تبلیغات
دانشجویان رشته عمران - آبفای دانشگاه عباسپور - همه چیز درباره ی GPS
 
دانشجویان رشته عمران - آبفای دانشگاه عباسپور
کلاس فعال و منسجم
پنجشنبه 29 اسفند 1387

امروز چندتا مطلب در مورد GPS واسه همکلاسی هایی که نقشه برداری دارند، گذاشتم، دیگه همه چیزو می تونین توش پیدا کنین....

برای دیدنش رو ادامه مطلب کلیک کنین!!

GPS چیست و چگونه کار می کند؟

جی‌پی‌اس یا سیستم موقعیت‌یاب جهانی (Global Positioning Systems)، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره‌ای است که از شبکه‌ای با حداقل ۲۴ ماهواره تشکیل شده است. این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شده‌اند. جی‌پی‌اس در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰ 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 شبانه‌روز در دسترس است و استفاده از آن رایگان است.

علاوه بر جی‌پی‌اس، دو سیستم کمابیش مشابه دیگر نیز وجود دارد: سیستم گلوناس که دولت شوروی ساخته و اکنون به‌دست کشور روسیه اداره می‌شود و سیستم گالیله که کشورهای اروپائی آن را برای وابسته نبودن به سیستم آمریکائی جی‌پی‌اس ساخته اند.

قطب نماهایی که با نیروی مغناطیسی زمین جهت یابی می‌‌کنند، به تدریج جای خود را به گیرنده‌های جی‌پی‌اس خواهند داد؛ جی‌پی‌اس، سامانه‌ای است که به کمک گروهی از ماهواره‌ها جهت یابی می‌‌کند. ماهواره‌هایی که هرکدام در مدارهای خود به دور زمین در گردشند؛ این ماهواره‌ها با ایستگاه‌های ویژه‌ای بر روی زمین در تماس اند و همواره موقعیت آن‌ها در فضا مشخص است. دستگاه گیرندهٔ جی‌پی‌اس شما، با ارتباط با تعدادی از این ماهواره ها، فاصلهٔ شمارا تا آن‌ها تعین می‌‌کند و سپس موقعیت دقیق شما روی زمین بدست می‌‌آید.

در واقع اساس کار این سامانه، فرستادن سیگنال‌های رادیویی با فرکانس بالا و به طور پیوسته است که زمان و مکان ماهواره را نسبت به زمین مشخص می‌‌کند و یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس روی زمین، با گرفتن این اطلاعات از سه ماهواره یا بیشتر، آن‌ها را پردازش می‌‌کند و موقعیت کاربر را در هر نقطهٔ زمین، در هر ساعتی از شبانه روز و در هر وضعیت آب و هوایی به او نشان می‌‌دهد.

با چندین اندازه گیری متعدد، گیرنده به محاسبهٔ سرعت، مدت زمان سفر، فاصلهٔ شما تا مقصد، مختصات جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا)، زمان طلوع و غروب خورشید و ماه (در تقویم نجومی)، تعداد ماهواره ها، زمان محلی و ... می‌‌پردازد و آن را در اختیار کاربر قرار می‌‌دهد. به طور میانگین، هشت ماهواره از 24 ماهواره، در اطراف هر نقطه از کرهٔ خاکی که باشید در آسمان گشت می‌‌زنند.

هرچه گیرندهٔ شما به ماهواره‌های بیشتری وصل شود، اطلاعات دقیق تری را برای شما محاسبه می‌‌کند. جی‌پی‌اس، در ابتدا تنها استفادهٔ نظامی داشته است، ولی از سال 1980 به بعد تصمیم گرفته شد تا از آن در فعالیت‌های غیر نظامی هم استفاده شود ؛ تا جایی که امروزه حتی در ماهی گیری و شکار هم مورد استفاده قرار می‌‌گیرد. این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شده‌اند.

سیستم تعیین موقعیت جهانی GPS متشكل از 24 ماهواره است كه درارتفاع 20000 كیلومتری ازسطح زمین قراردارند ودر 6 مدار كه هرمدار 4 ماهواره قرارداد وبا زاویه میل 55 درجه وپر یود ساعتی 12 ساعته درگردشند .

هرماهوارهGPS دوموج با دو فركانس درباند امواج الكترومغناطیسی (L1, L2 ) ارسال می كند موج L1 با فركانس1575 MHZ  و موج L2 با فركانس1227 MHZ  می باشد.

 

ماهواره‌های جی پی اس

۲۴ عدد ماهواره جی‌پی‌اس در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش می‌کنند. هر ماهواره دقیقاً طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین می‌‌گردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهواره‌ها نیروی خود را از خورشید تأمین می‌کنند. همچنین باتری‌هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می‌کنند به‌همراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره‌ها را در مسیر صحیح نگاه می‌دارد. به این ماهواره‌ها NAVSTAR نیز گفته می‌شود.

در اینجا به برخی مشخصه‌های جالب این سیستم اشاره می‌‌کنیم:

    * اولین ماهواره جی‌پی‌اس در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
    * در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
    * عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین می‌گردد.
    * هر ماهواره حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طول باتری‌های خورشیدی آن ۵.۵ متر است.
    * انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.

 

جی‌پی‌اس چگونه کار می‌کند

ماهواره‌های این سیستم، در مدارهای دقیق هر روز ۲ بار به‌دور زمین می‌‌گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می‌کنند. گیرنده‌های جی‌پی‌اس این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می‌کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می‌‌کند. از اختلاف این دو زمان، فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می‌‌گردد. این عمل را با داده‌های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می‌کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با تقریب ناچیز معین می‌‌کند.

گیرنده به دریافت اطلاعات هم‌زمان از حداقل ۳ ماهواره برای محاسبه ۲ بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل ۴ ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره‌ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطلاعات مفید دیگر، می‌نماید.

امواج ماهواره ها متشكل ازامواج حامل باند L مدوله شده با یك كداستاندار كد (C/A2ویك كد دقیق (كد P(3) ویك كددریانوردی ومختصات ماهواره به صورت توابع زمانی می باشد كه دربر آن گیرنده های شخصی تفاوتهای زمانی بین وردوی كدهای C/A را اندازه گیری میكنند اگردراثر دخالت كنترل زمینی درانطباق زمانی خطایی بوجود نیاید گیرنده های شخصی ازدقتی حدود 15 متر برخوردار خواهند شد.

مفهوم كلی ناوبری رادیویی بستگی به انتقال همزمان سیگنالهای رادیویی دارد اگر سیگنالهای رادیویی دقیقاً بطورهمزمان بطور فرستاده نشوند گیرنده نمی تواند بطوردقیق موقعیت را محاسبه نماید كنترل زمینی دراثر تاثیرگذاری بعضی ازماهواره ها درارسال سیگنال های C/A كمی قبل یا بعداز سایر ماهواره ها دخالت می كند دخالت عمدی اصلی , هما ن دسترسی موردی (4) به شمار می رود .

گیرنده های شخصی میزان خطا را تشخیص نمی دهند. بلكه بطورتصادفی بین 15تا 100 متر دقت تغییر می یابد .البته دخالت عمدی برروی گیرنده های نظامی اثر نمی گذارد .

منبع خطای دیگر وجود كه برروی فركانس سیگنال گیرنده های شخصی اثرمی گذارد كه دخالت یونسفر نامیده می شود .

زمانی كه یك سیگنال رادیویی ازبین الكترونها ی آزاد یونسفر عبورمی كند تاخیر اندكی بوجود می آید برحسب مدت زمانی تاخیر كه بوسیله الكترون های آزاد بوجود می آید ماهواره‌های GPS كدP را روی دوموج رادیویی با فركانس های مختلف ارسال می كند كه L1,L2 نامیده می شود .یك سیگنال به هنگام عبور ازیونسفر بیشتر ازدیگری به تاخیر می افتد.

 گیرنده های گران قیمت هردوفركانس را ردیابی می كنند و اختلاف وردی بین L1,L2  اندازه می گیرند مدت زمان تاخیری را محاسبه می كنند كه الكترونها ی آزاد ی بوجود می آورند وتصحیحات لازم را برای تاخیر یونسفر انجام می دهند. گیرنده های شخصی نمی توانند تاثیر دخالت یونسفر را تصحیح كنند زیرا كدهای C/A فقط برروی فركانس L1 فرستاده می شوند نوعی گیرنده های تخصصی وجوددارد كه به عنوان گیرنده های بدون كدشناخته شده اند ودقت فوق العاده ای دارند كه درآن بطورغیرمستقیم ازكد P استفاده می شود گیرنده ها ارزش كدP را مشابه آنچه كه گیرنده های نظامی تشخیص می دهند نمی شناسند بنابراین دقت آنها با استفاده ازروش های خاص پردازش سیگنال بدست می آید آنها كد P رابرای چندروز دریافت كرده وپردازش می نمایند وپس از انجام محاسباتی چندمی توانند موقعیت نقاطی را تهیه كند كه با دقت mm 10 با استفاده از3یا4 ماهواره عملی می باشد .

البته این گیرنده بیشتر برای تعیین  موقعیت دركارهای نقشه برداری بكار می رود زیرا بایدچند روزبطور مداوم درآن نقطه اطلاعات دریافت و پردازش شود.

 

روش تعیین موقعیت توسط GPS

اگرفاصله ما ازماهواره 1 درحدود 10 كیلومتر باشد بنابراین مكان ما درفضا برمحیط كرده به مركزیت ماهواره اوشعاع 10 كیلومتر منطبق می باشد حال فرض می كنیم فاصله ما ازماهواره 20 درحدود 11 كیلومتر باشد دراین حالت نیز مكان ما درفضا برروی محیط كره ای به مركز ماهواره 2 وشعاع 11 كیلومتر واقع  است فصل مشترك این دوكره می تواند یك دایره باشد كه مكان ما بطورقطع برروی محیط این دایره قراردارد .

حال اگر ماهواره سوم را نیز درنظربگیریم كه فاصله اش با ما 12 كیلومترباشد دراین صورت فصل مشترك كره مربوط به ماهواره 3 با فصل مشترك كره های ماهواره ای 1و2 حداكثر دونقطه می باشد كه قطعاً یكی ازاین دو مبین مكان واقعی ما خواهد بود.اما بطورقطعی یكی از این دو نقطه نامعقول می باشد .

بطورمثال دارای ارتفاع بیشتری از سطح زمین است . لذا كامپیوترهای داخل گیرنده هایGPS با استفاده ازتكنیك های گوناگون قادر به تشخیص نقطه غلط می باشند.

ازنظر تئوری با استفاده از3 ماهواره می توانیم مكان خودرا به دست آوریم ولی به دلیل فنی اگرچنانچه ماهواره چهارم را همانند ماهواره های 1و2 انتخاب كنیم بطورقطع فصل مشترك این چهار كره یك نقطه خواهد بود واین نقطه مختصات مكانی مارا نشان می دهد استفاده كنندگانی كه درارتفاعی مششخص قراردارند (مانندكشتی هایی كه درسطح دریا واقع باشند)به سهولت میتوانند با استفاده ازدوماهواره مكان خودرا تعیین نمایند .

دراین حالت كره زمین را می توان جایگزین ماهواره سوم كردوازیك مرحله محاسبه مسافت صرفنظر نمود بدین ترتیب این فرصت جهت انجام سایرمحاسبات قابل بهره برداری بوده وعملاً مكان یابی افزایش می یابد .

بطورخلاصه می توان بیان كرد كه مبنای كار GPS استفاده ازماهواره به عنوان مرجعی جهت یافتن موقعیت درهرنقطه زمین می باشد سایر مسایل این سیستم صرفاً جزئیات تكنیكی هستند كه به سرعت و دقت وسهولت عمل موقعیت یابی كمك می كند.

 

روش محاسبه مسافت ازماهواره

درسیستم موقعیت یاب جهانی GPS قدم اساسی دانستن میزان مسافت ازماهواره است بنابراین استفاده ازتكنیك های پیشرفته به منظور محاسبه مسافت امری اجتناب ناپذیر است ایده اصلی این موضوع براساس همان معادله سرعت نوردرمدت زمان تاخیراستواراست سیستم GPS بدین صورت كارمی كند كه گیرنده كاربر مدت زمانی را كه طول میكشد تا امواج رادیویی ازماهواره به اوبرسد را اندازه گیری می كند.

همانطوركه می دانید امواج رادیویی با سرعت نورحركت می كند وبدین ترتیب با حاصلضرب اندزه گیری شده درسرعت نور مسافت خود را تاماهواره بدست می‌آورد و این كارحداقل بایستی برای 3 ماهواره مشخص، صورت گیرد بنابراین باید برای اندزه گیری زمان رسیدن به سیگنال ازساعتهای خیلی كوتاه باشند زیرا امواج با داشتن سرعت نورخیلی سریع حركت می كنند.

 مثلاً اگرماهواره ای دقیقا دربالای سرما باشد حدود 60 میلی ثانیه طول می كشد تا امواج رادیویی آن به ما برسد دقت ساعت گیرنده های GPS حدود نانو ثانیه می باشد. یك اختلاف زمانی بین كپی كدGPS ایجاد شده دربرگیرنده بااصل كد رسیده ازماهواره وجود دارد كه با ضرب كردن آن درسرعت نور, شبه فاصله به دست می آید این روش با هردو كد A/C,P امكان پذیرهستند .

كدهای تولیدشده دربرگیرنده ازساعت خودگیرنده منتج می شوند وكدهای ارسالی ماهواره نیز توسط ماهواره ایجاد میشود .

خطای زمانی درهردوساعت گیرنده وماهواره باعث می شود كه فاصله اندازه گیری شده با فاصله هندسی بین ماهواره و گیرنده فرق داشته باشد  این ساعتها بسیار دقیق وگران قیمت می‌باشند وماهواره ها جهت قابلیت اطمینان بیشتر دارای 4 ساعت اتمی هستند ولی در گیرنده ها به دلیل گران قیمت بودن این ساعتها نمی توان ازآنها استفاده نمود لذا ازساعتهای ارزانتری استفاده می شود كه درعمل ایجاد اختلاف جزئی دراندازه گیری زمان می نمایند .البته با استفاده از راه حلهایی تصحیح صورت می گیرد

 

مزایای سیستم GPS

× دقت بسیارزیاددرموقعیت یابی
× داشتن پوشش جهانی
× دارا بودن زمان بندی دقیق
× نداشتن هیچ گونه هزینه برای استفاده كنندگان
× تعیین سرعت درسه محور مختصات
× قابلیت دسترسی همیشگی
× قابلیت كاربردی در هرشرایط آب وهوایی
× عدم محدودیت دربكارگیری همگانی
× دقت نسبی IPPM برای طولهای كوتاه از1 تا 100 كیلومتر.
× تعیین سرعت درسه محور , زمان , تعیین فاصله سمت وگرای ونقطه مبداء .مقصود
× توانایی دید همزمان با یك گیرنده

ماهواره ابتدا اطلاعات وداده های ناوبی رابه پنج ایستگاه كنترل كه درمناطق كلردواسپرینگ(5) كو آجالین (6) دیه گوگارسی)(7) آسنشن(8) و هاوایی (9) قراردارند ارسال می كند كه درواقع این سیگنال ها ماهواره ها را ردیابی (10) می كنند.

سپس این ایستگاهها اطلاعات خودرا به ایستگاه كنترل ماهواره (ایستگاه اصلی كه همان كلرادواسپرینگ می‌باشد) ارسال كنند كه وظایف آن پردازش داده ها ارسال به ماهواره و نظارت بركنترل روزانه ماهواره است سپس این داده ها به سه آنت زمینی دیگر ارسال می شود كه توسط این آنتها اطلاعات كنترل شده به ماهواره جهت تصحیح جهت ساعت ماهواره وفرامین ودستورات تله منزی ارسال می شود به این كار اصطلاحاً ataupload شدن ماهواره گفته می شود.

 

ماهواره‌های جی پی اس

۲۴ عدد ماهواره جی‌پی‌اس در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش می‌کنند. هر ماهواره دقیقاً طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین می‌‌گردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهواره‌ها نیروی خود را از خورشید تأمین می‌کنند. همچنین باتری‌هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می‌کنند به‌همراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره‌ها را در مسیر صحیح نگاه می‌دارد. به این ماهواره‌ها NAVSTAR نیز گفته می‌شود.

در اینجا به برخی مشخصه‌های جالب این سیستم اشاره می‌‌کنیم:

    * اولین ماهواره جی‌پی‌اس در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
    * در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
    * عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین می‌گردد.
    * هر ماهواره حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طول باتری‌های خورشیدی آن ۵.۵ متر است.
    * انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.

 این بخش همان بخش ماهواره های موجود درفضا می باشد این ماهواره ها سیگنالهایی با مشخصات ذیل ارسال می كند دونوع اطلاعات مربوط به محاسبه نقاط عبارتند از:

 1-اطلاعات تقویم نجومی مربوط به موقعیت تقویمی ماهواره ها می باشد با دریافت این اطلاعات سیستم گیرنده GPS ماهواره‌هایی كه بهترین اطلاعات را ارسال می كنند تشخیص می دهد و انتخاب می كند( ازنظر موقعیت هندسی)

2) اطلاعات جدول نجومی برای عملیات ناوبری استفاده می شود و بسیار دقیق است این جداول نیز حاوی مختصات مكانی دقیق ماهواره ای GPS و زمان ساعت ماهواره ها می‌باشد.

دوكدC/A, P دقیق است و مربوط به مسائل نظامی است وكد C/A استفاده عمومی دارد و دقیق نمی باشد ماهواره GPS اطلاعات مذكور را توسط سیگنالهای با فركانس 1575HZ )L1 و (1227GHZ)  L2 ارسال می كنند هرماهواره دارای آنت هلیكس 12 آراه است قدرت  سیگنال روی آنتن برای سیگنال dbLI 58 . برای سیگنال dbL2 /35 می باشد و قدرت آنت ماهواره بصورت ایزو تدوپیك حداقل db 50 می باشد كدهای C/A,P ازتنوع كدهای شبه تصادفی (13) هستند .

انواع گیرنده‌های جی‌پی‌اس

گیرنده‌های جی‌پی‌اس انواع گوناگونی دارند و انتخاب هرکدام از آن‌ها بستگی به موارد استفادهٔ شما دارد؛ برای نمونه این که می‌‌خواهید در داخل خودرو آن را نصب کنید یا اینکه آن را در کوله پشتی خود قرار دهید گزینه‌های متعددی را پیش روی شما می‌‌گذارد.

گیرندهٔ بیسیک جی‌پی‌اس _ بیسیک: این گیرنده‌ها در واقع از ساده‌ترین و کم قیمت‌ترین گونه‌ها هستند (اغلب کمتر از $100 us) یک گیرندهٔ بیسیک (پایه) می‌‌تواند بسیار دقیق تر از گیرنده‌های گران قیمت باشد، اما باید این مساله را هم در نظر داشت که این گیرنده‌ها بسیاری از ویژگی‌های دستگاه‌های گران قیمت را ندارند. ویژگی قابل توجهی که کمبود آن بیشتر حس می‌شود، نداشتن قابلیت نقشه برداری یا Mapping است که بعدا شرح داده خواهد شد. در زیر تعدادی از امکانات این گیرنده‌های ساده آمده است:

- موقعیت یابی؛ تعیین طول جغرافیایی و عرض جغرافیایی که در واقع ویژگی اصلی یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس است.
- تعیین جهت؛ با یک قطب نما ی الکترونیکی. 
- تعیین ارتفاع از سطح دریاهای آزاد؛ البته باید توجه داشت که دقت در اندازه گیری ارتفاع به خوبی دقت در موقعیت یابی نیست. 
- زمان دقیق. 
- موقعیت ماهواره‌ها و قدرت سیگنال ها. 
- توانایی محاسبهٔ مسافت پیموده شده. 
- توانایی ذخیره سازی مسیر پیموده شده ؛ که با استفاده از نقطه گذاری در صفحهٔ نمایشگر انجام می‌شود. 
- توانایی هدایت و مسیر یابی.
- یافتن مسیری که در گذشته آن را پیموده اید.

• گیرنده‌های دستی جی‌پی‌اس _ نقشه بردار: همانطور که از نام این گیرنده بر می‌‌آید گیرندهٔ نقشه بردار از قابلیت نمایش نقشه برخوردار است. این گیرنده‌ها ابعاد بزرگ تری نسبت به گیرنده‌های قبلی دارند. با اتصال این گیرنده به یک رایانه شخصی نقشهٔ دلخواهتان را به گیرنده می‌‌دهید. جزئیات نقشه نیز بستگی به اندازه و نیز رزولوشن نمایشگر دارد. این گیرنده‌ها فشارسنج، قطب نمای الکترونیکی، بازی و سالنامه هم دارند. اگرچه این گیرنده‌ها باید خیلی گران قیمت تر از نمونهٔ قبلی باشند، ولی افزایش قیمت نسبتاً کمی دارند و افزودن یک نمایشگر بزرگ تر برای شرکت تولید کننده هزینهٔ زیادی را در بر ندارد. قیمت این گیرنده‌ها از 150 دلار آمریکا شروع می‌شود. نقشه‌هایی که قابلیت بار کردن (upload) داشته باشند در یک سی‌دی قرار دارند که در هنگام خرید دستگاه به شما داده می‌شود. با استفاده از نصب نرم افزار نقشه در رایانه شخصی خود می‌‌توانید به انتخاب یک یا چند مسیر بپردازید و بعد از علامت گذاری نقشه آن را به گیرندهٔ نقشه بردار خود بدهید. ولی در این میان باید توجه کرد که دستگاه‌های دستی، ظرفیت محدودی دارند و تنها مقدار مشخصی از اطلاعات را می‌‌توانید در آن‌ها ذخیره کنید. مدل‌هایی از این گیرنده‌ها وجود دارند که می‌‌توان به آن‌ها کارت حافظه اضافه کرد (که معمولاً از حافظهٔ SD یا از حافظهٔ CF استفاده می‌شود). پس اگر به ذخیرهٔ مقدار بیشتری از اطلاعات نیاز دارید به یک کارت حافظه هم احتیاج پیدا می‌‌کنید. یک دستگاه پی‌دی‌ای

 • گیرنده‌های جی‌پی‌اس برای خودرو: این گیرنده‌ها بزرگ تر از گیرنده‌های دستی هستند و نمایشگری نسبتاً بزرگ دارند تا راننده در هنگام رانندگی به سادگی آن را بخواند. این گیرنده‌ها با استفاده از برق خودرو کار می‌کنند و بنابراین تنها در داخل خودرو قابل استفاده هستند. ویژگی جالبی که معمولاً در این دستگاه‌ها وجود دارد، راهنمایی‌های صوتی دستگاه است و به راننده اجازه می‌‌دهد بدون اینکه چشم خود را از جاده بردارد، با گوش دادن به صدای دستگاه طبق نقشه پیش برود. قیمت این دستگاه از 500 دلار آمریکا شروع می‌شود. بسیاری از کارخانه‌های تولید خودرو با سفارش مشتری، یک دستگاه جی‌پی‌اس بر روی خودروهای فروشی خود نصب می‌‌کنند. آن‌ها ثابت هستند و از زیبایی و نیز ایمنی بیشتری برخوردارند. قیمت تمام شدهٔ آن‌ها بیشتر از گیرندهٔ جی‌پی‌اس ای است که بعدا خودتان در خودرو نصب می‌‌کنید.

• گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای یک دستگاه پی‌دی‌ای: برتری استفاده از یک دستگاه پی‌دی‌ای (PDA) به‌عنوان یک جی‌پی‌اس، نمایشگری بزرگ است که افزون بر راحتی در مطالعهٔ نقشه، جزئیات بیشتری را نیز قابل مشاهده می‌‌سازد. همچنین همانند جی‌پی‌اس‌هایی که در داخل خودرو نصب می‌‌شوند، می‌‌توانند به صورت صوتی راهنمایی کنند. برای استفاده از یک دستگاه پی‌دی‌ای به‌عنوان جی‌پی‌اس و اتصال پی‌دی‌ای به گیرندهٔ جی‌پی‌اس چندین راه مختلف وجود دارد:

- استفاده از Sleeve: وسیله‌ای است که با قرار دادن پی‌دی‌ای در آن، عملکردهای متفاوتی را می‌‌توان برای پی‌دی‌ای فراهم ساخت. برای این کار به حافظهٔ CF و یا اسلات PCMCIA هم احتیاج داریم. یک Sleeve می‌‌تواند کارت حافظهٔ اضافی، باتری اضافی، یک دوربین و یک تلفن را به دستگاه شما متصل کند و مهم تر از همه به‌عنوان یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای دستگاه شما عمل کند. همچنین یک اسلات CF دیگر هم برای شما فراهم می‌‌کند که این اجازه را به شما می‌‌دهد تا بتوانید به کارهای دیگری در کنار استفاده از جی‌پی‌اس بپردازید. عملکرد یک Sleeve جی‌پی‌اس درست همانند عملکرد یک CF جی‌پی‌اس است.

- حافظهٔ CF: یکی از حافظه‌های متداول برای پی‌دی‌ای است که می‌‌تواند مستقیما به‌وسیلهٔ اسلات مخصوص CF که در پی‌دی‌ای وجود دارد یا با استفاده از Sleeve به دستگاه متصل شود. یک کارت CF جی‌پی‌اس انتخاب نسبتاً ارزان قیمتی است. ولی مشکلی در اینجا وجود دارد و آن این است که یک CF جی‌پی‌اس به سرعت باتری‌های پی‌دی‌ای شما را مصرف می‌‌کند و باید به فکر چاره باشید.

- بلوتوث جی‌پی‌اس: فن آوری بلوتوث این اجازه را به ما می‌‌دهد ارتباطی بدون سیم را بین چند دستگاه فراهم کنیم. شما می‌‌توانید پی‌دی‌ای خود را در دست گرفته و به گیرندهٔ جی‌پی‌اس ای که در کوله پشتی تان قرار داده اید بصورت بی سیم متصل شوید. استفاده از یک بلوتوث جی‌پی‌اس همچنین برای داخل خودرو بسیار مناسب است چرا که با قرار دادن آن در جلوی داشبورد دید بهتری از آسمان را برای گیرندهٔ تان فراهم می‌‌کنید. o اتصال پی‌دی‌ای به گیرندهٔ دستی جی‌پی‌اس با استفاده از کابل: به بیشتر گیرنده‌های دستی، کابلی جهت اتصال به پی‌دی‌ای وصل می‌شود. با این روش می‌‌توانید با قیمتی مناسب هم در داخل خودرو و هم در خارج آن از دستگاه موقعیت یاب خود استفاده کنید. دستگاه پی‌دی‌ای با نمایشگر خوب و نسبتاً بزرگی که دارد برای مشاهدهٔ نقشه‌ها مناسب است. 

- اتصال پی‌دی‌ای به گیرندهٔ جی‌پی‌اس خودرو با استفاده از کابل: می‌‌توانید با انتخاب گیرنده‌ها ی موسوم به موشواره (mouse) برای خودرو و یک پی‌دی‌ای از یک جی‌پی‌اس خوب بهره مند شوید. اگر می‌‌خواهید از جی‌پی‌اس خود تنها درون خودرو استفاده کنید، این مورد بهترین انتخاب است. گیرندهٔ موشواره برق خود را از خودرو تأمین می‌‌کند و باتری‌های پی‌دی‌ای شما بیشتر دوام خواهند آورد. همچنین این گیرنده یک کابل دوشاخه (Y) دارد که برق پی‌دی‌ای شما را نیز تأمین می‌‌کند. گذشته از این ها، ویژگی بسیار خوب گیرنده‌های موشواره، حداقل قیمت آن‌ها است.

 • گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای رایانه کیفی (لپ‌تاپ): تقریباً همانند یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای دستگاه پی‌دی‌ای است با این تفاوت که در اینجا دیگر نیازی به استفاده از Sleeve یا چیزی شبیه به آن نیست. بخاطر داشته باشید که اگر شما بخواهیداز یک CF جی‌پی‌اس به‌عنوان گیرندهٔ لَپ‌تاپ خود استفاده کنید، CF جی‌پی‌اس شما با اتصال مستقیم به لپ‌تاپ از آن بیرون می‌‌زند و بنابراین اگر بخواهید در حالی که روی صندلی خودرو نشسته اید از جی‌پی‌اس هم استفاده کنید ،گیرندهٔ جی‌پی‌اس شما دید خوبی از آسمان نخواهد داشت و به خوبی وضعیتی که گیرنده را مستقیما زیر آسمان قرار می‌‌دهید عمل نخواهد کرد.

 

اصول كارگیری GPS

وظیفه یك گیرنده GPS درست بعداز روشن شدن آن را می توان بصورت زیر خلاصه كرد.
الف) نرم افزار سیستم بایدبتواند ماهواره های موجود دردید كاربر را تعیین كند و سپس ازبین ماهواره ها , چهار ماهواره را كه دارای بهترین آرایش هندسی هستند به منظورمینیمم شدن خطای فاصله  منبعی انتخاب كند.

مل تعیین كابل ماهواره های موجود دردید كاربراغلب توسط اطلاعات قبلی موجود درحافظه خراب نشدنی دستگاه (14) انجام می شود اگرچنین اطلاعات معتبری درحافظه نباشد سیستم باید عمل جستجو را برروی تك تك 24 ماهواره GPS انجام داده ولیستی ازماهواره های در دیدتهیه كند كه مسلماً این كاروقت زیادی ازگیرنده را پس ازروشن شدن به خوداختصاص می دهد .

ب) پس ازتعیین 4 ماهواره موردنظر بایدسیگنال آنها را بدست آوریم .این كار با ساختن كدشبه تصادفی نظیر كدماهواره موردنظر درگیرنده وانجام عمل همبستگی با سیگنال رسیده انجام می شود .كد داخلی گیرنده را آنقدر شیفت زمانی می دهیم تا خروجی همبستگی‌ساز ماكزیمم گردد. دراین صورت كد بدلی وكد دریافتی ازماهواره كاملاً سنكرون هستند .به این عمل , جستجوی سیگنال ماهواره درحوزه زمان می گویند:

لازم به ذكراست كه بایستی عمل جستجو در حوزه فركانس نیز انجام شود ازآنجا كه ماهواره های GPS درمدار زمین ثابت (ژئو سنكرون)قرار نداشته ونسبت به زمین درحال حركت هستند وهمچنین چون گیرنده نیز معمولاً روی یك جسم متحرك نظیراتومبیل ویا هواپیما نصب می شود درنتیجه فركانس دقیق كاربر ارسالی به علت اثر دوپلر ,مشخص نیست پس باید فركانس كاربر محلی را نیز آنقدر تغییر دهیم تا خروجی همبستگی ساز ازحد آستانه ای بیشتر شود.و نهایتاً فركانس كاربر نیز با فركانس دریافتی سنكرون شود .

ج) پس از عمل جستجو وارد مرحله ردیابی سیگنال می شویم دراین مرحله اولاً هدف این است كه سیگنال سنكرون تولید شده دربرگیرنده همچنان با سیگنال ماهواره سنكرون بماند این عمل توسط یك حلقه كنترلی خاص تحت عنوان COSTASLOOP كه درواقع یك نوع خاص (15) VCO انجام می شود .ثانیاً عملیات دمودلاسیون (16) BPSK سیگنال رسیده اطلاعات ناوبری D(t) و عملیات شبه فاصله سنجی (تعین فاصله كاربر وماهواره توسط زمان انتشار سیگنال ) نیز دراین مرحله انجام شود.

د) مراحل بوت بایدعیناً برای 3 ماهواره دیگر انجام شود. درنهایت چهار شبه فاصله كه ازمراحل فوق محاسبه شده است دراختیار داریم . حال نرم افزار گیرنده بایدبتواند به كمك این چهارشنبه فاصله یك دستگاه چهار معادله وچهار مجهول را حل كند واین معادلات طول وعرض جغرافیایی, ارتفاع وهمچنین زمان دقیق را بدست آورد ازمراحل چهارگانه فوق مراحل الف و د بیشتر به جنبه های نرم افزاری یك گیرنده برمی گردد.

 

كاربردهای GPS چیست؟

بطوركلی ازمهمترین زمینه های كاربد GPS می توان به مواردزیر اشاه كرد.

 الف – درزمینه های نظامی

1- كاربردهوایی : ازهدایت موشك ها تا تمام هواپیماهای جنگنده و بمب افكن , هلی كوپتر .موشك كروز , چتر بازی و پروازهای نظامی و ....

2- كاربرد های دریایی: زیردریایی , كشتی و تمام انواع قایق ها ودریانوردی نظامی .

3- كابردهای زمینی :  مكان توپخانه ها, ناوبری خودروها , هدایت پیاده نظام , سیستم موشك زمین به زمین , شناخت نوع وجنس خاك .

ب: كاربرد های نقشه برداری :

 از GPS به طریق مختلف درنقشه برداری می توان استفاده كرد .مهمترین كاربردهای GPS درنقشه برداری عبارتنداز :

1) نقشه برداری هیدرو گرافیك .
2) نقشه برداری سینما تیكی خیلی دقیق برروی زمین .
3) فتو گرامتری بدون كنترل زمینی
4) انبوه سازی شبكه ژئو دتیك
5) نقشه برداری كارامتری
6) فتو گرامتری بصورت REAL .TIME

ج: كاربردهای تجاری :

1)ناوبری هوایی : دردهه هشتاد , چهل سال پس از كنوانسیون شیكاگو كه منجر به تأسیس سازمان بین المللی هواپیماهای كشوری ایكائو گردید نگرانی جامعه هواپیمایی ازمحدودیتهای سیستم های ناوبری موجود به طور روزافزونی افزایش یافت .

 پیش بینی های به عمل آمده نیز نشان دهنده رشدسریع مسافرت های هوایی تاسال 2001 خصوصاً درمناطقی مانند آسیا , اقیانوسه بودتعداد 18 میلیارد مسافر وبیش از 10000هواپیما ی درحال تردد درهرلحظه این نگرانی را تایید می نمود .لذا پیشنهاد شد كه ازتكنولوژی ماهواره برای مبادله صوتی وداده های موردنیاز با خطوط ارتباطی مستقیم از هواپیمابه ماهواره وازآن طریق به كنترل ترافیك هوایی استفاده شود. دراین حالت محدودیت دید مستقیم درسیستم های (17) VHF و كیفیت درسیستم های (18) HF وجودندارد بعلاوه دریك مجموعه واحد می توان بصورت همزمان داده های ضروری هواپیما مانند مشخصات پرواز, ارتفاع , سرعت و جهت را نیز به كنترلر مراقب پرواز اطلاع داد واز این  طریق خطای انتقال صحیح اطلاعات ناشی از عوامل انسانی دروقوع سوانح را به كلی ازبین برد.

امروزه تئوری پرواز آزاد انقلابی درصنعت حمل ونقل هوایی بوجود آورده است درپرواز های آزاد با توجه به قابلیت انعطاف سیستم های ناوبری ونظارت می توان به جای استفاده ازمسیرهای ثابت هوایی آنها را بصورت كاملاً دینامیكی بهینه نمود این ایده جالب بهره برداری بسیارموثر ازفضا را دارد .بنابراین امروزه شركت های بزرگ هواپیما سازی مشغول نصب سیستمهای GPS برروی هواپیما ها می باشند .

2- ناوبری دریایی : درناوبری دریایی برای تعیین مسیر , نقاط مبداء ومقصد وغیره از GPS می توان بهره گرفت .
د: كاربردهای همگانی :

سیستم موقعیت یاب GPS  كاربرهای همگانی نیز دارد كه ازمهمترین این كاربردها می توان به موارد زیراشاره كرد.

1- حركت درفضای باز: حركت درمناطقی كه راههای چندان مناسبی ندارد یا به كلی فاقد راه است .گیرنده GPS  بسیارارزشمند خواهدبود.
2- ماهیگیری
3- پروازبا گلایدر .
4- استفاده حرفه ای درعملیات زمینی
5- اسكی , كوهنوردی
6- قایقرانی
7- عملیات جستجو و نجات
8- حركت اتومبیل درجاده
9- مسابقات اتومبیل رانی رالی

البته كاربرهای GPS روزبه روز بیشتروبیشتر می شود ونیزنباید این نكته را ازنظر دورداشت كه این سیستم با تمام مزایای خودممكن است دچار اختلال گردد ویا گیرنده ای كه دردست شماست دچارخرابی گردد .پس بایدروشهای موقعیت یابی كلاسیك را كه كار با قطب نما ونقشه است ازیادنبرد واول این روش را یادگرفت وبعدبسراغ GPS رفت تا درمواقع نیازدچار وابستگی به سیستم موقعیت یابی جهانی نباشیم .

 البته مطالب گفته شده دراین مقاله بطور كامل تمام جزئیات را موردبررسی قرار نداده .زیرا بسیاری ازموارد مسائل فنی ویا محرمانه سیستم می باشد كه كمتر دردسترس افرادعادی می باشد و نیز بررسی آن نیاز به دانستن بساری ازروابط پیچیده فیزیك و.... دارد.

منبع:
www.akhtarnama.com و دانشنامه ویکی پدیا

...... وای چه پست طولانی ای شد   ، خسته نباشید از خوندنش!!!





نوع مطلب : مقالات علمی، 
برچسب ها :





صفحات جانبی
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
امکانات جانبی
 
 
بالای صفحه