GPS چگونه موقعیت خود را تشخیص می دهد

در گذشته انسان ها برای پیدا کردن موقعیت خود از روشهایی مانند نشانه گذاری راهها و یا جهتیابی به کمک ستارگان استفاده می کردند. با پیشرفت فناوری پیدا کردن موقعیت ها به کلی دگرگون شده است.

کد خبر: ۱۳۳۸۸۵

هم اکنون با هزینه ای کمتر از 100 دلار می توان دستگاه کوچکی به نام GPS خرید که در تمام نقاط کره زمین با کمک آن می توان موقعیت خود را تشخیص داد. سیستم موقعیت یابی سراسری GPS یک سیستم بسیارگسترده وگران قیمت است که بر مبنای اصولی بسیارساده کار می کند. این سیستم مجموعه ای از 27 ماهواره است که دور زمین در حرکتند. 24 ماهواره در حال حرکتند و 3 ماهواره اضافی هم در هنگام بروز مشکل برای هر کدام از ماهواره های اصلی فعال می شوند. این سیستم در ابتدا از سوی ارتش ایالات متحده و برای اهداف نظامی طراحی و اجرا شد، ولی طولی نکشید که استفاده آن برای عموم میسر شد. هر کدام از این ماهواره ها هر روز 2 بار دور زمین می چرخند.
مدارهای این ماهواره ها هم به گونه ای طراحی شده است که درهرلحظه و از هر نقطه زمین حداقل 4ماهواره در آسمان قابل رویت هستند.

سیستم موقعیت یاب جهانی

Global Positioning Systemsتنها سیستم کامل و عملیاتی موقعیت یاب ماهواره ای است . در این سیستم شبکه ای با حداقل 24 ماهواره داده هایی شامل مکان خود و زمان را به زمین می فرستند. گیرنده های زمینی جی پی اس با دریافت این داده ها موقعیت گیرنده را روی زمین محاسبه و ارائه می کنند.
کار یک گیرنده GPS پیدا کردن 4 یا تعداد بیشتری از این ماهواره ها، فهمیدن فاصله خود از هرکدام از آنها، محاسبه محل خود با استفاده از این اطلاعات است . این محاسبه بر اساس قاعده ای ساده در ریاضیات (dilatation) انجام می شود. برای درک بهتر این مساله ابتدا به شرح مساله در حالت دو بعدی می پردازیم. فرض کنید که شخصی از موقعیت خود فقط فاصله اش از 3 شهر مختلف را می داند. برای مثال ، می داند از تهران 60 کیلومتر فاصله دارد. به این ترتیب اگر دایره ای به شعاع 60 کیلومتر و به مرکز تهران رسم شود، این شخص روی دایره قرار می گیرد. حال اگر فاصله این شخص تا قم 90 کیلومتر باشد و دایره ای به همین شعاع و مرکز قم رسم شود، این شخص روی یکی از 2 محل تلاقی این دایره با دایره قبلی قرار دارد. اگر فاصله این شخص تا شهر سومی (مثلا کرج) را بدانیم و دایره سومی را هم به همین شعاع رسم کنیم ، 2 دایره قبلی را در یکی از محلهای تلاقی آنها قطع می کند که محل قرار گرفتن شخص مورد نظر است. GPS هم از چنین روشی برای یافتن موقعیت خود استفاده می کند و با محاسبه فاصله خود از 4 ماهواره می تواند موقعیت دقیق خود را محاسبه کند.

کنترل زمینی

این بخش شامل ایستگاه های کنترل زمینی است که دارای مختصات معلوم هستند و موقعیت آنها از طریق روشهای کلاسیک تعیین موقعیت نظیر روش (VLBI) تعیین فواصل بلند از سوی کوازارها) و روش (SLR) فاصله سنجی ماهواره ای با امواج لیزر) به دست آمده است . این ایستگاهها وظیفه تعقیب پلی نومیال (Polynomials) ریاضی بطریق کمترین مربعات ، پارامترهای مداری (افمریزها) و موقعیت ماهواره ها را نسبت به یک سیستم مختصات ژئودتیک ژئوسنتریک (مبداء سیستم مختصات تقریبا در مرکز زمین قرار دارد.) محاسبه می کند.