وبلاگ تخصصی مهندسین مرتع و آبخیزداری

 آیا تاکنون فکر کردید که GPS چگونه موقعیت جغرافیایی و ارتفاع  یک نقطهرا تعیین میکند  و دقت GPS به چه عواملی بستگی دارد ؟

تعیین موقعیت با استفاده از سیگنال های رادیویی نیاز به اندازه گیری اختلاف زمان سیگنالهایی دارد که از مکان های معینی می آیند . دو برج رادیویی ، یکی در شرق و یکی در غربرا فرض کنید . همچنین  فرض کنید  که شما به عنوان گیرنده این امواج در وسط این دو برجایستاده اید . سیگنال های رادیویی از هر دو برج دقیقا به طور هم زمان و با سرعت یکسال ارسال میشوند . گیرنده ای که در وسط دو برج قرار دارد( گیرنده شما ) ، اولین سیگنالی را که وارد میشود و مدت زمان را تا ورود دومین سیگنال ثبت میکند .

فرض کنید که سیگنال غربی قبل از سیگنال شرقی به گیرنده شما برسد . اگر اپراتور موقعیتهای دقیق دو برج رادیویی ، سرعت امواج رادیویی و اختلاف زمان بین دو سیگنال را بداند ،میتواند یک موقعیت یک بعدی را محاسبه کند . شما میتوانید جایگاه خود را بر روی خط بین دو برج رادیویی شناسایی کنید . اطلاعات یک موقعیت به صورت یک بعدی کافی نیست .چنانچه ۳ برج رادویی مورد استفاده قرار گیرد یک تعیین موقعیت دو بعدی را میتوان انجام داد و در نتیجه شما میتوانید طول و عرض جغرافیایی آن نقطه را محاسبه کنید . سیستم تعیین موقعیت جهانی GPS بر اساس اصولی مشابه کار میکند . در حقیقت ماهواره ها جایگزین برج های رادیویی شدند ، که در مدار

۲00، ۲۰  کیلومتری زمین قرار دارند .

GPS در سال ۱۹۶۰ زیر نظر نیروی هوایی ایالات متحده شکل گرفت . در سال ۱۹۷۴ سایر شاخه های سرویس نظامی به آن پیوست و یه ناواستار ( NAVSTAR) تغییر نام  یافت . ولی GPS همچنان بر جا ماند . در سال 1995 این سیستم بطور کامل عملیاتی قلمداد گردید  و با هزینه 10 میلیون دلار رو به تکامل گذار .24 ماهواره که هر 12 ساعت کره زمین را دور میزنند ، جهان را کاملا پوشش میدهند . در سال 1972 آزمایش های انجام شده نشان داد که بدترین مورد دقت این سیستم 15 متر و بهترین  مورد دقت 1 متر بوده است . در مورد دقت این سیستم ، نوعی نگرانی اشاره براین داشت که ممکن است دشمنان ایالات متحده این سیستم را بر  علیه آن به کار برند . لذا دو نوع دقت به صورت کاربران مجاز ( نظامی) و غیر مجاز ( شخصی ) به اجرا در آمد.

گیرنده های نظامی نسبت به گیرنده های شخصی دقت بیشتری دارند ( 1 متر ) . دقت گیرنده های شخصی بر حسب دسترسی موردی بین 15 متر تا 100 متر فرق میکند . هر ماهواره سیگنالی را میفرستد که شامل کد های دقیق (P) ، کد های دستیابی غیر دقیق  (  CA) و  اطلاعات وضعیت ماهواره است . شبیه همه ناوبری های رادیویی ، همه ماهواره ها سیگنال های خود را دقیقا همزمان میفرستند تا کاربر بتواند اختلاف زمان سیگنال های ورودی را اندازه گیری کند . زمان سیستم ماهواره ای ، زمان GPS نامیده میشود . زمان به گیرنده کاربر میرسد . دو گیرنده در هر نقطه ای از جهان که باشند ، زمان یکسانی را  با اختلافی کمتر از میلی ثانیه خواهند داشت . زمان GPS دقت زیادی دارد. زیرا هر ماهواره درون  خود از ساعت اتمی دقیقی بهره میبرد .
همچنین گیرنده باید از موقعیت  و مسیر ماهواره ها آگاه باشد .لذا فهرستی از موقعیت ماهواره ها ارسال میشو د .برای اولین بار که گیرنده شروع به کار میکند، 15 دقیقه وقت لازم است تا یک نقطه ثابت را به دست آورد . زیرا ابتدا اطلاعات مربوط به موقعیت ماهواره ها را بارگذاری میکند . سایت های کنترل زمینی مسیر ماهواره را ردیابی میکنند و اطلاعات دقیق ماهواره ها را نگهداری می نمایند .
هر ماهواره کد های منحصر به فرد ، یعنی کدهای P  و CA را در اختیار دارد . بنابراین گیرنده میتواند ماهواره ها را از یکدیگر تشخیص دهد . کدهای P پیچیده تر از کد های CA هستند و فقط کاربران  نظامی ( ایالات متحده ) میتوانند آنها را شناسایی کنند . زیرا گیرنده های آنها برای مقایسه سیگنالهای ورودی ، ارزش کدهای P  را در حافظه نگه میدارند و اختلاف زمانی بین کدهای  P  با دقت بیشتری نسبت به کد های CA اندزه گیر میشوند و در نتیجه گیرنده های نظامی با دقت بیشتری نسبت به گبرنده های شخصی اندازه گیری ها را انجام میدهند .
گیرنده های شخصی تفاوت های زمانی بین ورودی کدهای CA را اندازه گیری میکنند و درنتیجه  از دقتی در حدود 15 متر بهره مند هستند . اگر سیگنالهای رادیویی دقیقا همزمان فرستاده  نشوند ، گیرنده نمیتواند به طور دقیق موقعیت را محاسبه کند . در نتیجه به طور عمدی تغییراتی در زمان رسیدن سیگنالها انجام میکیرد تا کاربران شخصی  دقت زیادی نداشته باشند .
منبع خطای دیگری وجود دارد که بر روی فرکانس سیگنال گیرنده های شخصی تاثیر میگذارد  که دخالت یونسفر نامیده می شود . زمانی که یک سیگنال رادیویی از بین الکترون های آزاد یونوسفر عبور میکند ، تاخیر اندکی به وجود میاید.این مشکل در مورد گیرنده های گران قیمت تا حد زیادی بر طرف شده است .