بخش سوم

يك گيرنده GPS نه تنها ماهواره هاي قابل استفاده را تشخيص مي دهد بلكه مكان آنها را درآسمان نيز تعين مي كند .(ارتفاع و زاويه )منبع ديگرايجاد خطا " چند مسيري " مي باشد.  " چند مسيري " نتيجه انعكاس سيگنال راديويي به وسيله يك شي مي باشد . اين پديده باعث ايجاد تصاوير سايه دار در تلويزيونها مي گردد هر چند در آنتنهاي جديد اين شكل به وجود نمي آيد ، اين پديده در آنتنهاي رو تلويزيوني قديمي به وجود مي آمد.
بروز اين اختلال براي GPS ها به اين شكل است كه امواج بعد از انعكاس به وسيله اشياء ( مانند ساختمانها يا زمين ) به آنتن GPS برسند . در اين صورت سيگنال مسير بيشتري را تا رسيدن به آنتن GPS طي مي كند و اين باعث مي شود كه GPS فاصله ماهواره را بيشتر از آنچه هست محاسبه نمايد. كه باعث ايجاد خطا در مكان يابي نهايي مي گردد.در صورت بروز اين اختلال تقريباً 15 فيت بر خطاي نهايي افزوده مي شود .منبع ديگري نيز براي ايجاد خطا ممكن است وجود داشته باشند . افزايش تاخير ( delay ) به دليل اثرات جوي نيز مي تواند برروي دقت كار اثر بگذارد .همچنين خطاهاي ساعت داخلي GpS . در هر دو اين موارد گيرنده GPS طوري طراحي شده است كه اين اثرات را جبران نمايد .ولي خطاهاي كوچكي بر اساس همين اثرات همچنان بروز خواهند كرد .

در عمل ، دقت كار يك GPSغير نظامي معمولي ، با توجه به تعداد ماهواره هاي تبادلي و طرح قرار گرفتن آنها بين 60 تا 225 فيت مي باشد. GPSهاي پيچيده تر و گرانتر مي توانند با دقتهايي در حد سانتيمتر كاركنند . ولي دقت يك GPS معمولي نيزمي تواند به كـــمك پـــردازشي بـــه نـــام DGPS Differential GPS به حدود 14 فيت يا كمتر برسد .سرويسهاي DGPS با هزينه كمي قابل اشتراك مي باشند . سيگنال تصحيحات DGPS توسط سازمان Army Corps Of Engineers و از ايستگاههاي مخصوص ارسال مي گردد .اين ايستگاهها در فركانس

283.5 - ۳۲۵  KHZ  كار مي كنند تنها هزينه استفاده از اين سرويس خريدن يك دامنه از اين سيگنالها مي باشد . با اين كار يك گيرنده ديگر به GPS ما متصل مي شود ( از طريق يك كابل سه رشته اي ) و عمل تصحيح را طبق يك روش استاندارد به نام ( RTCM SC-104 ) انجام مي دهد . اشتراك سرويسهاي DGPS از طريق امواج راديويي FM نيز ممكن مي باشد . 

 ایستگاههای زمینی سیستم GPS :  

  حال به سراغ بخش کنترل زميني اين سيستم مي رويم : اين بخش شامل ايستگاههاي کنترل زميني است که داراي مختصات معلوم هستند و موقعيت آنها از طريق  روشهاي کلاسيک تعيين موقعيت نظير روش VLBI (تعيين فواصل بلند توسط کوازارها)و روش SLR (فاصله سنجي ماهواره اي با امواج ليزر ) بدست آمده است. اين ايستگاه ها وظيفه تعقيب ومشاهده شبانه روزي ماهواره های GPS را بر عهده دارند . اين بخش بوسيله محاسبات رياضي پيچيده از طريق محاسبه معادله پلي نوميال (Polynomials) رياضی بطريق کمترين مربعات ، پارامترهاي مداري (افمريزها)و موقعيت ماهواره ها را  نسبت به يک سيستم مختصات ژئودتيک ژئوسنتريک (مبدا سيستم مختصات تقريبا در مرکززمين قرار دارد.) محاسبه  مي نمايد.

 تعداد اين ايستگاههای زميني 5 عدد است که ايستگاه اصلي با نام کلرادو اسپرینگ در آمريکا قرار داردو 4 ايستگاه فرعی ديگر در نقاط ديگر کره زمين مستقر هستند. آخرين بخش از سيستم GPS ، قسمت USER يا کاربران سيستم مي باشد که خود شامل دو بخش است:      

الف) آنتن دريافت کننده اطلاعات ارسالي از ماهواره ها       

ب ) گيرنده(پردازش کننده اطلاعات دريافتي و تعيين کننده موقعيت محل آنتن)

نرم افزار و ميکروپروسسور داخل گيرنده فاصله بين آنتن زميني تا ماهواره هاي مرتبط با گيرنده ه را تعيين مي کند  سپس با استفاده از حداقل 4 ماهواره   موقعيت X وY و ارتفاع محل استقرار آنتن يا همان گيرنده تعيين ميشود.گيرنده های GPS به دو دسته اصلي تقسيم مي شوند :      

الف) گيرنده های نظامي      

ب  ) گيرنده های غير نظامي

 گيرنده هاي غير نظامي فقط مي توانند افمريزهاي ارسالي روی کد C/A را از ماهواره دريافت کنند ،لذا تعيين موقعيت مطلق توسط اين دسته از گيرنده ها ضعيف مي باشد.(در حدود 3 تا 5 متر).اما گيرنده های نظامي که اکثرا در اختيار ارتش آمريکا و کشورهاي عضو پيمان ناتو مي باشد قادر هستند که پارامترهاي ارسال شده بوسيله کد P (پارامترهاي دقيق) را نيز علاوه بر کد C/A استفاده کنند. دقت تعيين موقعيت با چنين گيرنده هايي بسيار بالاست و در حال حاضر استفاده از کد P وکد Y که مشکل تر از کد P است صرفا در اختيار نظاميان آمريکايي مي باشد.البته از سال 2000  دقت سيستم GPS غير نظامي با توجه به حذف خطاي SA که وزارت دفاع آمريکا آن را عمدا همراه ساير موج ها از ماهواره هاي GPS به سمت گيرنده هاي غير نظامي ميفرستاد ، دقت تعيين موقعيت با گيرنده های دستي معمولي به 3 تا 5 متر رسيده است.البته براي کارهاي دقيق ژئودزي و نقشه برداري با استفاده از گيرنده هاي دو فرکانسه(تفاضلي) به شيوه تعيين موقعيت نسبي ميتوان به دقت در حد ميليمتر دست پيدا کرد. البته همين دقت 3 تا 5 متر گيرنده هاي دستي عادي هم نيازهاي عمومي ناوبری(کوهنوردي و....) را بخوبي تامين ميکند. 

ایده اساسی در تعیین موقعیت

فرض کنید روی صفحه ای قرار داریم. اگر فاصله خود را با یک نقطه مشخص A اندازیه گیری کنیم و مختصات نقطه A را نیز بدانیم ، میتوانیم دایره ای به مرکز نقطه A و به شعاع فاصله اندازه گیری شده ترسیم کنیم. در این صورت مختصات موقعیت ما بر روی دایره ترسیم شده قرار دارد اگر بر روی این صفحه دو نقطه مشخص A و B موجود باشد و فاصله خود را با هر یک از دو نقطه محاسبه کنیم مختصات موقعیت ما باید هم بر روی دایره ای به مرکز نقطه A و شعاع a واقع باشد و هم بر روی دایره ای به مرکز B و شعاع b . در نتیجه ما بر روی یکی از دو نقطه تلاقی دو دایره واقع هستیم (شکل 1). در صورتی که تعداد نقاط واقع بر صفحه به 3 افزایش یابد ، براحتی میتوان نشان داد که موقعیت دقیق ، بر روی صفحه بدست می آید و این از طریق سه دایره به مرکز آن نقاط معلوم و شعاعهای فواصل اندازه گیری شده تا آن نقاط می باشد (شکل2).  

هر ماهواره GPS کد مخصوصی را ارسال میکند. گیرنده GPS در روی زمین نیز همان کد مخصوص را تولید خواهد کرد. برای همزمانی در تولید کدهای مذکور باید زمان طبق یک ساعت دقیق تنظیم گردد. کد دریافت شده توسط گیرنده با کد تولید شده گیرنده متناسب با فاصله ، تاخیر خواهد داشت. اندازه گیری تاخیر زمانی بین کد تولید شده و کد دریافت شده به اندازه گیری فاصله منجر میشود (شکل 4). سرعت امواج الکترومغناطیسی در خلا 300,000000 است ، با فرض اینکه دقیقا کدهای تولید شده در ماهواره و گیرنده همزمان باشد و کد ارسالی از ماهوراه فقط از خلا عبور کند ، فاصله گیرنده تا ماهواره با حاصل ضرب زمان تاخیر تاخیر بین کد دریافت شده با کد تولید شده در گیرنده ، در سرعت امواج الکترومغناطیس در خلا برابر خواهد بود.

منابع در قسمت پنجم

 بقیه بقیه مطالب را در بخش چهارم و پنجم مقاله بخونید