گیرنده های GPS سیستمهایی غیرفعال هستند. یعنی سیستمهایی هستند که فقط اطلاعات را دریافت میکنند و اطلاعاتی ارسال نمیکنند. لذا از نقطه نظر نظامی مطلوب بوده چون دشمن از موقعیت گیرنده آگاه نمیشود. همچنین میتواند در هدایت نیروهای پیاده و واحدهای زرهپوش در بیابانهای بی عارضه و تعیین موقعیت دقیق موضع پرتاب موشکهای زمین به زمین کمک فوق العاده ای نماید.

گیرنده های GPS در ابعاد متفاوت با وزنی کمتر از نیم کیلوگرم میتوانند با محاسبه پیوسته موقعیت جسم در حال حرکت سرعت جسم حامل گیرنده را تخمین زده ، حرکت او را بدست آورده و انحراف آن از شمال مغناطیسی را نمایش داده و در نهایت زمان رسیدن به مقصد مورد نظر را با بدست آوردن موقعیت و سرعت تخمینی ارائه نمایند.

غیرفعال بودن GPS سبب صرفه جویی زیاد در باطری شده و بسیاری از گیرنده های فوق را در برابر ضربه ، شوک ، آب و ... مقاوم میکند. برای اینکه گیرنده های GPS و ماهواره بتوانند همزمان کدهای مربوطه را تولید کنند در گیرنده و ماهواره ساعتهای دقیقی بکار رفته است. این سبب میگردد همواره GPS بتواند وقت دقیق محلی را نیز ارائه کرده و حتی ساعت طلوع و غروب خورشید را با استفاده از زمان و موقعیت گیرنده محاسبه و اعلام کند.

گیرنده هایGPS از سه قسمت آنتن،RF و دیجیتال تشکیل شده است:  

آنتن

آنتن گیرنده های GPS انواع مختلفی دارد اما آنتنهای GPS همگی دارای پلاریزاسیون دایروی هستند. در اینجا به چند آتن اشاره میشود:

- آنتن تک قطبی یا دو قطبی: این آنتنها برای اینکه عملکرد خوبی داشته باشند احتیاج به یک صفحه زمین دارند و تک فرکانس هستند.

- آنتن هلیکس چهار قطبی: این آنتن تک فرکانس است و نسبت به آنتنهای تک قطبی پیچیده تر بوده اما دارای گین بالاتر بوده و نیاز به صفحه زمین ندارد.

- آنتن میکرواستریپ: ساختمان ساده و کم حجمیدارد و برای کارهای هوایی مناسب است و میتواند در دو فرکانس کار کند ولی دارای گین کمی است.

- آنتن هلیکس مخروطی: میتواند در دو فرکانس کار کند و دارای گین بالایی است اما ابعاد آن بزرگ بوده و برای کارهای هوایی مناسب نیست زیرا اگر برای دریافت یسگنال ماهواره ای در افق به سمت آنها قرار گیرد قادر به پیدا کردن ماهواره های بالای سر نیست.

- آنتنهای میکرواستریپ به سبب کوچکی میتوانند مستقیما به موازات آسمان نگه داشته شود و میتواند هر ماهوراه ای را که در بالای سر قرار داشته باشد پیدا کند. ماهواره ها باید حداقل 10 درجه در بالای سطح افق قرار داشته باشند تا با این آنتن ردیابی شوند. برای دریافت سیگنالهای ماهواره باید ماهواره ها درد دید باشند. هوای بارانی و برفی و طوفانی از رسیدن امواج جلوگیری نمیکنند اما موانعی همچون درختان ، صخره ها ، ساختمان بلند و نیز بودن گیرنده در داخل ساختمان ، اتومبیل و هواپیما و ... از رسیدن امواج جلوگیری میکند. لذا در صورت استفاده در یک متحرک مانند هواپیما به آنتن خارجی نیازمند هستیم. در اینصورت آنتن باید فعال باشد تا سیگنالها را قبل از انتقال از طریق کابل به گیرنده تقویت کند.

GPS چگونه كار مي‌كند؟

 

سيستم موقعيت جهاني از سه بخش مجزا تشكيل شده است. اولين بخش سيستم شامل 24 ماهواره است كه در 20000 كيلومتري بالاي زمين در مدار مدور 12 ساعته مي‌چرخند. اين بدين معني‌ست كه هر ماهواره 12 ساعت براي چرخش كامل به دور زمين به كار برده مي‌شود. به منظور كسب اطمينان از اينكه ماهواره‌ها قادر به رديابي و تشخيص در هر نقطه از روي سطح زمين باشند، آنها به شش گروه چهارتايي تقسيم مي‌شوند. هر گروه مسير متفاوتي را براي را دراد. اين امر باعث ايجاد صفحات مداري متفاوتي 6 گانه كه به طور كامل زمين را احاطه مي‌كنند مي‌شود. اين ماهواره ها علائم راديويي به زمين ارسال مي‌دارند كه شامل اطلاعاتي دربارة زمين است. با استفادده از دريافت كننده زميني GPS، اين علائم دريافت و ارتفاع، طول جغرافيايي و عرض جغرافيايي (موقعيت جهاني) دريافت كننده را تعيين مي‌كند. علائم راديويي در 2 فركانس با باند كوتاه فرستاده مي‌شود (L-bond) باند كوتاه به فركانس هاي بين 390 تا 1550 مگاهرتز (MHz) اشاره مي كند. در هر علامت، توالي كدگذاري شده‌اي ارسال مي‌شود. با مقايسة توالي دريافت شده با توالي اصلي، دانشمندان قادر به تعيين ميزان مسافت طي شدة علامت از ماهواره به زمين هستند. 

 

تأخير علامت در شناسايي و مطالعة لايه هاي جوي كه سطح زمين را احاطه كردند (يونوسفر و تروپوسفر) مفيد هستند. علامت سومي نيز از ماهوراه به زمين ارسال مي‌شود كه شامل داده‌هايي دربارة سلامت موقعيت ماهواره‌است.

دومين بخش سيستم GPS ايستگاه زميني‌ست كه مانند وسائل مخابراتي ارسال كنندة داده ها به مركز داده‌ها، شامل يك دريافت كننده و آنتن است. آنتن تك جهته در هر محل، كه بيشتر شبيه به آنتي راديويي يك ماشين عمل مي‌كند، علائم ماهواره‌اي را جدا و بصورت جريانهاي الكتريكي به محل دريافت كننده ارسال مي‌كند. سپس دريافت كننده علائم را به كانالهاي طراحي شده براي يك ماهوارة و فركانس خاص در زماني خاص، جدا مي كند. زمانيكه علائم تفكيك شده باشد،‌ دريافت كننده مي‌تواند آنها را كدگذاري كرده و به فركانس هاي مجزا تبديل كند. با اين اطلاعات دريافت كننده موقعيت عمومي آنتن را تشخيص مي‌دهد (طول جغرافيايي، عرض جغرافيايي و ارتفاع). بعد از آن، داده‌هاي جمع آوري شده توسط دريافت كننده مي‌تواند مجدداً توسط دانشمندان فرآوري شده و چيزهاي متفاوتي از آنها مانند سري موقعيت هاي ديگر مطابق با همان آنتن و با دقت ميلي متري، بدست مي‌آيد.

سومين بخش سيستم، مركز داده ها است. نقش مركز داده ها دو جنبه دارد. اين بخش هم ايستگاه‌هاي GPS جهاني را كنترل مي‌كند و هم براي تحليل و اصلاح داده ها از دريافت كننده آن ايستگاهها، از سيستمهاي كامپيوتري خودكار استفاده مي‌كند. با كار بر روي داده هاي خام و ايجاد دادة فرآوري شده دانشمندان جهان قادرند از آن براي كارهاي متفاوت استفاده كنند. تا زمانيكه محل هاي GPS جهاني توسط مركز متفاوت در سراسر دنيا ساخته و اداره مي شوند، مكانهاي مركزي داده هاي متفاوت زيادي وجود دارد.

سیستم GPS شامل 3 بخش،‌ فضا، كنترل و كاربری می‌باشد : فضا، كاربر، كنترل( Space , User , Control )  سیستم GPS شامل 3 بخش،‌ فضا، كنترل و كاربری می‌باشد. بخش فضایی شامل آرایش ماهواره‌ها در فضا با (Constellation) می‌باشد. اولین سری این ماهواره‌ها در سال 1978 در مدار قرار داده شد. و در سال 1986 توسعه و تكمیل آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS به علت جلوگیری از خطرات ناشی از عدم مسیریابی انجام پذیرفت. در فوریه 1989 آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS با 24 یا تعداد بیشتری ماهواره در مدار كامل و فعال گردید. سیستم كنترل توسط ارتش آمریكا انجام می‌گیرد كه ردیابی و نگهداری آنها را در مدار كنترل می‌نماید.بخش كاربرها، شامل كاربرهای نظامی و شخصی هر دو می‌باشد. كاربرهای نظامی از سیستم GPS به عنوان، مسیریابی،‌ شناسایی، و سیستم هدایت موشكی استفاده می‌نمایند و كاربرهای شخصی هم می‌توانند همانند نظامی‌ها و براساس نیاز از این سیستم استفاده كنند. بخش فضایی( Space Segment )  ماهواره‌های GPS در حدود 900 kg وزن و 5 متر با نیل‌های خورشیدی طول دارند. عمر مفید این ماهواره‌ها برای5/7 سال طراحی شده است اما اغلب مدت زمان بیشتری در مدار مورد استفاده قرار می‌گیرند. پنل‌های خورشیدی نیروی اولیه را تهیه می‌نمایند و نیروی (تغذیه) ثانویه توسط باطری‌های Nicod تأمین می‌شود. در هر ماهواره چهار ساعت (Clock) اتمی فوق‌العاده دقیق نصب گردیده است. در سپتامبر 2001 تعداد ماهواره‌های مورد استفاده در مدار 27 عدد بوده است. مدارات ماهواره‌ها( Satellite orbits )  شامل 6 مدار با فاصله 60 درجه و در هر مدار 4 ماهواره وجود دارد و این امكان را فراهم می‌سازد كه با وجود اشكال و خرابی 2 ماهواره در هر مدار سیستم كار نرمال خود را انجام دهد. هر سطح مداری شیبی برابر با 55 درجه با سطح مدار استوایی دارد. ارتفاع زیاد مدار (km 20000) باعث ثابت ماندن ماهواره‌ها در مدارشان می‌شود. همچنین ارتفاع زیاد ماهواره باعث پوشش منطقه وسیعی در روی زمین می‌شود.ماهواره‌های GPS هر نقطه در روی زمین را 2 بار در روز پوشش می‌دهند (از هر نقطه در روی زمین دوبار در روز می‌گذرند).  بخش ماهواره ای سیستم از 21 ماهواره اصلی و 3 ماهواره یدکی واقع در مدار زمین تشکیل میشود. این ماهواره ها در 6 مدار جداگانه که با صفحه استوا زاویه 55 درجه میسازند قرار گرفته اند. مدار ماهواره ها بیضی شکل بوده و با سرعتی نزدیک 4.5 کیلومتر بر ثانیه در حرکت هستند. این ماهواره ها به سبب ارتفاع زیادشان در بخش بزرگی از زمین دیده میشوند. الکتریسیته مورد نیاز از دو صفحه متشکل از باطریهایی با سلولهای خورشیدی به سطح 7.2 متر مربع تامین میگردد

منابع در قسمت پنجم

 بقیه مطالب را در بخش دوم و سوم وچهارم و پنجم مقاله بخونید