24 ماهواره که دور زمین در گردش هستند

سیستم محل یابی جهانی (Global Positioning Systems)، بک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبکه ای با 24 ماهواره تشکیل شده است. این ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده اند. این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال 1980 استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شد.

خدمات این مجموعه در هر شرایط آب و هوایی و در هر نقطه از کره زمین در تمام ساعت شبانه روز در دسترس است. پدید آوردنگان این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رایگان است.

GPS چگونه کار می کند؟
ماهواره های این سیستم، در مداراتی دقیق هر روز 2 بار بدور زمین می گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می کنند. گیرنده های GPS این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می کند. از اختلاف این دو زمان فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می گردد. حال این عمل را با داده های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با اختلافی ناچیز، معین می کند.

گیرنده به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل 3 ماهواره برای محاسبه 2 بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل 4 ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطاعات مفید دیگر، می نماید.

ماهواره های GPS

GPS Screen
صفحه GPS
24 عدد ماهواره GPS در مدارهایی بفاصله 24000 هزار مایل از سطح دریا گردش می کنند. هر ماهواره دقیقا طی 12 ساعت یک دور کامل بدور زمین می گردد. سرعت هریک 7000 مایل بر ساعت است. این ماهواره ها نیروی خود را از خورشید تامین می کنند. همچنین باتری هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می کنند بهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره ها را در مسیر صحیح نگاه می دارد. به این ماهواره ها NAVSTAR نیز گفته می شود.

در اینجا به برخی مشخصه های جالب این سیستم اشاره می کنیم:

• اولین ماهواره GPS در سال 1978 یعنی حدود 35 سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
• در سال 1994 شبکه 24 عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
• عمر هر ماهواره حدود 10 سال است که پس از آن جایگزین می گردد.
• هر ماهواره حدود 2000 پاوند وزن دارد و طول باتری های خورشیدی آن 5.5 متر است.
• انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از 50 وات است.

گیرنده GPS
بسته به نوع مصرف و بودجه می توانید از طیف وسیع گیرنده های GPS بهره ببرید. همچنین، باید از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروزجهت ناحیه مورد استفاده تان، اطمینان حاصل کنید. امروزه بهای گیرنده های GPS بطور چشمگیری کاهش پیدا کرده است و هم اکنون در کشور ما با بهایی معادل یک عدد گوشی متوسط موبایل نیز می توان گیرنده GPS تهیه کرد. در کشورهای توسعه یافته از این سیستم جهت کمک به راهبری خودرو، کشتی و انواع وسایل نقلیه بهره گیری می شود.

هر چه نقشه های منطقه ای که در حافظه گیرنده بارگذاری می شود دقیق تر باشد، سرویسهایی که از GPS می توان دریافت داشت نیز ارتقا می یابد. برای مثال، می توان از GPS مسیر نزدیکنرین پمپ بنزین، تعمیرگاه و یا ایستگاه قطار را سوال نمود و مسیر پیشنهادی را دنبال کرد. دقت مکانیابی این سیستم در حد چند متر می باشد، که بسته به کیفیت گیرنده تغییر می کند. از سیستم محلیابی جهانی می توان در کارههایی چون نقشه برداری و مساحی، پروژه های عمرانی، کوهنوردی، کایت سواری، سفر در مناطق ناشناخته، کشتی رانی و قایقرانی، عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زمینلرزه و هر فعالیت دیگر که نیازمند محلیابی باشد، بهره برد.

هر کس که بخواهد بداند کجاست و بکجا می رود به این سیستم نیازمند است، با توجه به نزول شدید بهای گیرنده های این سیستم، و افزایش امکانات آنها، این تکنولوژی در آینده نزدیک بیش از پیش در اختیار همگان قرار خواهد گرفت.

سیگنالهای مدرن GPS
 
با داشتن توانایی کاملاً عملیاتی در دسترس در ۱۷ جولای ۱۹۹۵، جی‌پی‌اس اهداف طرح اصلی خودش را کامل کرده‌است. اما پیشرفت‌های دیگر در فناوری و تقاضاهای جدید بر روی سیستم موجود، به تلاش برای “مدرن کردن” سیستم GPS منتهی شد. اعلام‌هایی از معاون رییس جمهور و خانه سفید در ۱۹۹۸، از وقوع آغاز این تغییرات خبر می‌داد و در سال ۲۰۰۰، کنگره آمریکا دوباره این تلاش را اعلام کرد که با نام GPS III به آن اشاره می‌شود.
این پروژه ایستگاه‌های زمینی جدید و ماهواره‌های جدید را در بر می‌گیرد، با سیگنال‌های جهت یابی اضافی برای هر دوی کاربران نظامی و غیرنظامی و کمک می‌کند به بهبود دقت و در دسترس بودن برای همه کاربران. یک هدف ۲۰۱۳ برقرار شده‌است با انگیزه¬هایی که برای پیمان کاران پیشنهاد می‌شود اگر آنها بتوانند آن را تا ۲۰۱۱ کامل کنند.
L2C یکی از نخستین اعلام‌ها، افزایش یک سیگنال جدید برای استفاده غیرنظامی بود، تا بر روی بسامدی متفاوت از بسامد L۱ منتقل شود و برای سیگنال عادی اکتسابی (C/A) مورد استفاده قرار گیرد
سرانجام سیگنال L2C می‌باشد؛ و نام آن به این دلیل است که بر روی فرکانس L۲ منتشر می‌شود.
از آنجا که آن به سخت افزاری جدید بر روی ماهواره نیاز دارد، تنها به‌وسیله آنچه IIR-M مانع، نامیده می‌شد منتقل می‌گردد و سپس ماهواره‌ها را طراحی می‌کند.
سیگنال L2C با فراهم آوردن بهبود دقت پیام رسانی به کار گرفته می‌شود که دنبال کردن سیگنال را آسان می‌کند و در مورد تداخل محلی، به عنوان یک سیگنال اضافی عمل می¬کند. برخلاف کد C/A، L2C دو رشته کد PRN متمایز را در بر می‌گیرد تا اطلاعات مسافت یابی را فراهم کند؛ کد مسافت تعدیل غیرنظامی (با نام CM) و کد مسافت طولانی غیرنظامی
(با نام CL). کد CM ۱۰۲۳۰ بیت طول دارد و هر ۲۰ هزارم ثانیه تکرار می‌شود.
کد CL ۷۶۷۲۵۰ بیت طول دارد و هر ۱۵۰۰ هزارم ثانیه تکرار می‌شود.
هر سیگنال در ۵۱۱۵۰۰ بیت در ثانیه منتقل می‌شود، اما آنها از یک سیگنال ۱۰۲۳۰۰۰ بیت در ثانیه، در یکدیگر تسهیم شده¬اند. CM با پیام جهت یابی CNAV (که در ادامه آمده) تعدیل شده‌است، در صورتی که کد CL هیچ داده تعدیل شده‌ای را در بر نمی‌گیرد و توالی بدون داده نامیده می‌شود. کد طولانی، توالی بدون داده برای تقریباً ۲۴ دسیبل همبستگی بزرگ‌تر (معادل ۲۵۰ برابر قوی تر) نسبت به کد L1 C/A فراهم است.
هنگامی که با سیگنال C/A مقایسه شد، L2C ۷/۲ دسیبل بهبود داده‌ای بزرگ‌تر دارد و ۷/۰ دسیبل ردیابی حامل بزرگ‌تر، اگرچه قدرت انتقال آن ۳/۲ دسیبل ضعیف تر است.