى ماهواره ها وجود داشته باشند، گيرنده مى تواند از ماهواره هاى ديگر استفاده كند. هر چه موانع بيشتر باشد مكانيابى نيز مشكل تر مى شود.
منبع ديگر ايجاد خطا،ايجاد پديده اى به نام چند مسيرى(multipath) است كه نتيجه انعكاس سيگنال راديويى بوسيله اشيا مى باشد و باعث ايجاد سايه در تلويزيون مى شود. بروز اختلال به اين شكل است كه سيگنالهاى ارسالى بعد از انعكاس توسط اشيا بلند نظير ساختمان هاى بلند به گيرنده GPS مى رسند، در اين حالت سيگنال مسير بيشترى طي مى كند وباعث مى شود حدود15فيت به خطاى اندازه گيرى‌اضافه شود.
از ديگر عوامل خطا مى توان به افزايش خطا در ارسال سيگنالهل به دليل اثرات جوى وهمچنين خطاى ساعت داخلى گيرنده GPS اشاره كرد. در عمل دقت كار يك GPS معمولى با توجه به تعداد ماهواره هاى تبادلى وطرح قرار گرفتن آنها بين 60تا225 فيت (20تا 70 متر) اس