سیستم GPS سیگنال‌هایی را ارسال می‌نماید که توسط گیرنده‌های GPS دریافت می‌شود و موقعیت مکانی،‌ سرعت و زمان را در هر جای کره زمین در هر موقع از روز یا شب و در هر شرایط آب و هوایی محاسبه می‌نماید. سیستم مکان‌یاب جهانی یا GPS یک منبع ملی و مورد استفاده بین‌المللی برای یافتن موقعیت محل،‌ مسیریابی و زمان سنجی می‌باشد و از سه قسمت تشکیل یافته است.

فضا، کاربر، کنترل (Space, User, Control)

سیستم GPS شامل 3 بخش،‌ فضا، کنترل و کاربری می‌باشد. بخش فضایی شامل آرایش ماهواره‌ها در فضا با (Constellation) است. اولین سری این ماهواره‌ها در سال 1978 در مدار قرار داده شد و در سال 1986 توسعه و تکمیل آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS به علت جلوگیری از خطرات ناشی از عدم مسیریابی انجام پذیرفت. در فوریه 1989 آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS با 24 یا تعداد بیشتری ماهواره در مدار کامل و فعال گردید. سیستم کنترل توسط ارتش آمریکا انجام می‌گیرد که ردیابی و نگهداری آنها را در مدار کنترل می‌نماید.

بخش کاربرها، شامل کاربرهای نظامی و شخصی هر دو می‌باشد. کاربرهای نظامی از سیستم GPS به عنوان، مسیریابی،‌ شناسایی، و سیستم هدایت موشکی استفاده می‌نمایند و کاربرهای شخصی هم می‌توانند همانند نظامی‌ها و براساس نیاز از این سیستم استفاده کنند.

بخش فضایی (Space Segment)

ماهواره‌های GPS در حدود 900 کیلوگرم وزن و 5 متر با پیل‌های خورشیدی طول دارند. عمر مفید این ماهواره‌ها برای 7.5 سال طراحی شده است اما اغلب مدت زمان بیشتری در مدار مورد استفاده قرار می‌گیرند. پنل‌های خورشیدی نیروی اولیه را تهیه می‌نمایند و نیروی (تغذیه) ثانویه توسط باطری‌های Nicod تأمین می‌شود. در هر ماهواره چهار ساعت (Clock) اتمی فوق‌العاده دقیق نصب گردیده است. در سپتامبر 2001 تعداد ماهواره‌های مورد استفاده در مدار 27 عدد بوده است.

مدارات ماهواره‌ها( Satellite orbits )شامل 6 مدار با فاصله 60 درجه و در هر مدار 4 ماهواره وجود دارد و این امکان را فراهم می‌سازد که با وجود اشکال و خرابی 2 ماهواره در هر مدار سیستم کار نرمال خود را انجام دهد. هر سطح مداری شیبی برابر با 55 درجه با سطح مدار استوایی دارد. ارتفاع زیاد مدار (km 20000) باعث ثابت ماندن ماهواره‌ها در مدارشان می‌شود. همچنین ارتفاع زیاد ماهواره باعث پوشش منطقه وسیعی در روی زمین می‌شود. ماهواره‌های GPS هر نقطه در روی زمین را 2 بار در روز پوشش می‌دهند (از هر نقطه در روی زمین دوبار در روز می‌گذرند).

سیگنال‌های ماهواره (Satellite Signals)

هر ماهواره یک سیگنال مسیریابی که شامل عناصر مداری، وضعیت ساعت (Clock)‌، زمان سیستم و وضعیت پیام‌ها می‌باشد را ارسال می‌نماید. به علاوه یک تقویم نجومی (almanac) تهیه می‌شود که اطلاعات (تقریبی) را برای هر ماهواره فعال ارسال نماید. سیگنال‌های رادیویی با سرعت نور منتشر می‌شوند. 300 هزار کیلومتر در ثانیه، مدت زمان 0.06 ثانیه طول می‌کشد که سیگنال ارسالی از ماهواره GPS به زمین برسد. این سیگنال‌ها با قدرت کم (حدود 300 تا 350 وات در طیف مایکروویو) ارسال می‌گردند.

کد C/A (Coarse A qwsition Cood) برای استفاده کاربرهای شخصی در دسترس می‌باشد و به عنوان (SPS) (Standard Positining Service) مسیریابی استاندارد. PPS یا Precise Positioning Service سرویس مکان یابی دقیق که منحصراً در دسترس کاربرهای نظامی و کاربرهای مجاز می‌باشد. سیگنال‌های ماهواره به خط مستقیم جهت رسیدن و استفاده گیرنده‌های GPS نیازدارند. درخت، ساختمان،‌ کوه و حتی دست و یا بدن می‌تواند سیگنال‌های ماهواره‌ها را بلوکه نماید.

تقویم نجومی یا Almanac شامل اطلاعاتی راجع به مدارات 24 ماهواره می‌باشد. یک گیرنده GPS از تقویم نجومی که در پیام‌های دیتای ماهواره وجود دارد برای موقعیت هر ماهواره‌ای که ردیابی می‌کند استفاده می‌نماید.

نرم افزار mission planning برای تهیه گراف و موقعیت ماهواره‌های قابل رؤیت و بهترین زمان بررسی در منطقه مخصوص،‌ از تقویم نجومی استفاده می‌نماید. تقویم نجومی برای مدت 30 روز معتبر است،‌ اما هر بار که گیرنده GPS روشن می‌شود به طور اتوماتیک تقویم نجومی را دریافت می‌کند (در مدت زمان 15 دقیقه). استفاده از تقویم نجومی به روز یا up-to-date برای استفاده از ماهواره‌هایی که در دید گیرنده‌های GPS قرار می‌گیرند بسیار مهم می‌باشد.

بخش کنترل (Control Segment)

بخش کنترل شامل پنج ایستگاه مونیتور در اقصا نقاط جهان شامل هاوایی، کواجالین،‌ جزیره اسنشن، دیوگوگارسیا و کلورادو است. ایستگاه (MCS) یا مرکز کنترل در کلورادو قرار دارد. ایستگاه‌های مونیتور، ماهوار‌های در معرض دید را ردیابی می‌نماید و اطلاعات فاصله را جمع‌آوری و این اطلاعات را در ایستگاه MCS تجزیه و تحلیل و سپس مدارات ماهواره‌ها را مشخص می‌نماید و پیام‌های هر ماهواره مکان‌یاب را به روز می‌نماید.

اطلاعات به روز شده از طریق آنتن‌های زمینی به ماهواره‌ها ارسال می‌گردد. ماهواره‌های GPS 1- پیام‌های اطلاعاتی ماهواره (موقعیت و زمان) 2- تقویم نجومی 3- اصلاح مداری را که از ایستگاه MCS دریافت می‌نمایند، ارسال می‌کنند و گیرنده‌های GPS از تمامی این اطلاعات جهت محاسبه موقعیت استفاده می‌نمایید.

سامانه‌های جی‌پی‌اس

سیستم موقعیت‌یاب جهانی (Global Positioning Sysyem) به سامانه‌ای متشکل از 28 ماهواره اطلاق می شود که هر یک از آنها با قرارگیری در یک آرایش مثلثی (3 تایی) می توانند قسمتی از کره زمین را تحت پوشش قرار داده و ناوبری نمایند.

سامانه‌ی موقعیت‌یاب جهانی (جی‌پی‌اس)، سامانه‌ای متشکل از 28 ماهواره

در این حال علاوه بر نمایش موقعیت مکانی کاربر بروی نقشه منطقه ای یا جهانی پارامترهای دیگری نظیر سمت و ارتفاع را به صورت بارومتریک از سطح دریا و وضعیت افق را بصورت دیداری گزارش می دهد.

گیرنده های ماهواره ای GPS در انواع گوناگون ساخته شده و در مصارف عمومی نظیر سفر و گردشگری، کوهنوردی و ورزش کاربرد دارد. نوع دیگری از این سامانه در هدایت و ناوبری خودروها، هواپیماها، بالگرد ها و نیز شناورهای کوچک و بزرگ بکار گرفته می شود.

در اینجا به معرفی مدل های مطرح از سری گیرنده های عمومی ساخت گارمین و ماژلان می پردازیم.

1- سری Geko - در مدلهای 101-201-301 – این گیرنده کوچکترین و سبکترین GPS دنیا بشمار می رود.
از قابلیت های آن می توان به مقاومت در برابر نفوذ آب، ثبت 500 نقطه، کمپاس الکترونیکی، ارتفاع سنج بارومتریک و بازی اشاره کرد. این مدل از 2 عدد باطری سایر AAA نیرو گرفته و به همراه نرم افزار و کیف حمل عرضه می شود. این قابلیت ها با توجه به مدل دستگاه متغییر می باشد.

2- سری Etrex – این گیرنده در مدلهای ایتریکس، سامیت و ویستا عرضه می شود. از طراحی موزون و ارگونومیک برخوردار است. قابلیت های آن شامل: 12 کانال دریافت و قابلیت DGPS با فرمت RTCM  5 صفحه ناوبری و قابلیت ثبت 500 نقطه، سیستم نمایش افق محلی ( خورشید و ماه )، قابلیت رسم پروفیل تغییرات ارتفاع و فشار بر مبنای زمان و با فاصله روی نقشه، حافظه 24 مگابایتی جهت انتقال نقشه، نشاندهنده پارامترهای Jumpmaster ، قابلیت برنامه ریزی به همراه نرم افزار، کیف حمل و کابل اتصال به رایانه. سری ایتریکس این امکان را دارد تا بصورت آپشن شارژر فندکی خودرو ، کابل ارتباط به رایانه، نگهدارنده خودرویی و آنتن خارجی را انتخاب نماید.

3- سری Meridian و Sportrak ساخت ماژلان – این مدلها را می توان در کلاس ورزشی قرار داد. از طراحی مناسبی برخوردار بوده و آنتن داخلی آن حساسیت بالایی در گیرندگی امواج دارد. قابلیت های آن شامل: 12 کانال دریافت امواج، دارای قطب نمای کاملاً دیجیتالی، ارتفاع سنج، فشارسنج بصورت مجزا، مقاومت در برابر نفوذ آب و دارای نقشه جهانی. این گیرنده ها با 2 عدد باطری سایز AAA تغذیه می شوند.

مدل‌های دیگری از این گیرنده ها علاوه بر قابلیت های ذکر شده یک فرستنده و گیرنده برد کوتاه LPD در محدوده فرکانسی UHF-ISM را دارا هستند که این امکان را به کاربر می دهد در صورت نیاز بتواند ارتباط رادیویی بی سیم را با کاربری دیگر تا شعاع 2 کیلومتری برقرار نماید. ( مدل Rino110-120 ). در برخی مدل ها علاوه بر موقعیت یابی دستگاه این امکان را دارد تا با خطوط تلفنی موبایل بروش GSM-GPS هماننده یک تلفن همراه معمولی ارتباط داشته و از امکانات موجود در شبکه استفاده نماید. (مدل NavTalk)




منبع: ایران هوا فضا