سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS) | هوافضای جوان

سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS)

جی پی اس نام یک سیستم موقعی یابی جهانیست (GPS) که با استفاده از منظومه‌ای متشکل از ۲۴ ماهواره به تمام نقاط سطح کره زمین، به طور ۲۴ ساعته، سرویس میدهد. این سیستم از تعدادی ماهواره در مدار زمین، تعدادی ایستگاه کنترلی زمینی و در نهایت تعداد زیادی کاربر مجهز به دستگاه گیرنده خاص برای امواج ماهواره تشکیل می شود.

ماهواره جی پی اس

ماهواره جی پی اس، همانطور که از نام آن پیداست، بخشی از سیستم موقعیت یابی جهانی جی پی اس هست که در مدار زمین قرار می گیرد و داده های لازم را به زمین مخابره می کند. هر یک از این ماهواره ها مجهز به یک مجموعه صفحه خورشیدی و باتری برای تامین برق مصرفی به طور ۲۴ ساعته هستند. ماهواره زمانی که در معرض نور خورشید قرار دارد، علاوه بر تامین برق لازم برای فرستنده ها، بخشی از برق را در باتری ذخیره می کند تا زمانی که ماهواره در سایه زمین قرار میگیرد، برق ماهواره از باتری تامین شود. برق تولیدی صفحات خورشیدی این ماهواره در مدل بلوک ۱، بیش از ۴۰۰ وات و در مدل بلوک ۲ بیش از ۷۰۰ وات می باشد. ماهواره ها به طور کلی در مسیر حرکت خود در فضا دچار اغتشاشات و تغییر موقعیت هایی می شوند، مجموعه ای از راکت های کوچک وظیفه کنترل جهتگیری و مسیر ماهواره را بر عهده دارند.

gpsماهواره GPS

به طور کلی ۲ سیستم مخابراتی روی این ماهواره قرار دارد، فرستنده باند S برای ارسال داده تعیین موقعیت به کاربرهای زمینی و یک آنتن باند UHF برای انتقال داده بین ماهواره ها.

به طور کلی سه نوع ماهواره جی پی اس ساخته شه است که بلوک ۱، شامل تعدادی ماهواره برای اثبات عملکرد طرح بوده و درس هایی که ۱۱ ماهواره ساخته شده برای بلوک یک به طراحان داد، در بلوک ۲ ماهواره های جی پی اس که نمونه کاملا عملیاتی این سیستم بود به کار گرفته شد.  جدید ترین سری ماهواره های جی پی اس، ماهواره های بلوک ۳ هستند که با برنامه ریزی انجام شده اولیل ماهواره بلوک ۳ از مجموعه ماهواره های جی پی اس، شامل سیگنال های جدید و توان انتشار بالاتر، در سال ۲۰۱۸ به فضا پرتاب خواهد شد.

ماهواره های جی پی اس، روزی دو بار به دور زمین می چرخند، و هر ماهواره سیگنال خاصی را مخابره میکند که گیرنده جی پی اس با استفاده از آن سیگنال میتواند موقعیت دقیق ماهواره را محاسبه کند. سپس گیرنده با استفاده از داده دریافتی از چند ماهواره، موقعیت کاربر را تعیین می کند. در واقع دستگاه گیرنده با استفاده از مدت زمان لازم برای رسیدن سیگنال، فاصله خود با ماهواره را تعیین می کند، با تعیین این فاصله با چند ماهواره دیگر، موقعیت کاربر روی زمین محاسبه می شود. مد غیر نظامی این سرویس، همگانی و رایگان می باشد. این سیستم در ابتدا برای کاربری نظامی راه اندازی شد ولی در سال ۱۹۸۰، مد غیر نظامی آن نیز فعال شد.

گیرنده جی پی اس با استفاده از ۳ ماهواره می تواند موقعیت را به صورت دو بعدی (طول و عرض) روی زمین محاسبه کند، ولی با استفاده از ۴ ماهواره به بالا موقعیت به صورت ۳ بعدی(طول، عرض، ارتفاع) به دست می آید. پس از تشخیص موقعیت توسط دستگاه جی پی اس، اطلاعات زیر از رویه موقعیت قابل محاسبه و نمایش می باشند:

  • سرعت
  • مسیر حرکت
  • مسافت طی شده
  • فاصله تا مقصد
  • زمان طلوع و غروب خورشید

clipart-gps-satelliteتعیین موقعیت توسط چهار ماهواره

منظمه ماهواره های جی پی اس

در حال حاضر تعداد ماهواره های جی پی اس در مدار زمین، ۳۱ عدد می باشد که که ارتفاع آنها تا سطح زمین در حدود ۲۰۲۰۰ کیلومتر است. سرعت حرکت هر یک از این ماهواره ها در مدار در حدود ۱۱۰۰۰ کیلومتر بر ساعت می باشد. موتورهای راکتی کوچکی روی ماهواره، وظیفه کنترل ماهواره برای حرکت در مسیر درست را بر عهده دارند.

برخی از نکات جالب در مورد سیستم جی پی اس عبارتند از:

  • اولین ماهواره جی پی اس در سال ۱۹۷۸ به فضا پرتاب شد
  • منظومه ۲۴ عددی این ماهواره در سال ۱۹۹۴ کامل شد
  • عمر مداری هر ماهواره ۱۰ سال بوده و به طور پیوسته ماهواره جایگزین ساخته شده و در مدار قرار گرفته است
  • وزن هر کدام از این ماهواره ها در حدود ۹۰۰ کیلوگرم بوده و با صفحات خورشیدی باز، در حدود۵ متر عرض دارد
  • توان ارسالی هر یک از این ماهواره ها در حدود ۵۰ وات یا کمتر است!

Satellite and earth

منظومه ماهواره های GPS

بخش کنترل زمینی

این بخش شامل ایستگاه‌های کنترل زمینی است که دارای مختصات معلوم هستند و ماهواره ها را رهگیری کرده و داده های ارسالی آنها را تحلیل و بررسی کرده و  فرامین لازم را به مجموعه ماهواره ها ارسال می کند. در حال حاظر بخش کنترل زمینی شامل ۱۱ آنتن برای ارسال فرامین کنترلی، و ۱۶ سایت برای مانیتور کردن اطلاعات است. موقعیت این ایستگاه ها در نقشه زیر نشان داده شده است.

gps-controlکاربر نهایی

کاربرهای سیستم جی پی اس نیروهای نظامی یا مردم عادی هستند که مجهز به دستگاه دریافت و تحلیل اطلاعات دریافتی می باشند. کاربران نظامی از این سیستم در جنگنده ها، بمب افکن ها، تانک، هلیکوپتر، کشتی، زیردریایی، تجهیزات سربازان و … استفاده می کنند.از کاربردهای نظامی جی پی اس می توان به تعیین مختصات هدف، پشتیانی هوایی، سلاح های هوشمند و … اشاره کرد. البته استفاده از جی پی اس به کاربردهای نظامی محدود نشد بلکه به دلیل وجود کاربردهای فراوان، این سامانه به طور گسترده ای در زمینه های مختلف غیر نظامی به کار گرفته شد. نقشه بردارها از این سیستم برای نقشه برداری با سرعت بیشتر نسبت به سیستم های موجود استفاده می کنند، کشتی ها و هواپیما ها برای تشخیص مسیر حرکت خود و چگونگی نزدیک شدن به فرودگاه یا بندر از این سامانه استفاده می کنند، رهگیری ماشین های تحویل بار و ماشین های اورژانس حمل مریض، کشاورزی دقیق! که کشاورز می تواند به طور دقیق موقعیت شخم زدن، کاشت و برداشت محصول را کنترل کند، مناطق کم محصول زمین را ثبت و بررسی کند و … . یکی از کاربردهای بسیار جالب این سیستم هدایت رانندگان در مسیرهای پرپیچ و خم خیابان ها و رساندن کاربر به مقصد هست که به مدد افزوده شدن جی پی اس به تلفن های هوشمند به دست آمده. از آنجایی که جی پی اس نیازی به ارسال داده ندارد، کاربر بدون اتصال به اینترنت میتواند موقعیت خود را در نقشه مشاهده کند…، استفاده از جی پی اس در هوانوردی علاوه بر بهبود عملکرد، باعث افزایش ایمنی نیز می شود. تعیین موقعیت به صورت دقیق، دائمی و در تمام نقاط جهان، قابلیتی است که به بسیاری از نیازمندی های سیستم های هوایی پاسخ میدهد. با استفاده از جی پی اس می توان نقاطی را به طور سه بعدی در فضا در نظر گرفت و مسیر حرکت هواپیما از بین آنها را مشخص نمود. با کمک جی پی اس میتوان مسیرهای پرواز بهتری برای هواپیماها طراحی کرد که زمان پرواز و مصرف سوخت را کاهش دهد.

سیستم جی پی اس به طور پیوسته در حال به روزرسانی می باشد و در آینده قرار است که دو سیگنال به آن اضافه شود، یک سیگنال برای کاربری های عمومی عادی و سیگنال دوم برای کاربری های هوانوردی. اضافه شدن یک سیگنال برای هوانوردی، دقت و قابلیت اطمینان جی پی اس را بالا می برد، چون گیرنده همزمان دو سیگنال مختلف در دسترس دارد و در صورت ایجاد نویز بر روی یکی، سیگنال دیگر احتمالا در دسترس است و این باعث افزایش قابلیت اطمینان این سیستم می شود.

منابع:

http://www.gps.gov/systems/gps

http://www.garmin.com/aboutGPS

www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/gps/usersegments


پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.