•  sales@opp.co.ir
  •   شیراز:2-32326881-071    تهران:77801788-021
ناحیه کاربری

سیستم GPS چیست؟


GPS ِیک سیستم متعلق به آمریکا است که سرویس هایی نظیر زمان بندی، ناوبری و موقعیت یابی را برای کاربران فراهم می کند. این سیستم از سه بخش تشکیل شده است: بخش فضایی، بخش کنترل و بخش مربوط به کاربر. نیروی هوایی آمریکا وظیفه توسعه و نگهداری بخش های فضایی و کنترل این سیستم را بر عهده دارد.
بخش فضایی
بخش فضایی از یک مجموعه 24 عددی ماهواره عملیاتی تشکیل شده است که سیگنال های یک طرفه که زمان و موقعیت ماهواره GPS را در اختیار می گذارند را انتقال می دهد.
بخش کنترل
این بخش از ایستگاه های کنترل و مشاهده جهانی تشکیل شده است که ماهواره ها را در مدار مناسب خود حفظ کرده و ساعت های آن ها را تنظیم می کنند. این بخش ماهواره های GPSرا ردیابی می کند و داده های ناوبری به روز شده را بارگذاری می کند همچنین سلامت و موقعیت مجموعه ماهواره ها را حفظ خواهد کرد.
بخش کاربری
این بخش شامل تجهیزات دریافت کننده GPS است که سیگنال ها را از ماهواره ها دریافت کرده و از اطلاعات منتقل شده در محاسبه زمان و موقعیت مکانی سه بعدی کاربر استفاده می کند.

GPS
نمونه مفهومی از جی پی اس Block II-F در مدار زمین

معرفی کلی سیستم جی پی اس

سیستم ناوبری جهانی یک سیستم ناوبری ماهواره ای فضایی است که اطلاعات زمانی و مکانی را در هر شرایط آب و هوایی برای نقطه ای روی زمین یا در فضا که میدان دید واضحی به حداقل 4 ماهواره GPS را داشته باشد فراهم می آورد. این سیستم قابلیت های حیاتی را برای نیروهای نظامی و کاربران غیر نظامی در سراسر دنیا به ارمغان می آورد. این سیستم بوسیله ی دولت آمریکا نگهداری می شود و در صورت داشتن یک دریافت کننده GPS به صورت رایگان در دسترس است. این سیستم در سال 1973 به علت وجود محدودیت های زیاد سیستم های ناوبری قدیمی توسعه یافت و ایده های خود را از تعدادی از مطالعات طراحی مهندسی در دهه 60 میلادی دریافت کرد. GPS توسط وزارت دفاع آمریکا خلق شد و در ابتدا کار خود را با 24 ماهواره آغاز کرد و در 1994 به طور کامل راه اندازی شد. وجود پیشرفت در فن آوری و نیاز روزافزون به این سیستم منجر به تلاش های زیادی برای مدرن کردن سیستم کنونی و تولید نسل بعدی ماهواره ها GPS3 و سیستم کنترل عملیاتی نسل آینده OCX شده است. بیانیه های صادره توسط کاخ سفید و معاون رئیس جمهور باعث شد این تغییرات در 1998 آغاز شوند. در سال 2000 کنگره آمریکا دستور به مدرن سازی این سیستم به سیستم GPS3 را صادر کرد. علاوه بر GPS سیستم های دیگری نیز در حال توسعه هستند. سیستم ماهواره ای ناوبری جهانی روسیه همزمان توسعه یافت اما تا اواسط دهه 2000 میلادی پوشش کاملی از جهان را ارایه نداد. سیستم های دیگری نیز مانند GALILEO, COMPASS و سیستم ماهواره ای ناوبری منطقه ای هند نیز موجود هستند.

تاریخچه

قسمتی از طراحی GPS بر اساس سیستم های هدایت رادیویی زمینی( ground based) مانند سیستم LORAN و قسمتی بر اساس سیستم Decca Navigation ( که در ابتدای دهه 40 میلادی گسترش یافت و در جنگ جهانی دوم به کار گرفته شد) پایه گذاری شده است.

GPS
نیروی هوایی آمریکا در حال بررسی جی پی اس در بخش کنترل

در سال 1956 یک فیزیکدان آلمانی- آمریکایی به نام Friedwordt Winterberg یک آزمایش نسبت کل (general relativity) را با استفاده از ساعت های اتمی دقیق که در ماهواره های مصنوعی جاگذاری شده بودند پیشنهاد داد. ( برای دستیابی به دقت بالا، GPS از مفهوم نسبیت کل برای تصحیح ساعت های اتمی ماهواره ها استفاده می کند) اشتیاق مضاعف برای استفاده از GPS زمانی بیشتر شد که شوری در سال 1957 نخستین ماهواره ساخته شده به دست بشر را راه اندازی کرد ( ماهواره Sputnik). دو فیزیکدان آمریکایی به نام های William Guier و George Weiffenbach در آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز تصمیم به مشاهده امواج رادیویی انتقالی از ماهواره Sputnik گرفتند. بعد از گذشت ساعاتی دریافتند که بواسطه اثر Doppler آن ها قادر به شناسایی مکان ماهواره در مدار مدور خود هستند. در بهار سال بعد، frank Mcclure ( دستیار مدیر آزمایشگاه کاربردی) از Guier وWeiffenbach درخواست کرد که به بررسی مسئله ی معکوس یعنی شناسایی مکان شخصی که از ماهواره استفاده می کند در روی زمین بپردازند. این موضوع منجر به توسعه سیستم انتقال ( Transit System) شد.

اولین سیستم ماهواره ای موقعیت یابی( Transit) که توسط نیروی دریایی آمریکا مورد استفاده قرار گرفت در سال 1960 با موفقیت مورد آزمایش قرار گرفت. این سیستم 5 ماهواره را به کار گرفته بود که می توانست موقعیت جغرافیایی را تقریباً یک بار در ساعت فراهم آورد. در سال 1967 ، نیروی دریایی آمریکا ماهواره ای را توسعه داد که توانایی ساخت ساعت های دقیق را با استفاده از جی پی اس فراهم می ساخت. در دهه ی 70، سیستم موقعیت یابی امگا ( که بر اساس مقایسه فاز سیگنال انتقالی که از جفت ایستگاه ها بنا شده است) تبدیل به اولین سیستم موقعی یابی رادیویی جهانی شد. محدودیت های این سیستم منجر به افزایش نیازها برای یک سیستم موقعیت یاب جهانی با دقت بالاتر شد. در حالی که نیازهای گسترده ای برای موقعیت یابی دقیق در بخش های شهری و نظامی وجود داشت، به نظر نمی رسید که این نیازها توجیه کننده ی میلیاردها دلار هزینه هایی که می بایستی در تحقیقات، توسعه و راه اندازی ماهواره های موقعیت یابی خرج شوند، باشند.

در طول جنگ سرد یکی از عواملی که از دیدگاه کنگره ی آمریکا توجیه کننده ی این هزینه ها بود تهدیدات هسته ای علیه موجودیت این کشور بود و همین امر باعث شد که در این تحقیقات سرمایه گذاری شود. موقعیت یابی دقیق زیردریایی های ایالات متحده را قادر می سازد تا قبل از پرتاب موشک های بالستیک موقعیت دقیق خود را شناسایی کنند. نیروی هوایی آمریکا هم نیازمند سیستم موقعیت یاب دقیق تر و مطمئن تر بود. بنابراین نیروی دریایی آمریکا و نیروی هوایی این کشور به طور همزمان در حال گسترش فن آوری های نوین برای برطرف کردن این مشکل بودند.

در سال 1960 نیروی هوایی سیستم موقعیت یابی رادیویی را به نام MOSAIC (سیستم قابل حمل برای کنترل دقیق موشک های بالستیک قاره پیما) که در اصل یک 3-D LORAN بود پیشنهاد کرد. به دنبال همین مطالعه پروژه 57 که بنیان گذار مفهوم GPS بود در سال 1963 شروع به کار کرد. در همان سال مفهوم GPS تحت عنوان پروژه B621 (که در بر دارنده بسیاری از اصول GPS کنونی بود) ادامه یافت. آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی توسط ماهواره های Timation(موقعیت یاب زمانی) پیشرفت های بسیاری را ادامه داد. یگان دیگری از نیروهای مسلح ایالات متحده یکی دیگر از بنیان گذاران GPS بود. در سال 1964 ارتش آمریکا اولین ماهواره SECOR خود را در مدار قرار داد.

سیستم SECOR شامل سه انتقال دهنده زمینی( ground-based ) از مکان های معلوم می باشد که سیگنال ها را به ماهواره در مدار ارسال می کند . چهارمین ایستگاه زمینی در یک موقعیت نا معلوم نیز می تواند توسط همان سیگنال ها مکان دقیق خود را تصحیح کند. آخرین ماهواره SECOR در تاریخ 1969 شروع به کار کرد. پس از گذشت چند دهه در همان اوایل استفاده از GPS، استفاده عمومی و مردمی از این تکنولوژی مورد استقبال قرار گرفت. فناوری GPS می تواند به عنوان تکامل سیستم SECOR در نظر گرفته شود وقتیکه فرستنده های زمینی به مدار منتقل شدند.


برچسب ها: /