سیستم موقعیت یابی جهانی چیست؟ درک GPS

سیستم موقعیت یاب جهانی یا GPS یک سیستم ماهواره ای ناوبری جهانی (GNSS) است که سیستم موقعیت یابی، ناوبری و زمان بندی (PNT) را ارائه می دهد. این توسط وزارت دفاع ایالات متحده (ایالات متحده) توسعه یافته است وزارت دفاع آمریکا در اوایل دهه 1970. سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای دیگری مانند GLONASS روسیه، گالیله اروپا و BeiDou چین وجود دارد، اما سیستم موقعیت‌یابی جهانی ایالات متحده (GPS) و سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی روسیه (GLONASS) تنها سیستم‌های ماهواره‌ای کاملاً کاربردی هستند. سیستم ناوبری با 32 صورت فلکی ماهواره ای و 27 صورت فلکی ماهواره ای. قبل از توسعه فناوری GPS، کمک اصلی برای ناوبری (در دریا، خشکی یا آب) نقشه ها و قطب نما هستند. با معرفی GPS، ناوبری و موقعیت یابی موقعیت مکانی با دقت موقعیت دو متر یا کمتر بسیار آسان شد. تاریخچه کلی ساختار GPSGPS نمای اجمالی بخش هایGPSSpace SegmentControl SegmentUser Segment Working Principle of GPS تعیین موقعیت مکانی ماهواره هاتعیین مجدد فاصله نقطه و فاصله بین ماهواره ها گیرنده در هواپیمای دو بعدی موقعیت گیرنده در فضای سه بعدی انواع گیرنده های GPS کاربردهای سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) تاریخچه GPS قبل از توسعه GPS، سیستم های ناوبری زمینی مانند LORAN (ناوبری طولانی برد) توسط ایالات متحده و Decca Navigator System توسط انگلستان فن آوری های اصلی برای ناوبری هستند. هر دوی این تکنیک ها مبتنی بر امواج رادیویی هستند و برد آن به چند صد کیلومتر محدود می شود. در اوایل دهه 1960، سه سازمان دولتی ایالات متحده به نام های سازمان ملی هوانوردی و فضایی (ناسا)، وزارت دفاع (DoD) و وزارت حمل و نقل (DoT) به همراه چند سازمان دیگر توسعه سیستم ناوبری ماهواره ای را با هدف ارائه دقت بالا ، عملکرد مستقل از آب و هوا و پوشش جهانی آغاز کردند. این برنامه به سیستم زمان بندی ماهواره ای ناوبری و سیستم موقعیت یابی جهانی (NAVSTAR Global Positioning System) توسعه یافت. این سیستم ابتدا به عنوان یک سیستم نظامی برای رفع نیازهای نظامی ایالات متحده توسعه یافت. ایالات متحده آمریکا نظامیان از NAVSTAR برای ناوبری و همچنین سیستم های تسلیحاتی و سیستم های هدایت موشک استفاده کردند. امکان استفاده دشمنان از این سیستم ناوبری علیه ایالات متحده دلیل اصلی عدم دسترسی غیرنظامیان به آن است. اولین ماهواره NAVSTAR در سال 1978 به فضا پرتاب شد و تا سال 1994 یک صورت فلکی کامل از 24 ماهواره در مدار قرار گرفت و در نتیجه ساخت در سال 1996، ایالات متحده دولت به اهمیت GPS برای غیرنظامیان پی برد و یک سیستم دو منظوره را اعلام کرد که امکان دسترسی به نظامیان و غیرنظامیان را فراهم می کند. نمای کلی ساختار GPS تکنیک اساسی سیستم ناوبری ماهواره ای سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) اندازه گیری فاصله بین گیرنده و یک دستگاه است. تعداد کمی از ماهواره ها که به طور همزمان مشاهده می شوند. موقعیت این ماهواره ها از قبل مشخص است و بنابراین با اندازه گیری فاصله بین چهار ماهواره و گیرنده ، سه مختصات موقعیت گیرنده GPS یعنی طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع را می توان تعیین کرد. از آنجایی که تغییر موقعیت گیرنده را می توان بسیار دقیق تعیین کرد، سرعت گیرنده را نیز می توان تعیین کرد. بخش های GPS ساختار این سیستم پیچیده موقعیت یابی جهانی به سه بخش عمده تقسیم می شود: بخش فضایی، بخش کنترل و کاربر. بخش. در این بخش ، بخش کنترل و بخش فضایی توسط نیروی هوایی ایالات متحده توسعه ، اداره و نگهداری می شود. تصویر زیر سه بخش از سیستم GPS را نشان می دهد. بخش فضایی بخش فضایی (SS) GPS از صورت فلکی 24 ماهواره تشکیل شده است که در مدارهای تقریباً دایره ای به دور زمین می چرخند. ماهواره ها در شش صفحه مداری قرار می گیرند که هر صفحه مداری از چهار ماهواره تشکیل شده است. شیب صفحات مداری و موقعیت یابی ماهواره ها به گونه ای خاص چیده شده است به طوری که حداقل شش ماهواره همیشه از هر نقطه روی زمین در خط دید قرار دارند. در مورد آرایش صورت فلکی در فضا، GPS ماهواره ها در مدار زمین متوسط ​​(MEO) در ارتفاع تقریبی 20,000 کیلومتر قرار دارند. برای افزایش افزونگی و بهبود دقت، تعداد کل ماهواره های GPS در صورت فلکی به 32 عدد افزایش یافته است که از این تعداد 31 ماهواره عملیاتی هستند. بخش کنترل بخش کنترل (CS) GPS شامل شبکه ای از نظارت و کنترل در سراسر جهان است. و ایستگاه های ردیابی وظیفه اصلی بخش کنترل این است که موقعیت ماهواره های GPS را ردیابی کرده و آنها را در مدارهای مناسب با کمک فرمان مانور نگه دارد. علاوه بر این ، سیستم کنترل همچنین یکپارچگی سیستم ، شرایط جوی و داده های ساعتهای اتمی را تعیین و حفظ می کند. بخش کنترل GPS دوباره به چهار زیرسیستم تقسیم می شود: یک ایستگاه کنترل اصلی جدید (NMCS)، یک ایستگاه کنترل اصلی جایگزین (AMCS)، چهار آنتن زمینی (GAs) و یک شبکه جهانی ایستگاه های نظارتی (MSs). گره کنترل مرکزی برای صورت فلکی ماهواره ای GPS، ایستگاه کنترل اصلی (MSC) است. این در پایگاه نیروی هوایی Schriever، کلرادو واقع شده است و 24×7 کار می کند. مسئولیت های اصلی ایستگاه کنترل اصلی عبارتند از: تعمیر و نگهداری ماهواره، نظارت بر بار، همگام سازی ساعت های اتمی، مانور ماهواره، مدیریت عملکرد سیگنال GPS، آپلود داده های پیام ناوبری، شناسایی خطاهای سیگنال دهی GPS و پاسخ به آن خرابی ها. چندین ایستگاه مانیتور (MS) وجود دارد اما شش مورد از آنها مهم هستند. آنها در هاوایی، کلرادو اسپرینگز، آسنشن جزیره، دیگو گارسیا، کواجالین و کیپ کاناورال قرار دارند. این ایستگاه های مانیتور به طور مداوم موقعیت ماهواره ها را ردیابی می کنند و داده ها برای تجزیه و تحلیل بیشتر به ایستگاه کنترل اصلی ارسال می شود. به منظور انتقال داده ها به ماهواره ها، چهار آنتن زمینی (GA) وجود دارد که به نام های Ascension Island، Cape Canaveral، Diego Garcia و کواجالین. این آنتن‌ها برای اتصال داده‌ها به ماهواره‌ها استفاده می‌شوند و داده‌ها می‌توانند هر چیزی مانند تصحیح ساعت، دستورات تله متری و پیام‌های ناوبری باشد. موقعیت و زمان بندی به طور کلی ، برای دسترسی به خدمات GPS ، کاربر باید مجهز به گیرنده های GPS مانند ماژول های GPS مستقل ، تلفن های همراه دارای GPS و کنسول های GPS اختصاصی باشد. با استفاده از این گیرنده های GPS ، کاربران مدنی می توانند موقعیت استاندارد و دقیق را بدانند زمان و سرعت در حالی که ارتش از آنها برای موقعیت یابی دقیق، هدایت موشک، ناوبری و غیره استفاده می کند. اصل کار GPS با کمک گیرنده های GPS می توانیم موقعیت یک جسم را در هر نقطه از زمین در فضای دو بعدی یا سه بعدی محاسبه کنیم. . برای این منظور، گیرنده‌های GPS از یک روش ریاضی به نام Trilateration استفاده می‌کنند، روشی که با استفاده از آن می‌توان موقعیت یک جسم را با اندازه‌گیری فاصله بین جسم و چند شی دیگر با موقعیت‌های شناخته شده مشخص کرد. بنابراین، در مورد گیرنده‌های GPS، به ترتیب برای یافتن موقعیت گیرنده، ماژول گیرنده باید دو چیز زیر را بداند: • موقعیت ماهواره ها در فضا و • فاصله بین ماهواره ها و گیرنده GPS تعیین مکان ماهواره ها به منظور تعیین موقعیت مکانی ماهواره‌ها، گیرنده‌های GPS از دو نوع داده ارسال شده توسط ماهواره‌های GPS استفاده می‌کنند: داده‌های Almanac و داده‌های Ephemeris. ماهواره‌های GPS به طور مداوم موقعیت تقریبی خود را ارسال می‌کنند. این داده ها داده های سالنامه نامیده می شوند که با حرکت ماهواره در مدار به صورت دوره ای به روز می شوند. این داده ها توسط گیرنده GPS دریافت و در حافظه آن ذخیره می شود. با کمک داده‌های سالنامه، گیرنده GPS می‌تواند مدار ماهواره‌ها و همچنین محل قرارگیری ماهواره‌ها را تعیین کند. شرایط موجود در فضا قابل پیش‌بینی نیست و احتمال انحراف ماهواره‌ها از آن بسیار زیاد است. مسیر واقعی آنها ایستگاه کنترل اصلی (MCS) به همراه ایستگاه‌های مانیتور اختصاصی (MS) مسیر ماهواره‌ها را به همراه سایر اطلاعات مانند ارتفاع، سرعت، مدار و موقعیت مکانی ردیابی می‌کنند. اگر در هر یک از پارامترها خطایی وجود داشته باشد، داده‌های تصحیح شده است. به ماهواره ها ارسال می شود تا در موقعیت دقیق خود باقی بمانند. این داده های مداری ارسال شده توسط MCS به ماهواره Ephemeris Data نامیده می شود. ماهواره با دریافت این داده ها، موقعیت خود را تصحیح می کند و همچنین این داده ها را به گیرنده GPS ارسال می کند. با کمک هر دو داده یعنی. Almanac و Ephemeris ، گیرنده GPS می تواند همیشه موقعیت دقیق ماهواره ها را بشناسد. تعیین فاصله بین ماهواره ها و گیرنده GPS به منظور اندازه گیری فاصله بین گیرنده GPS و ماهواره ها ، زمان نقش مهمی را ایفا می کند. فرمول محاسبه فاصله ماهواره از گیرنده GPS در زیر آورده شده است: فاصله = سرعت نور x زمان گذر سیگنال ماهواره در اینجا، زمان انتقال زمان صرف شده توسط سیگنال ماهواره است (سیگنال به شکل امواج رادیویی، ارسال شده توسط ماهواره به گیرنده GPS) برای رسیدن به گیرنده. سرعت نور یک مقدار ثابت است و برابر با C = 3 x 108 m/s است. برای محاسبه زمان، ابتدا باید سیگنال ارسال شده توسط ماهواره را درک کنیم. سیگنال رمزگذاری شده ارسال شده توسط ماهواره، نویز تصادفی شبه (PRN) نامیده می شود. همانطور که ماهواره این کد را تولید می کند و شروع به ارسال می کند، گیرنده GPS نیز شروع به تولید همان کد می کند و سعی می کند آنها را همگام کند. سپس گیرنده GPS میزان تاخیر زمانی را محاسبه می کند که کد تولید شده گیرنده قبل از همگام سازی با ماهواره ارسال شده باید متحمل شود. کد. هنگامی که مکان ماهواره ها و فاصله آنها از گیرنده GPS مشخص شد ، یافتن موقعیت گیرنده GPS در فضای دو بعدی یا فضای سه بعدی را می توان با روش زیر انجام داد. موقعیت گیرنده در هواپیمای دو بعدی به منظور یافتن موقعیت جسم یا گیرنده GPS در فضای 2 بعدی یعنی یک هواپیمای XY ، تنها چیزی که باید پیدا کنیم فاصله بین گیرنده GPS و دو ماهواره است. فرض کنید D1 و D2 به ترتیب فاصله گیرنده از ماهواره 1 و ماهواره 2 باشد. اکنون با قرار دادن ماهواره ها در مرکز و شعاع D1 و D2، دو دایره در اطراف آنها در یک صفحه XY رسم کنید. تصویر تصویری این مورد در تصویر زیر نشان داده شده است. از تصویر بالا مشخص است که گیرنده GPS می تواند در هر یک از دو نقطه ای که دو دایره تلاقی می کنند قرار گیرد. اگر ناحیه بالای ماهواره ها حذف شود ، می توانیم موقعیت گیرنده GPS را در نقطه تقاطع دایره های زیر ماهواره ها مشخص کنیم. اطلاعات فاصله دو ماهواره برای تعیین موقعیت گیرنده GPS در یک هواپیما 2 بعدی یا XY. اما دنیای واقعی یک فضای 3 بعدی است و ما باید موقعیت 3 بعدی گیرنده GPS را تعیین کنیم. عرض، طول و ارتفاع آن. ما یک روش گام به گام برای تعیین موقعیت 3 بعدی گیرنده GPS خواهیم دید. موقعیت گیرنده در فضای سه بعدی فرض کنیم مکان ماهواره ها نسبت به گیرنده GPS از قبل مشخص است. اگر ماهواره 1 در فاصله D1 از گیرنده قرار داشته باشد، مشخص است که موقعیت گیرنده می تواند هر جایی از سطح کره ای باشد که با ماهواره 1 به عنوان مرکز و D1 به عنوان شعاع آن تشکیل شده است. ماهواره دوم (ماهواره 2) از گیرنده D2 است ، سپس موقعیت گیرنده می تواند محدود به دایره ای باشد که از تقاطع دو کره با شعاع D1 و D2 با ماهواره های 1 و 2 در مراکز تشکیل شده است. از این تصویر ، موقعیت گیرنده GPS را می توان به نقطه ای در دایره تقاطع محدود کرد. اگر ماهواره سوم (ماهواره 3) با فاصله D3 از گیرنده GPS را به دو ماهواره موجود اضافه کنیم، مکان گیرنده به تقاطع سه کره محدود می شود. هر یک از دو نقطه. در موقعیت های بلادرنگ، داشتن ابهام گیرنده GPS که در یکی از دو موقعیت قرار دارد قابل اجرا نیست. این را می توان با معرفی ماهواره چهارم (ماهواره 4) با فاصله D4 از گیرنده حل کرد. ماهواره چهارم می تواند مکان گیرنده GPS را از دو مکان احتمالی که قبلاً تنها با سه ماهواره تعیین شده بود مشخص کند. از این رو، در زمان واقعی، حداقل 4 ماهواره برای تعیین مکان دقیق جسم مورد نیاز است. در عمل، سیستم GPS به گونه ای کار می کند که حداقل 6 ماهواره همیشه برای یک شی (گیرنده GPS) که در هر نقطه از زمین قرار دارد قابل مشاهده باشد. از گیرنده های جی پی اس جی پی اس هم توسط غیرنظامیان و هم نظامیان استفاده می شود. از این رو، انواع گیرنده های GPS را می توان به گیرنده های جی پی اس غیر نظامی و گیرنده های جی پی اس نظامی دسته بندی کرد. اما روش استاندارد طبقه‌بندی بر اساس نوع کدی است که گیرنده قادر به تشخیص آن باشد. اساساً دو نوع کد وجود دارد که ماهواره GPS ارسال می‌کند: کد اکتسابی درشت (کد C/A) و کد P. واحدهای گیرنده GPS مصرف کننده می توانند فقط کد C/A را تشخیص دهند. این کد دقیق نیست و از این رو سیستم موقعیت یابی غیرنظامی را سرویس موقعیت یابی استاندارد (SPS) می نامند. از طرف دیگر کد P توسط ارتش استفاده می شود و یک کد بسیار دقیق است. سیستم موقعیت یابی مورد استفاده توسط ارتش، سرویس موقعیت یابی دقیق (PPS) نامیده می شود. گیرنده های GPS را می توان بر اساس قابلیت رمزگشایی این سیگنال ها طبقه بندی کرد. راه دیگر طبقه بندی گیرنده های GPS موجود در تجارت بر اساس قابلیت دریافت سیگنال ها است. با استفاده از این روش، گیرنده‌های GPS را می‌توان به موارد زیر تقسیم کرد: تک – گیرنده‌های کد فرکانس تک – حامل فرکانس – گیرنده‌های کد صاف تک – گیرنده‌های کد فرکانس و گیرنده‌های فرکانس دوگانه – گیرنده‌های فرکانس کاربردهای سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) GPS به یک زیرساخت جهانی تبدیل شده است. مشابه اینترنت GPS عنصر کلیدی در توسعه طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی بوده است که در جنبه های مختلف زندگی مدرن گسترش یافته است. افزایش تولید در مقیاس بزرگ و کوچک سازی قطعات باعث کاهش قیمت گیرنده های GPS شده است. لیست کوچکی از برنامه های کاربردی که در آن GPS نقش مهمی ایفا می کند در زیر ذکر شده است. کشاورزی مدرن با کمک GPS شاهد افزایش تولید بوده است. کشاورزان از فناوری GPS همراه با دستگاه های الکترونیکی مدرن برای به دست آوردن اطلاعات دقیق در مورد مساحت مزرعه، میانگین عملکرد، مصرف سوخت، مسافت طی شده و غیره استفاده می کنند. GPS این وسایل نقلیه را در جهت یابی و موقعیت یابی فعال می کند. غیرنظامیان از گیرنده های GPS برای اهداف ناوبری استفاده می کنند. گیرنده GPS می تواند یک ماژول اختصاصی یا یک ماژول تعبیه شده در تلفن های همراه و ساعت های مچی باشد. آنها در کوهنوردی ، سفرهای جاده ای ، رانندگی و غیره بسیار مفید هستند. ویژگی های اضافی شامل زمان و سرعت دقیق وسیله نقلیه است. خدمات اورژانسی مانند آتش نشانی و آمبولانس از موقعیت یابی دقیق مکان فاجعه توسط GPS بهره می برند و می توانند به موقع پاسخ دهند. ارتش از گیرنده های GPS با دقت بالا برای ناوبری، ردیابی هدف، موشک استفاده می کند. سیستم های هدایت و غیره برنامه های کاربردی متعدد دیگری وجود دارد که در آنها از GPS استفاده می شود یا در آینده از گستره وسیعی استفاده می شود. پست های مرتبط:ارتباطات بی سیم: مقدمه، انواع و برنامه های کاربردی Multiplexer و Demultiplexer چرا اینترنت شما همچنان قطع می شود؟ اصول اولیه برنامه C تعبیه شده سنسورهای MEMS چیست؟

ترک یک پیام 

فهرست پیام