همه چیز در مورد gps

ماجرا در وزارت دفاع ایالات متحده کلید خورد

شاید این اتفاق ما را یاد سرنوشت ابتدایی اینترنت بیاندازد. چرا که جی پی اس نیز ابتدا برای مقاصد نظامی و ابداع شیوه ی جدید ناوبری در آمریکا بوجود آمد. در سال ١٩٧٨ اولین ماهواره جی پی اس به فضا پرتاب شد. اما طولی نکشید که در سال ١٩٨٠ یعنی تنها ٢ سال بعد این پروژه همگانی شد و در دسترس عموم قرار گرفت. البته این تازه آغاز ماجرا بود، و مدت زمان زیادی لازم بود تا این فناوری آنقدر همه گیر شود که هر فردی در گوشی همراه خود یک گیرنده جی پی اس داشته باشد.

سامانه موقعیت یاب جهانی

General Positioning System که به اختصار آن را GPS می خوانند، نامی است که بر روی این فناوری قرار داده اند. ٦ مدار فرضی در دور زمین قرار دارند که در هر مدار ٤ ماهواره در حرکت هستند، که در مجموع می شوند ٢٤ ماهواره، که هر کدام طی مدت ٢ روز زمین را دور می زنند. هریک از این ماهواره ها که نَوِستار (NavStar، مخفف Navigation Star یا ستاره های ناوبری) نام دارند، بصورت مستمر و بی وقفه در حال ارسال اطلاعات به سمت سطح زمین هستند.

همانطور که در شکل بالا دیده می شود، در کمترین حالت شما ٦ ماهواره را در بالای سر خود همراه خواهید داشت!

ساز و کار جی پی اس چگونه است؟

و اما اصل مطلب! جی پی اس چگونه کار می کند؟ برای توضیح درباره این قسمت، اندکی باید به سراغ هندسه و ریاضی برویم. برای اینکه بدانید در کجای سطح کره زمین ایستاده اید، به دو عدد نیاز دارید؛ که یکی از این دو طول جغرافیایی و دیگری عرض جغرافیایی شما هستند. و اگر بخواهید ارتفاع نسبی خود را نیز بدانید، به مولفه یا عدد سوم نیاز دارید.

جی پی اس ابتدا برای مقاصد نظامی و ابداع شیوه ی جدید ناوبری در آمریکا بوجود آمد.

از آنجایی که وسیله ی اصلی جی پی اس، ماهواره های موجود در فضای پیرامون زمین هستند، و ما نیز برای استفاده از آن به گیرنده نیاز داریم، ممکن است اینطور به نظر برسد که این سیستم موقعیت یابی عملکرد بسیار پیچیده ای دارد. در حالی که اصلا اینطور نیست. تمام این تشکیلات برای این هستند که یک موج رادیویی ساده بطور مداوم به سطح زمین ارسال گردد. البته در پشت پرده تکنولوژی های پیشرفته و مهندسی شده به کار گرفته شده اند، اما الگوریتم کار ساده است.

هریک از ماهواره ها، بطور پیوسته بسته هایی از جنس سیگنال رادیویی به سمت زمین ساطع می کند. هر بسته ٢ نوع اطلاعات را شامل می شود: یکی موقعیت جغرافیایی آن ماهواره، و دیگری زمان ارسال بسته. بنابراین در هر لحظه بسته های مختلف از ماهواره های مختلف به سمت زمین گسیل می شوند. تنها راه استفاده از این سیگنال ها استفاده از یک گیرنده است. همانطور که یک رادیویی جیبی می تواند امواج رادیویی را دریافت کند و آن را بصورت صوت پخش کند، یک گیرنده جی پی اس نیز می تواند بسته های اطلاعاتی ماهواره ها را دریافت کرده و موقعیت شما را تعیین کند.

تعیین موقعیت به کمک بسته های اطلاعاتی چگونه صورت می گیرد؟

برای اینکه طول و عرض جغرافیایی خود را بدانید، بایستی حداقل به ٣ ماهواره متصل باشید، یا به عبارت دیگر، بطور همزمان حداقل از ٣ ماهواره بسته های اطلاعاتی دریافت کند. اما چگونه این بسته ها به اعداد طول و عرض جغرافیایی تبدیل می شود؟

یک مثلث را در نظر بگیرید. این مثلث ٣ راس دارد. فرض کنید هر یک از رئوس یک ماهواره هستند. هر ماهواره موقعیت خود را برای شما می فرستد، که به همراه آن زمان ارسال موقعیت نیز وجود دارد. هنگامی که موقعیت آن ماهواره به گیرنده شما می رسد، گیرنده زمان ارسال شده  و زمان دریافت موقعیت را از یکدیگر کم می کند، و در کنار موقعیت ماهواره، فاصله شما از ماهواره بدست می آید. از طرفی در رابطه با ٢ ماهواره دیگر نیز همین روند تکرار می شود. اتفاقی که در نهایت می افتد این است که شما می دانید فاصله تان از ٣ نقطه متفاوت چقدر است. و اندکی محاسبات ریاضی کافی است که تا موقعیت خود شما نیز به راحتی بدست بیاید! که البته تمامی مراحل این فرایند را همان گیرنده انجام می دهد.

پس برای بدست آوردن طول و عرض جغرافیایی به برقراری ارتباط با حداقل ٣ ماهواره نیاز است. و البته اگر بخواهید ارتفاع را نیز بدانید، به ١ ماهواره دیگر، یعنی حداقل ٤ ماهواره نیاز دارید.

از آنجایی که این اطلاعات بصورت پیوسته به گیرنده منتقل می شود، گیرنده در هر لحظه موقعیت شما را می داند. در نتیجه اگر شما در وسیله ی نقلیه ای در حال حرکت باشید، گیرنده به کمک تغییر موقعیت و تغییر زمان، می تواند سرعت حرکت و مسیر حرکت شما را نیز تعیین کند. همان چیزی که بسیاری از شما در برنامه های کاربردی گوشی های هوشمند تان به سادگی تجربه کرده اید….

در این جا ٢ نکته وجود دارد که بد نیست بدانید: یکی اینکه ارتفاعی که جی پی اس به شما می دهد، ارتفاع از مبنایی به نام بیضوی است و با ارتفاع از سطح دریا که در نقشه ها و اطلس ها مقیاس معروفی است، تفاوت دارد.
و دیگر اینکه از آنجایی که امواج ماهواره ها از آسمان مستقیما به سمت زمین فرستاده می شوند، برای دریافت شان باید در فضای باز و زیر آسمان باشید. البته در داخل مکان هایی مانند اتومبیل و مشابه آن می توان اغماض کرد، اما در جایی مانند تونل نمی توان امواج جی پی اس را دریافت کرد.

گیرنده جی پی اس

تصویر بالا یک گیرنده ساده جی پی اس را نشان می دهد. البته تنها لطفی که این گیرنده به ما می کند این است که ٣ عدد، که در واقع همان طول و عرض و ارتفاع جغرافیایی ما هستند را به ما تحویل دهند. اما از آنجایی که تکنولوژی همیشه در مسیر برطرف کردن نیاز های بشر گام برمیدارد، بسیار دیگری از دستگاه ها هستند که بصورت پیشرفته و حرفه ای از این اطلاعات استفاده می کنند و موقعیت ما را بر روی نقشه نشان می دهند. البته این دستگاه ها دوران اوج شان مربوط به قبل از ورود جی پی اس به گوشی های هوشمند می شود. در تصویر زیر نیز نمونه های کامل و نسبتا قدیمی از گیرنده های جی پی اس را مشاهده می کنید:

GPS تنها نیست..!

همانطور که در ابتدا گفته شد، جی پی اس ساخته و پرداخته شده ی کشور آمریکاست. علاوه بر جی پی اس، کشور های روسیه، هند، چین و اتحادیه اروپا نیز سیستم های ناوبری خاص خود را طراحی کرده اند که در حال پیشرفت به سر می برند:
گلوناس

سیستم ناوبری کشور روسیه که ٢ سال زودتر از آمریکا در سال ١٩٧٦ پروژه اش کلید خورد و در سال ٢٠١٠ تمام خاک روسیه و سپس یکسال بعد تمام کره زمین را تحت پوشش خود قرار داد. گلوناس پر هزینه ترین برنامه فضایی فدرال روسیه به شمار می رود.

از آنجایی که امواج ماهواره ها از آسمان مستقیما به سمت زمین فرستاده می شوند، برای دریافت شان باید در فضای باز و زیر آسمان باشید.

گالیلئو

گالیلئو یا همان گالیله نامی است که اتحادیه اروپا بر روی سیستم ناوبری شخصی خود گذاشته است. این سیستم هنوز به طور کامل نهایی نشده است. دو ایستگاه زمینی آن در مونیخ آلمان و فوچینو ایتالیا قرار دارند. نام انگیسی این سیستم موقعیت یاب GNSS یا Global navigation Satellite System یا سامانه ماهواره ای ناوبری جهانی می باشد.

سامانه بِی دو

جمهوری خلق چین نیز از پیشگامان این عرصه بوده است و سیستم ناوبری انحصاری اش بی دو نام دارد. لغت بی دو به در زبان محلی در اصل نام ٧ ستاره در آسمان است که قسمتی از صورت فلکی دب اکبر را تشکیل می دهد، نام آن در نجوم بنات النعش یا دخترانِ جنازه است که معادل فارسی آن صورتک هفت اورنگ می شود. علت نام گذاری آن به دختران جنازه این است که شمایل آن همانند ٣ دختر است که در حال حمل جنازه می باشند.

سامانه ماهواره ای ناوبری منطقه ای هند

IRNSS یا Indian Regional Navigation Satellite نام سامانه ناوبری کشور هند است. هند این سامانه را برای رهایی از وابستگی به سامانه کشور چین بوجود آورده است که شامل دو نوع خدمات رایگان، و همچنین خدمات رمزگذاری شده برای مقاصد نظامی می باشد.

علت این چندگانگی چیست؟

همانطور که مبدا بوجود آمدن موقعیت یابی مقاصد نظامی بود، علت بوجود آمدن این سیستم ها نیز دقیقا همین مسئله است. اتحادیه اروپا GNSS را برای رهایی از وابستگی به سیستم های روسیه و آمریکا بوجود آورد و هند نیز IRNSS را در برابر بی دو چین راه اندازی کرد.

چرا که در صورت بوجود آمدن نزاع و درگیری و جنگ، مسلما این احتمال وجود دارد که هریک از این سیستم ها خدمات عمومی خود را غیر فعال کنند و با رمز گذاری صرفا در اختیار نیروی های نظامی همان کشور قرار بگیرند.

منبع : تبیان