جی پی اس ( GPS ) چیست؟

سیستم GPS در هرنوع وضعیت آب و هوایی درسرتاسر جهان و بطور 24ساعت درطول شبانه روز قابل استفاده می باشد و هیچ گونه بهایی جهت نصب و هزینه اشتراک این سیستم اخذ نمی شود . امروزه ، استفاده از GPS هم در زمینه تجاری و هم درزمینه علمی گسترش یافته است.در زمینه تجاری،بعنوان وسیله موقعیت یابی در هواپیماها، خودروها ،کشتی ها و تقریباً تمام فعالیتهای تفریحی خارج از منزل مانند پیاده روی ،ماهیگیری و قایق سواری مورد استفاده قرار می گیرد . دستگاه GPSدرزمینه علمی نقش بسیار مهمی رادر علم زمین شناسی ایفامی کند.هواشناسان برای پیش بینی وضعیت آب وهوا، موقعیت اقلیمی جهان و زمین شناسان بعنوان یک روش بسیار دقیق نقشه برداری و مطالعات درزمینه زمین لرزه برای اندازه گیری حرکات تکتونیکی درطول مدت وبین زمین لرزه ها استفاده می نمایند.

چگونگی عملکرد سیستم GPS

ماهواره GPS در طول روز 2 بار در مدار بسیار دقیقی زمین را دور می زند و اطلاعات سیگنال را به زمین ارسال می نماید. سیستم موقعیت یاب جهانی از 3 قسمت مجزا تشکیل شده است.

قسمت اول این سیستم از 24 ماهواره تشکیل شده که در فاصله 20,000 کیلومتری از سطح زمین در یک مدار مدور 24 ساعته درحال چرخش می باشند .این بدان معناست که برای هر ماهواره مدت زمان 12 ساعت لازم است تا مسیر دایره ای اطراف زمین را یک بار بطور کامل دور بزند.به منظور اطمینان یافتن ازاینکه این ماهواره هااز هر نقطه از سطح زمین قابل شناسایی باشند ،ماهواره ها به6 گروه 4 تایی تقسیم شده اند . به هر گروه یک روش خاص جهت پیروی اختصاص داده شده است که این سیستم ، 6حلقه مدور که کاملاً در اطراف زمین قرار گرفته اند ، بوجود آورده است.

این ماهواره ها ، سیگنال های رادیویی (شامل ا طلاعاتی درباره ماهواره) را به زمین می فرستند که با استفاده از گیرنده های زمینی GPS ، این سیگنال ها قابل شناسایی بوده و جهت تعیین موقعیت گیرنده (طول، عرض و ارتفاع جغرافیایی ) استفاده می شود .سیگنال های رادیویی دردو فرکانس L-band مختلف فرستاده می شوند که L-band به طیف وسیعی از فرکانس ها بین392 تا 1550مگاهرتز مربوط می شود و درون هریک از سیگنال ها یک دنباله رمزی فرستاده شده است. بامقایسه دنباله دریافت شده با دنباله اصلی ، دانشمندان می توانندمدت زمان رسیدن هر سیگنال از ماهواره ای به زمین را تعیین نمایند. تأخیر در عملکردسیگنال های دریافتی ،در یادگیری در مورد یونوسفر و تروپوسفر، دو لایه جوی اطراف زمین مفیدمی باشد . همچنین سیگنال سوم که شامل داد ه هایی درموردموقعیت و وضعیت ماهواره می باشد ، از ماهواره به گیرنده ها فرستاده می شود.

قسمت دوم GPS ایستگاه زمینی می باشدکه از یک گیرنده و آنتن تشکیل شده و ماننددیگر وسایل ارتباطی ، اطلاعات را به مراکز اطلاعاتی منتقل می نماید . عملکرد آنتن هدایتی در هر قسمت شبیه عملکرد آنتن رادیو ماشین می باشدکه سیگنال های ماهواره ای را دریافت وبعنوان جریان های الکتریکی به گیرنده های آن قسمت منتقل می کند.سپس گیرنده سیگنالها رابه کانالهای مختلفی که جهت ماهواره ای خاص وبرای مدت زمان مشخصی اختصاص یافته اند،مجزامی نماید. هنگامیکه سیگنال هاجدا شدندگیرنده هامی توانند آنها رارمزگشایی نموده وبه فرکانسهای جداگانه تقسیم بندی نمایند. با استفاده ازاین اطلاعات ، گیرنده یک موقعیت کلی برای آنتن (طول ،عرض و ارتفاع جغرافیایی ) بوجود می آورد. سپس داده های جمع آوری شده توسط گیرنده ، مجدداً بوسیله دانشمندان جهت تعیین امور مختلف (شامل در نظر گرفتن یک موقعیت نصب دیگر برای آنتن با دقت عمل بیشتر) ،پردازش می شوند.

قسمت سوم سیستم، مرکز داده ها است که نقش آن دو برابر می باشد و هردو ایستگاه های GPS جهانی را کنترل و حفاظت نموده و ازسیستم های کامپیوتری خودکار برای بازیابی و تجزیه و تحلیل کردن داده ها ازگیرنده های ایستگاه ها استفاده می کند. پس از پردازش ، داده ها همراه با داده های خام اولیه، دردسترس دانشمندان در سراسر جهان، برای استفاده در انواع برنامه های کاربردی قرارمی گیرد . ازآنجا که قسمتهای GPS تحت نظارت نهادهای مختلفی در سراسر جهان ساخته شده ، مراکز داده های بسیاری در نقاط مختلف قرار گرفته است.

سیستم ماهواره ای GPS

بخش فضایی GPS از 24 ماهواره تشکیل شده است که در حدود 12,000 مایل از سطح زمین در حال گردش هستند. این ماهواره ها دائماً در حال حرکت بوده و در کمتر از 24 ساعت دو مدار کامل می سازند و با سرعت در حدود 6,000 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند.

منبع تأمین کننده انرژی ماهواره های GPS انرژی خورشیدی می باشدکهدرصورت بروزخورشید گرفتگی جزئی (هنگامی که هیچ انرژی خورشیدی وجود ندارد) از پردازنده باتری های پشتیبان استفاده می نماید . بر روی هرماهواره بوستر راکت های کوچک، آنها را درمسیر صحیح حرکت قرار می دهد.

برخی حقایق جالب دیگر در مورد ماهواره های GPS

( وزارت دفاع ایالت متحده همچنین اصطلاح NAVSTAR را برای GPS اعلام کرد)

* اولین ماهواره GPS در سال 1970 به فضا پرتاب شد.

* صورت فلکی کامل متشکل از 24 ماهواره در سال 1994 به دست آمد.

* عمر مفید هر ماهواره 10 سال می باشد وپس از آن کم کم از مدار خارج می شوند. برای جایگزینی ، ماهواره های جدید ساخته شده بطور دائم به فضا فرستاده می شوند .

* وزن یک ماهواره GPS در حدود 2,000 پوند و در حدود 17 فوت با گستره پانل خورشیدی فاصله دارد.

* قدرت فرستنده تنها50 وات یا کمتر می باشد.