سيستم مكان يابي جهاني يا سيستم هدايت (ناوبري) ماهواره اي
سيستم مكان يابي جهاني يا سيستم هدايت (ناوبري) ماهواره اي
( Global Positioning System=Gps )
فهرست عناوینی که در ادامه مطلب می خوانید :
GPS چیست ؟
فواید GPS
معرفی قابلیتهای GPS
تعریف واژه ها
قطب نما و ارتفاع سنج
گیرنده GPS پیشنهادی مناسب پيمايش هاي صحرايي
GPS چگونه کار می کند؟
اطلاعاتي كه يك ماهواره GPS ارسال مي كند چيست ؟
چه كساني از GPS استفاده مي كنند ؟
نحوه کارکرد GPS
سخت افزار و نرم افزار GPS
نرم افزار mapsource
سيستم مكان يابي جهاني ( Global Positioning System ) يك سيستم هدايت (ناوبري) ماهواره اي اســت شـامل شبكه اي از 24 ماهواره درگردش كه درفاصله 11 هزارمايلي ودر شش مدارمختلف قراردارند .
در واقع یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبکه ای با 24 ماهواره تشکیل شده است و 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 آوردنگان این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رایگان است. 24 ماهواره که دور زمین در گردش هستند.ماهواره ها درحال حركت مي باشند و درعرض 24 ساعت دوباركامل بـــرگرد زميــن مي گردنــــد . (هرروز دوبار)باسرعتي درحدود 108 مايل درثانيه ) ماهواره هاي GPS به نام NAVSTAR شناخته مي شوند.
لازمه هرگونه آشنايي با GPS فراگيري ماهيت اصلي اين ماهواره ها مي باشد . اولين ماهواره GPS درفوريه 1978 پرتاب شد . وزن هرماهواره تقريباً / 2000 پاوند وداراي صفحات آفتابي به پهناي 17f مي باشد . و قدرت فرستنده آن 50 وات ويا كمتر است. هر ماهواره 2 سيگنال ارسال مي كند: L1 و L2 . GPS هاي غير نظامي از فركانس 42 MHZ.1575 :L1 اسـتــفــاده مي كننند . هر ماهواره حدوداً 10 سال فعال مي ماند وجايگزيني ماهواره ها بموقع انجام گشته و ماهواره هاي جايگزين به فضا پرتاب مي گردند . برنامه شبكه GPS هم اكنون تا سال 2006 تنظيم وجايگزيني هاي لازمه ترتيب داده شده اند.مسير گردش ماهواره ها آنها را بين عرض جغرافيايي 60 درجه شمالي و60 درجه جنوبي قرارمي دهد . اين امر به معني آن است كه درهرنقطه از زمين ودرهرزمان مي توان سيگنال هاي ماهواره أي را دريافت نمود. وهرچه به قطبهاي شمال – جنوب نزديك شويم نيز همچنان ماهواره هاي GPS را خواهيم ديد . هرچند دقيقاً در بالاي سرما نخواهند بود واين در دقت وصحت عمل آنها در اين نقاط تاثيرمي گذارد . يكي از بزرگترين مزاياي رهيابي بوسيله GPS نسبت به روشهاي ديگر زميني آن است كه اين سيستم درهر شرايط جوي و بدون توجه به نوع كاربرد گيرنده GPS بخوبي كارمي كند .
GPS چیست ؟
gps موقيت ياب ميباشد يعني بر روي صفحه ديجيتالي كه دارد هر لحظه توسط ماهواره به شما نشان ميدهد كه در كجا ايستاده ايد حتي اگر در كوه جنگل ويا دريا باشيد شما با زدن دكمه go ميتوانيد حركت كنيد تمام حركت شما بر روي اين صفحه ثبت و ظبط ميشود شما حين حركت ميتوانيد هر نقطه را ثبت كنيد چه در دريا باشد وچه در كوه حال در مسير برگشت نيز شما ميتوانيد هم از مسير ميانبر كه جي پي اس به شما نشان ميدهد استفاده كنيد هم به هر نقطه ايي كه خودتان ثبت كرديد حركت كنيد.
من برخي از جي پي اسها را به شما معرفي نموده ايم كه در ميان آنها برخي قابليت كاركردن در ايران را ندارد و برخي با دارا بودن قابليت كار كرد به زودي از رده خارج مي شوند واز كار مي افتند از جمله جي پي اسهايي كه در ايران بيشترين طرفدار را دارد Garmin12 و Extrax vista ميباشد كه هر دو قابليت خوبي را دارا ميباشند .
: Fish finder ماهي ياب اين وصله نيز هم كاربرد عمومي دارد و هم كاربرد بسزايي در صيادي ماهي ياب نيز با اتصال به آب دريا يا رودخانه ميتواند ماهي هاي بالاي پانزده سانتي متر را در صفحه نشان دهد همچنين دما وفاصله ماهي را در عمق نشان ميدهد فيش فايندر هاي حرفه ايي نيز وجود دارد كه ماهي هاي كوچكتر از پانزده سانت را نشان ميدهد صيادان با اين وسيله ميتوانند راندمان كار صيادي را بسيار بالا ببرند .
فواید GPS
اگر از گیرنده GPS استفاده میشود، همیشه باید آماده ناوبری بدون آن نیز بود ( همراه داشتن نقشه و قطب نما و...)؛ اما سؤال اینجاست که اگر بتوان بدون GPS هم ناوبری کرد، چرا یکی از آنها را داشته باشیم؟ پاسخ این است که GPS امر ناوبری را دقیق و مطمـئن می سازد. گیرنده GPS در تپه های ماسه ای ، بیابانها یا سایر فضاهای باز و پهناور که لندفرم های مشخصی ندارند، وسیله ای ضروری میباشد و مشکل برگشت را حل خواهد کرد؛ در کوهستان اگر هوا مساعد باشد شخص بجای مقایسه مداوم و وقت گیر نقشه با توپوگرافی، میتواند از مناظر اطراف لذت بیشتری ببرد، اما ارزش واقعی آن در کوهستان، در هوای نامساعد آشکار می گردد؛ زمانی که علایم زمینی به سبب وجود مه و بارش باران یا برف، مبهم و نا مشخص می شوند و شخص مجبور می شود برای باز شدن هوا توقف اجباری داشته باشد. در این گونه موارد GPS میتواند شخص را از انتظار در آورد.قابل ذکر است که مه و ابر و بارش،تأثیری بر سیگنالهای GPS ندارند و تا زمانیکه گیرنده بتواند آسمان بالای سر خودرا بطوریکه حداقل با 3 ماهواره در ارتباط باشد، ببیند ، قابل استفاده خواهد بود. بنابراین این دستگاه برای غارها، جنگلهای انبوه، تنگه ها یا دره های باریک و مانند آنها ، قابل استفاده نیست.
معرفی قابلیتهای GPS
گیرنده های GPS انواع مختلفی دارند، اما معمولاً علائم و اصطلاحات آنها شبیه هم است. بعنوان مثال، صفحات اصلی یک گیرنده GPS مدل eTrex Summit از کمپانی Garmin در شکل 1 قابل مشاهده است. در صفحهُ Sky View ، موقعیت ماهواره ها و قدرت سیگنالهای دریافتی از آنها را می توان دید. در صفحهُ Map ، موقعیت مکانی خود و نقاط مورد نظر و یا مسیر طی شده ( Track ) ، قابل مشاهده است. در صفحهُ Pointer ، جهت حرکت بهمراه سایر اطلاعات جغرافیایی بیان می شود. در صفحهُ Trip Computer ، سایر اطلاعات سفر مثل زمان و سرعت و... و در صفحهُ Elevation ، اطلاعات مربوط به ارتفاع و در صفحهُ Menu ، تنظیمات دستگاه و داده ها ، قابل بررسی می باشد.
تعریف واژه ها:
Waypoint : نقطه ایست شامل مختصات جغرافیایی مشخص که شخص آنرا علامت زده و می تواند به آن یک نام اختصاص دهد و برای مراجعه به آن از GPS استفاده کند.
Route : مسیری است تشکیل شده از چند waypoint که از بهم ارتباط دادن آنها بوجود می آید.
Track : مسیر طی شده توسط شخص (رد پا ) که بطور اتوماتیک توسط گیرندهُ GPS ثبت می شود.
Bearing : جهت حرکت را بین نقطهُ شروع و مقصد نشان می دهد.
1( عملکرد Go To : با استفاده از این عملکرد ، گیرنده شخص را به یک waypoint که قبلاً مشخص کرده است هدایت می کند. به این صورت که صفحه نمایش ، جهت صحیح حرکت به آن نقطه را نشان می دهد و اطلاعات دیگری که بیان می دارد که حرکت تا چه حد در مسیر صحیح صورت می گیرد. دنبال کردن صفحه نمایش راهنما بسیار آسان است زیرا کافیست در جهتی که اشاره می کند ، حرکت صورت گیرد. همچنین اطلاعات دیگر مانند فاصله تا مقصد و زمان رسیدن به آن و... قابل مشاهده است.
2(عملکرد Route : همانطور که گفته شد، Route تشکیل شده از چند waypoint است که بدنبال هم آمده اند. با انتخاب عملکرد Route برای ناوبری، شخص این امکان را می یابد که بعد از رسیدن به waypoint اول، بطور اتوماتیک به waypoint بعدی که قبلاَ در Route تعریف شده ، هدایت شود. بدین صورت می توان مسیرهایی که خط مستقیم نیستند و نقاطی دارند که لازم است تغییر جهت داده شود را بصورت Route تعریف کرد و با استفاده از GPS در آن مسیر حرکت نمود.
3(عملکردTrack back : از آنجا که دستگاه GPS می تواند مسیری را که طی کرده اید بصورت اتوماتیک ثبت کند(Auto Tracking ) ، برای استفاده از عملکرد Track back ، می توان از یک Track که قبلاَ ذخیره شده است استفاده نمود؛ بطوریکه میتوان دوباره آن مسیر طی شده را از مبداَ تا مقصد یا برعکس با کمک GPS طی نمود و دستگاه در این حالت ، شما را در مسیر قبلاً طی شده هدایت کرده و میزان انحراف از مسیر را مشخص می سازد.ضمناً اگر دستگاه شما قادر باشد که نمودار ارتفاع را هم نمایش دهد) مانند eTrex Summit )، می توانید در صفحه Track Log مربوط به ارتفاع، مسیر طی شده را از لحاظ ارتفاع بررسی کنید.
4)عملکرد Sight ‘N Go : با استفاده ازاین عملکرد، شخض می تواند که جهت حرکت مستیم به یک عارضه طبیعی ( مثل یک قله) را بصورت چشمی بوسیله GPS علامت گذاری کرده(شکل6) و با قفل شدن این گرا در GPS ، گیرنده شما را همیشه در آن جهت هدایت کرده و همزمان میزان انحراف شما را از مسیر مستقیم منتهی به آن نقطه ( Off Course ) بر روی صفحه Pointer ، نشان می دهد.
قطب نما و ارتفاع سنج:
در اغلب گیرنده های معمولی GPS ،اطلاعات جهت حرکت و میزان ارتفاع، توسط سیگنالهای ماهواره بدست می آیند؛ بطوریکه برای داشتن اطلاعاتی مانند قطب نما، حتماً بایستی شخص حرکت کند ( حداقل چند متر) تا گیرنده بتواند جهت شمال و جنوب را بطور صحیح نشان دهد. اما گیرنده هایی هم هستند که مجهز به قطب نمای الکترونیکی مغناطیسی هستند و بدون نیاز به سیگنال ماهواره و حرکت کردن، جهت شمال و جنوب را نشان می دهند.
در مورد سنجش ارتفاع، گیرنده باید حداقل با 4 ماهواره در ارتباط باشد تا بتواند ارتفاع را محاسبه کند که البته معمولاً دقت آن کمتر از مختصات افقی می باشد؛ اما گیرنده هایی هم تولید شده اند که دارای سنسور ارتفاع سنج بارومتریک هستند و می توانند بدون نیاز به ماهواره هم ارتفاع را نشان داده و حتی با وارد کردن ارتفاع صحیح نقاطی که برای ما مشخص است، کالیبره شوند.
گیرنده GPS پیشنهادی مناسب پيمايش هاي صحرايي:
اگر تمایل داشتید که قابلیتهای فوق( قطب نمای مغناطیسی و ارتفاع سنج بارومتریک) در گیرنده GPS انتخابی شما وجود داشته باشد و قیمت دستگاه هم چندان بالا نباشد، مدل پیشنهادی نویسنده ، (eTrex Summit از کمپانی Garmin )می باشد که مزیت دیگر آن ثبت و نمایش نمودار ارتفاع می باشد که برای زمين شناسان ، جالب و کاربردی می باشد.
ماهواره های GPS
24 عدد ماهواره GPS در مدارهایی بفاصله 24000 هزار مایل از سطح دریا گردش می کنند. هر ماهواره دقیقا طی 12 ساعت یک دور کامل بدور زمین می گردد. سرعت هریک 7000 مایل بر ساعت است. این ماهواره ها نیروی خود را از خورشید تامین می کنند. همچنین باتری هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می کنند بهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره ها را در مسیر صحیح نگاه می دارد. 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 1978 یعنی حدود 35 سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
• در سال 1994 شبکه 24 عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
• عمر هر ماهواره حدود 10 سال است که پس از آن جایگزین می گردد.
• هر ماهواره حدود 2000 پاوند وزن دارد و طول باتری های خورشیدی آن 5.5 متر است.
• انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از 50 وات است.
GPS چگونه کار می کند؟
ماهواره های این سیستم، در مداراتی دقیق هر روز 2 بار بدور زمین می گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می کنند. گیرنده های GPS این اطلاعات را دریافت کرده 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. حال 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 نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطاعات مفید دیگر، می نماید.
گیرنده GPS
بسته به نوع مصرف و بودجه می توانید از طیف وسیع گیرنده های GPS بهره ببرید. همچنین، باید از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروزجهت ناحیه مورد استفاده تان، اطمینان حاصل کنید. امروزه بهای گیرنده های GPS بطور چشمگیری کاهش پیدا کرده است و هم اکنون در کشور ما (ایران) با بهایی معادل یک عدد گوشی متوسط موبایل نیز می توان گیرنده GPS تهیه کرد. در کشورهای توسعه یافته از این سیستم جهت کمک به راهبری خودرو، کشتی و انواع وسایل نقلیه بهره گیری 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 نزدیکنرین پمپ بنزین، تعمیرگاه و یا ایستگاه قطار را سوال نمود و مسیر پیشنهادی را دنبال کرد. دقت مکانیابی این سیستم در حد چند متر می باشد، که بسته به کیفیت گیرنده تغییر می کند. از سیستم محل یابی جهانی می توان در کارههایی چونزمين شناسي صحرايي و تكتونيك و مهندسي زمين شناسي و زمين شناسي محيط زيست و نقشه برداری و مساحی، پروژه های عمرانی، کوهنوردی، کایت سواری، سفر در مناطق ناشناخته، کشتی رانی و قایقرانی، عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زمینلرزه و هر فعالیت دیگر که نیازمند محل یابی باشد، بهره برد.
هر کس که بخواهد بداند کجاست و بکجا می رود به این سیستم نیازمند است، با توجه به نزول شدید بهای گیرنده های این سیستم، و افزایش امکانات آنها، این تکنولوژی در آینده نزدیک بیش از پیش در اختیار همگان قرار خواهد گرفت.
اطلاعاتي كه يك ماهواره GPS ارسال مي كند چيست ؟
سيگنـال GPS شـــــامــل : يـــك كد شبه تصادفي Pseudo Random Code ، داده اي بنام ephemeris ويك داده تقويــــمي بنام almanac مي باشد. كد شبه تصادفي مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات ( كد شتاسايي ماهواره ) مي باشد.
هرماهواره با كدي مخصوص شناسايي مي شود : RPN Random Code Pseudo اين عددي است بين 1و 32 . اين عدد درگيرنده هر GPS نمايش داده ميشود .دليل اينكه تعداد اين شناسه ها بيش از 24 مي باشد امكان تسهيل درنگهداري شبكه GPS باشد . زيرا ممكن است يك ماهواره پرتاب شود و شروع بكار نمايد قبل از اينكه ماهواره قبلي از رده خارج شده باشد . به اين دليل ازيك عدد ديگر بين 1و 32 براي شناسايي اين ماهواره جديد استفاده مي شود .
داده Ephemeris دائماً بوسيله ماهوارها ارسال ميگردد وحاوي اطلاعاتي درمورد : وضعيت خود ماهواره (سالم يا ناسالم) و تاريخ وزمان فعلي مي باشد . گيرنده GPS بدون وجود اين بخش از پيام درمورد زمان وتاريخ فعلي دركي ندارد . اين بخش پيام نكته اساسي براي تعين مكان مي باشد.
Almanac داده أي را انتقال مي دهد كه نشان دهنده اطلاعات مداري براي هرماهواره وتمام ماهوارهاي ديگر سيستم مي باشد .
حال ميتوان شيوه كار GPS را بهتر بررسي كرد . هرماهواره پيامي را ارسال مي كند كه بــطور ســــــاده مي گويد :
من ماهواره شماره X هستم ، موقعيت فعلي من Y است ، و اين پيام در زمان Z ارسال شده است
هر چند كه اين شكل ساده شده پيام ارسالي است ولي مي تواند كل طرز كار سيستم را بيان نمايد . گيرنده GPS پيام را مي خواند و داده هاي almanac و ephemeris را جهت استفاده بعدي ذخيــره مي نمايد . اين اطـلاعـات مي توانند براي تصحيح و يا تنظيم ساعت دروني GPS نيز به كار روند .
حال براي تعيين موقعيت ، گيرنده GPS زمانهاي دريافت شده را با زمان خود مقايسه مي كند . تفاوت اين دو مشخص كننده فاصله گيرنده GPS از ماهواره مزبور مي باشد . اين عملي است كه دقيقاً يك گيرنده GPS انجام مي دهد . با استفاده از حداقل سه ماهواره يا بيشتر ، GPS مي تواند طول و عرض جغرافيايي مكان خود را تعيين نمايد . ) كه آن را تعيين دو بعدي مي نامند . ( و با تبادل با چهار ) و يا بيشتر ) ماهواره يك GPS مي تواند موقعيت سه بعدي مكان خود را تعيين نمايد كه شامل طول و عرض جغرافيايي و ارتفاع مي باشد . با انجام پشت سر هم اين محاسبات ، GPS مي تواند سرعت و جهت حركت خود را نيز به دقت مشخص نمايد
يكي از عواملي كه بر روي دقت عمل يك GPS اثــر مي گذارد . شكل قرار گرفتن ماهواره ها نسبت به يكديگر مي باشد ( از نقطه نظرGPS )
اگر يك GPS با چهار ماهواره تبادل نمايد و هر چهار ماهواره در شمال و شرق GPS باشند طرح و هندسه اين ماهوارها براي اين GPS بسيار ضعيف ميباشد و شايد GPS قادر نباشد مكان يابي نمايد. زيرا تمام اندازه گيريهاي فاصله در يك جهت عمومي قرار دارند. مثلث سازي ضعيف است وناحيه مشترك بدست آمده ازاشتراك اين مسافت سنجي ها وسيع مي باشد ( مكاني كه GPS براي مكان خود تصورمي كند بسيار وسيع مي باشد ودر نتيجه تعيين دقيق محل آن ممكن نيست ) دراين موقعيتها حتي اگر GPS مكان يابي را انجام دهد وموقعيتي راگزارش نمايد دقت آن نمي تواند زياد خوب باشـــــــد (كمتر از500-300 فيت ). اگر همين چهارماهواره درچهارجهت (شمال ، جنوب ، شرق ، غرب (وبا زواياي 90 درجه قرارداشته باشند طرح اين چهار ماهواره براي GPS مزبور بهترين حالت مي باشد چراكه جهات مسافت سنجي چهار جهت متفاوت و نقطه اشتراك اين مسافت سنجي ها بسيار كوچك مي باشد . وهرچه اين نقطه اشتراك كوچكتر باشد به معني آن است كه بيشتر به نقطه واقعي حضورخود نزديك شده ايم . دراين موقعيت دقت عمل كمتر از100فيت مي باشد .
طرح وهندسه قرارگرفتن ماهواره ها هنگاميكه GPS نزديكي ساختمانهاي بلند، قلل كوهها ، دره هاي عميق ويا در وسايل نقليه قرارگرفته باشد به مساله مهمتري تبديـل مي گردد .اگر مانعي در رسيدن سيگنالهاي بعضي از ماهواره ها وجود داشته باشد GPS مي تواند از بقيه ماهواره ها بـــراي مكان يابي خود استفاده نمايد. هرچه اين موانع بيشتر و شديدتر شوند مكان يابي نيز مشكل تر مي گردد .
يك گيرنده GPS نه تنها ماهواره هاي قابل استفاده را تشخيص مي دهد بلكه مكان آنها را درآسمان نيز تعيین مي كند . ( ارتفاع و زاويه ) منبع ديگرايجاد خطا " چند مسيري " مي باشد ." چند مسيري" نتيجه انعكاس سيگنال راديويي به وسيله يك شي مي باشد . اين پديده باعث ايجاد تصاوير سايه دار در تلويزيونها مي گردد هر چند در آنتنهاي جديد اين شكل به وجود نمي آيد ، اين پديده در آنتنهاي رو تلويزيوني قديمي به وجود مي آمد.
بروز اين اختلال براي GPS ها به اين شكل است كه امواج بعد از انعكاس به وسيله اشياء ( مانند ساختمانها يا زمين ) به آنتن GPS برسند . در اين صورت سيگنال مسير بيشتري را تا رسيدن به آنتن GPS طي مي كند و اين باعث مي شود كه GPS فاصله ماهواره را بيشتر از آنچه هست محاسبه نمايد. كه باعث ايجاد خطا در مكان يابي نهايي مي گردد. در صورت بروز اين اختلال تقريباً 15 فيت بر خطاي نهايي افزوده مي شود .منبع ديگري نيز براي ايجاد خطا ممكن است وجود داشته باشند . افزايش تاخير ( delay ) به دليل اثرات جوي نيز مي تواند برروي دقت كار اثر بگذارد . همچنين خطاهاي ساعت داخلي GPS . در هر دو اين موارد گيرنده GPS طوري طراحي شده است كه اين اثرات را جبران نمايد . ولي خطاهاي كوچكي بر اساس همين اثرات همچنان بروز خواهند كرد .
در عمل ، دقت كار يك GPS غير نظامي معمولي ، با توجه به تعداد ماهواره هاي تبادلي و طرح قرار گرفتن آنها بين 60 تا 225 فيت مي باشد. GPS هاي پيچيده تر و گرانتر مي توانند با دقتهايي در حد سانتيمتر كاركنند . ولي دقت يك GPS معمولي نيزمي تواند به كـــمك پـــردازشي بـــه نـــام DGPS Differential GPS به حدود 14 فيت يا كمتر برسد .سرويسهاي DGPS با هزينه كمي قابل اشتراك مي باشند . سيگنال تصحيحات DGPS توسط سازمان Army Corps Of Engineers و از ايستگاههاي مخصوص ارسال مي گردد . اين ايستگاهها در فركانس KHZ .325- 283.5 كار مي كنند تنها هزينه استفاده از اين سرويس خريدن يك دامنه از اين سيگنالها مي باشد . با اين كار يك گيرنده ديگر به GPS ما متصل مي شود ( از طريق يك كابل سه رشته اي ) و عمل تصحيح را طبق يك روش استاندارد به نام ( RTCM SC-104 ) انجام مي دهد . اشتراك سرويسهاي DGPS از طريق امواج راديويي FM نيز ممكن مي باشد .
چه كساني از GPS استفاده مي كنند ؟
GPS ها داراي كاربردهاي متنوعي در زمين ، دريا و هوا مي باشند ، اساساً GPS هر جايي قابل استفاده است مگر در نقاطي كه امكان وصول امواج ماهواره درآنها نباشد مانند داخل ساختمانها ، غارها ونقاط زيرزميني ديگر و يا زير دريا ، كاربردهاي هوايي GPS در رهيابي براي هوانوردي تجاري ميباشد . در دريا نيز ماهيگيران ، قايقهاي تجاري ، ودريا نوردان حرفه أي از GPS براي رهيابي استفاده مي كنند
استفاده هاي زميني GPS بسيار گسترده تر مي باشد . مراكز علمي از GPS براي استفاده از قابليت و دقت زمان سنجي اش واطلاعات مكاني اش استفاده مي كنند . نقشه برداران از GPS براي توسعه منطقه كاري خود بــــهره مي گيرند . سايتهاي گرانقيمت نقشه برداري دقتهايي تا يك متر را فراهم مي آورند . GPS ها علاوه بر صرفه جويي دقتهاي بهتري را براي اين سايتها به ارمغان مي آورند . استفاده هاي تفريحي از GPS نيز به تعداد تمام ورزشهاي تفريحي متنوع است . به عـنوان مثال براي شكارچيان ، برف نوردان ، زمين شناسان وسياحان و…
در نهايت بايد گفت هركسي كه مي خواهد بداند كه دركجا قراردارد ، راهش به چه سمتي است ، ويا با چه سرعتي درحركت است مي تواند از يك GPS استفاده كند . در خودروها نيز وجود GPS به امري عادي بدل خواهد شد.سيستم هايي درحال تهيه است تا دركنار هر جاده اي با فشار دادن يك كليد موقعيت به يك مركز اورژانس انتقال يابد . ( بوسيله انتقال موقعيت فعلي به يك مركز توزيع ) سيستم هاي پيچيده ديگري موقعيت هر خودرو را دريك خيابان ترسيم مي كنند اين سيستمها به راننده بهترين مسير براي رسيدن به يك هدف خاص را پيشنهاد مي كنند .
نحوه کارکرد GPS
GPS یک دستگاه صرفا گیرنده می باشد که اطلاعات بدست آمده از ماهواره های اطراف زمین را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و PIV شما را محاسبه می کنند .P=Position منظور موقعییت شما در هر نقطه از کره خاکی و فضای اطراف آن است . T = Time منظور زمان محلی دقیق و با دقت فوق لاعاده بالا در همان منطقه ای که شما هستید V = Veloctiy منظور سرعت لحظه ای شماست که آن را با دقت فوق العاده بالا محاسبه می کند . حال ما می خواهیم بدانیم یک دستگاه گیرنده با یک آنتن کوچک چگونه این اطلاعات را برای ما محاسبه می کند . تعداد 24 ماهواره توسط شرکتهای تولید کننده GPS یعنی Garmin و Magellan در فاصله 20200 کیلو متری از سطح زمین قرار دارند و در هر مدار 4 ماهواره قرار دارد . بدینسان این ماهواره ها کل زمین را تحت پوشش خود قرار می دهند. در داخل هر کدام از این ماهواره ها 4 ساعت اتمی قرار دارد تا مطمئن باشیم که در یک لحظه بخصوص حداقل یکی از آنها کار می کند . این ماهواره ها کد های 0 و 1 را برای دستگاه گیرنده می فرستند مثلا در ثانیه 0 کد 00001001 و در ثانیه 001 ,0 کد بعدی را در فضا منتشر می کند . هر کدام از این کد ها دوباره تکرار می شوند . مثلا دستگاه گیرنده شما کد 001 را در ثانیه اول می گیرد و در 1 نانو ثانیه بعد دوباره این کد را دریافت می کند . بنابر این تشخیص می دهد که مثلا فاصله زمانی بین شما و ماهواره برای امواجی که با سرعت نور حرکت می کنند 1 نانو ثانیه می باشد . حال چرا اینقدر زمان برای ما مهم است ؟ به خاطر اینکه فاصله ها بر اساس زمان سنجیده می شوند . مثلا در مورد مثال بالا فاصله شما از ماهواره برابر می شود با :X=vt=300000110(-9)
از طرفی دیگر در داخل دستگاه GPS شما حدس می زند که مکان هندسی شما یک کره به شعاع X ( که در بالا محاسبه کردیم ) و به مرکز مهواره مورد نظر می باشد در نتیجه شما با ماهواره اول متوجه شدید که مکان هندسی شما در فضا سطح یک کره می باشد .حال با گرفتن سیگنال ها و محاسبه فاصله از ماهواره دوم مکان هندسی شما در فضا سطح کره زمین خواهد شد . فصل مشترک این دو کره یک دایره است . ماهواره سوم نیز مکان هندسی شما را بر روی یک کره دیگر تخمین می زند .
فصل مشترک این کره با دایره قبلی دو نقطه خواهد بود . حال ماهواره چهارم کره بعدی را می سازد که فصل مشترک یک کره با دو نقطه یک نقطه خواهد بود . خیلی جالب است ؟!
حال موقعیت شما بر روی کره زمین و فضای اطراف آن در یک نقطه مشخص شده است . به همین ترتیب زمان شما نیز با توجه به موقعیت شما و ساعت GPS محاسبه خواهد شد . این ساعت ساعت محلی است و با ساعت رسمی هر کشور فرق خواهد داشت . سرعت شما چگونه محاسبه خواهد شد ؟! آیا با تقسیم فاصله بین دو نقطه بر زمان ؟! اخیرا این روش , روش مناسبی جهت دستگاه دقیقی مثل GPS نمی باشد . سرعت شما با استفاده از اثر دوپلروروابط ان محاسبه میشود.ما در فیزیک دبیرستان با اثر دوپلر آشنا شدیم این در حقیقت همان شکل معروف آمبولانس است که با نزدیک شدن به ما , رسیدن به ما و دور شدن از ما صدایش نیز تغییر می کند .
طراحان آمریکایی از این مساله در طراحی رادارها و بخصوص دستگاه GPS جهت تعیین سرعت دقیق استفاده کرده اند . خوب حالا به این نکته رسیدیم که می توانیم موقعیت , سرعت و زمان دقیق خود را داشته باشیم . بنابراین طول جغرافیایی , ارتفاع از سطح آبها ی آزاد دریا ها , زمان محلی و سرعت را خواهیم داشت . اما آیا فقط همین اطلاعات در اختیار ماست یا بیشتر ؟!
سخت افزار و نرم افزار GPS :
سخت افزار GPS در حقیقت مجموعه ای از IC ها و تراشه ها جهت انجام محاسبات خاصی است که انجام آن برای شخص بسیار سخت می باشد
نرم افزار : نرم افزار این دستگاه شامل برنامه ای است که دستگاه با آن کار می کند و در حقیقت این هم مانند یکی از برنامه های کامپیوتری عادی است که البته به زبان C نوشته شده است . نسخه های جدید این برنامه ها در اینترنت و در سایت شرکتها نامبرده موجود می باشد همانطور که گفتیم دستگاه GPS یک کامپیوتر کوچک است که جهت انجام امور خاصی برنامه ریزی شده است . بنابراین این کامپیوتر با داشتن مختصات شما می تواند کارهای دیگری هم انجام بدهد . مثلا می تواند زمان طلوع و غروب خورشید را در موقعیت شما بگوید . همچنین زمان طلوع و غروب ماه . شاید خیلی جالب باشد ولی GPS می تواند زمان باقیمانده برای رسیدن به مقصد مورد نظر را با توجه به سرعت شما محاسبه کند . همچنین میانگین سرعت شما , بیشترین سرعت , میانگین سربالایی و سرازیری مسیر , سرعت عمودی , موقعیت منطقه از نظر شکار و ماهیگیری و شکار در هر نقطه جهان , محاسبه مساحت یک نقطه ناشناخته و بر گرداندن شما از مسیر آمده و ....
در ضمن نکته ای که در مورد GPS حائز اهمیت است این است که شرایط آب و هوایی هیچ تاثیر بر روی کارکرد این وسیله ندارد.
نرم افزار mapsource
کارکردن با این نرم افزار برای اکثر کسانی که قبلاٌ با نرم افزارهای کامپیوتری کار کرده اند بسیار آسان است با اینحال در این متن توضیح کوتاهی در مورد قسمتهای مختلف این نرم افزار داده می شود:
بخش 1)
کلید 1 برای زوم کردن بر روی نقشه است . علامت مثبت آن برای دقیق تر شدن بر روی جزئیات نقشه و علامت منفی آن برای دید مساحت بیشتر ( نشان دادن کلیات نقشه ( می باشد .
کلید 2 مقیاس زوم روی نقشه را نشان می دهد ( به عبارت دیگر مسافتی که در صفحه مانیتور مطابق با نقشه واقعی دیده می شود ) با تغییر آن می توانید دید خود را وسیع تر کنید یا اینکه برعکس به جزئیات بیشتری از نقشه دست پیدا کنید
کلید 3 برای نشان دادن جزئیات نقشه می باشد . اگر بر روی highest باشد نقشه با بیشترین مقدار جزئیات نمایش داده خواهد شد و به همین ترتیب لولهای ساده تری از نمایش نقشه را هم دارد . این برای زمانی است که بخواهید نقشه خلوتی داشته باشید تا بتوانید روی آن کار خاصی انجام دهید یا اینکه بخواهید تمام جزئیات موجود در نقشه را ببینید
کلید 4 برای فرستادن اطلاعات از دستگاه جی پی اس شما به داخل نرم افزار است . به این صورت که شما ابتدا باید دستگاه خود را از طریق کابل آن ( سریال یا USB ) به کامپیوتر وصل کرده و دستگاه خود را روشن کنید و این گزینه را انتخاب کنید و طبق دستور العمل آن می توانید کلیه اطلاعات موجود در دستگاهتان را وارد نقشه کنید .
کلید 5 برای فرستادن اطلاعات از نقشه به داخل دستگاه شما است . به این صورت که شما یا می خواهید نقشه دستگاه خودتان را آپگرید کنید یا اینکه می خواهید یک Track که خودتان طراحی کرده اید به داخل دستگاه بریزید . در این حالتها باید از این دکمه استفاده کنید .
کلید 6 برای انتخاب قسمتی از نقشه است . با کلیک کردن بر روی آن نشانگر موس شما زرد شده و روی نقشه را به مناطق مختلفی تقسیم می کند و با کلیک کردن بر روی هر منطقه آن منطقه انتخاب می شود .
کلید 7 نیز برای زوم استفاده می شود
کلید 8 برای بالا ، پایین ، چپ و راست رفتن بر روی نقشه استفاده می شود .
کلید 9 برای زدن Waypoint از طریق نرم افزار در یک قسمت نقشه استفاده می شود .
کلید 10 برای ایجاد مسیر از پیش تعیین شده ( بر روی نقشه ) استفاده می شود .
کلید 11 برای انتخاب Track یا Waypoint یا یک نقطه خاص است
کلید 12 ( خط کش ) برای اندازه گیری فاصله بین دو نقطه است . به این صورت که در نقطه اول کلیک کرده و سپس بر روی نقطه دوم کلیک نمایید . فاصله بین این دونقطه را نشان می دهد این کار را برای حساب کردن فاصله های بیشتر نیز می توانید تکرار کنید .
بخش 2)
گزینه 1 New برای ایجاد یک فایل جدید است .
گزینه 2 open برای دسترسی به فایلهای ایجاد شده می باشد .
گزینه 3 Save برای ذخیره کردن اطلاعات موجود است .
گزینه 4 Save as برای ذخیره کردن اطلاعات با نام دیگر ( گرفتن بک آپ ( است .
گزینه 5 Print برای پرینت گرفتن از اطلاعات موجود استفاده می شود .
گزینه 6 و 7 نیز مربوط به تنظیمات پرینتر می باشد ( این دو گزینه در اکثر نرم افزارها وجود دارند . )
گزینه 8 Exit هم برای خارج شدن از برنامه می باشد
بخش3)
پنل 1 برای کپی کردن ، لغو کردن آخرین فرمان ، یک فرمان به جلو ، یک فرمان به عقب ، کات کردن و ... بکار می رود
کلید 2 برای انتخاب کلیه مطالب موجود در نقشه بکار می رود
کلید 3 برای ایجاد Waypoint جدید استفاده می شود
کلید 4 برای ایجاد یک Route مسیر جدید استفاده می شود
کلید 5 برای ایجاد یک Route جدید با استفاده از Waypoint های موجود استفاده می شود .
کلید 6 برای ایجاد یک Track جدید استفاده می شود
کلید 7 برای کپی برداشتن از مسیر استفاده می شود .
کلید 8 برای برداشتن waypoint ها از مسیر استفاده می شود .
کلید 9 برای انتخاب نقشه اطراف Waypoint ها و Track ها استفاده می شود
کلید 10 برای تنظیم مشخصات نقشه استفاده می شود .
کلید 11 هم برای تنظیم مشخصات خود نرم افزار استفاده می شود ( در مورد آن مفصلاٌ صحبت می کنیم .)
بخش4)
کلید 1 برای پیدا کردن یک نقطه با نام خاص
کلید 2 برای پیدا کردن نزدیکترین نقاط
کلید 3 برای پیدا کردن آخرین نقاطی که Search شده اند
کلید 1 برای فرستادن اطلاعات به دستگاه
کلید 2 برای گرفتن اطلاعات از دستگاه
بخش5)
کلید 1 – موارد انتخاب شده را روی نقشه نمایش می دهد .
کلید 2 –به یک موقعیت خاص می رود ( موقعیتی که توسط شما با طول و عرض جغرافیایی تعیین می شود .)
کلید 3 – برای زوم کردن به مقدار دلخواه
کلید 4 – برای زوم کردن به بیشترین مقدار ممکن
کلید 5 – نشان ندادن جزئیات نقشه
کلید 6 – نشان دادن نشانه گیر نقشه
کلید 7 – انتخاب حالت نقشه یا بدون نقشه
کلید 8 – تغییر مقیاس نقشه
کلید 9 – تعیین میزان جزییات نقشه
کلید 10 – نشان دادن تولبار خاص
کلید 11 – مخفی کردن میله نشان دهنده موقعیت در پایین صفحه
کلید 12 – مخفی کردن دیتاهای وارد شده توسط شما در سمت چپ
کلید 13 – نمایش Track و Waypoint های گرفته شده در نرم افزار Google earth