تاریخچه GPS

 تاریخچه GPS:

   GPS دارای تاریخچه بسیار مهیج و سیر تکاملی جالبی می‌باشد و اخیرا استفاده از آن موجب اکتشافات قابل توجهی شده است. اما قبل از این که بیشتر راجع به GPS بدانیم، لازم است مطالب بیشتری در مورد ناوبری(Navigation) بدانیم.
  

عکس بالا نشان دهنده یکی از اولین نقشه هایی است که توسط دریانوردان ترسیم شده است. تصویر بالا یک زاویه یاب(sextant) را نشان می دهد.

 ناوبری(Navigation) چیست؟

   از زمان ماقبل تاریخ مردم سعی می کردند یک راه قابل اطمینان پیدا کنند که به آنها بگوید کجا هستند و حتی آنها را به جاییکه می روند راهنمایی کرده و سپس به خانه بازگرداند.
   مردمان غارنشین وقتی که برای تهیه غذا به شکار می رفتند، احتمالا از سنگ‌ها و شاخه های کوچک برای علامت‌گذاری مسیر خود استفاده می کردند. ملوانان نیز ابتدا سواحل را به دقت دنبال می کردند تا از گم شدنشان جلوگیری کنند.
   وقتی دریا نوردان اولیه در دریاهای باز(اقیانوس ها) کشتیرانی کردند، دریافتند که می‌توانند مسیر خود را با دنبال کردن ستاره‌ها ترسیم کنند. فنیقیهای باستان از ستاره شمالی برای سفر به مصر و جزیره کرت استفاده می‌کردند. بر طبق گفته هومر الهه آتنا به اودیسه گفته است که هنگام سفر کردن در جزیره کالیپسو ” دب اکبر را سمت راست خود قرار بده”.
   متأسفانه برای اودیسه و دیگر دریانوردان ستاره ها فقط در شب و تنها در شب‌های صاف قابل رؤیت هستند.
   پیشرفت مهم بعدی در امر ناوبری کشف قطب نمای مغناطیسی و دستگاه زاویه یاب(sextant) بود.
   عقربه قطب نما همیشه نقطه شمالی را نمایش می دهد، بنابراین همیشه دانستن جهت مسیری که در آن حرکت می‌کنیم را ممکن می سازد.

 GPS چیست؟

   GPS یا (Global Positioning System) سیستم موقعیت یاب جهانی است و تنها سیستمی می باشد که امروزه قادر است، موقعیت دقیق شما را بر روی زمین در هر زمان، درهر مکان و در هر هوایی مشخص کند. ماهواره های GPS، بیست و چهار ساعته در مداری به طول ۱۱۰۰۰ مایل دریایی بالای زمین در حرکت بوده و پیوسته بوسیله ایستگاه‌های زمینی در سراسر جهان نظارت می‌شوند. ماهواره ها سیگنال‌هایی می‌فرستند که برای هر کس با یک گیرنده GPS قابل شناسایی می‌باشد. با به کارگیری گیرنده GPS می توان موقعیت خود را با دقت بالا تعیین نمود(دقت مکانی در هر مکان از یک متر تا ۱۰۰متر ه به نوع تجهیزات متفاوت می باشد).

ارکان GPS:

   یک سیستم GPS دارای سه بخش است:
   شکل بالا بخش های مختلف یک سیستم GPS را به طور خلاصه نمایش می‌دهد.

 ۱) بخش فضایی:

   این بخش شامل ۲۴ ماهواره است که هر کدام به تنهایی دارای یک مدار ۱۱۰۰۰ مایل دریایی در بالای زمین هستند. هر ماهواره حدودا ۱۰سال یا بیشتر فعال می‌باشد.
   چرخش ماهواره‌های GPS به دور زمین، دو باردر روز و حدود ۲۰۲۰۰ کیلومتر، بالای سطح زمین می باشد. در هر زمان از شبانه روز حداقل ۴ ماهواره یا بیشتر بالای سر ما در آسمان قرار دارند. برای تخمین موقعیت به وسیله گیرنده به حداقل ۴ماهواره نیاز است.

 ۲) بخش کنترل(نظارت):

   بخش کنترل مغز GPS است. این بخش اداره کننده تمامی ماهواره ها می باشد.
   این بخش از ایستگاه‌های زمینی تشکیل شده است(پنج عدد از آنها، در اطراف زمین قرار دارند) که ماهواره ها را از کارکرد درست مطمئن می سازند.
   ارتش آمریکا، بخش اصلی سایت کنترل در نیروی هوایی فالکون، واقع در کلورادو اسپرینگ(the Falcon Air Force Base in Colorado Springs) در آمریکا را اداره می کند.
   ساختمان بخش کنترل، فالکونAFB.
   ایستگاه پیگیری و کنترل زمینی، هاوایی.
   یک بار گردش به دور زمین در فضا برابر یک مدار می باشد. هریک از ماهواره های GPS دوازده ساعت زمان نیاز دارند تا یک بار مدار زمین را طی کنند. هر ماهواره به یک ساعت دقیق مجهز شده است که به آن اجازه می دهد سیگنال های زوج را با یک پیام زمانی بسیار دقیق مخابره کند(with a precise time message). دستگاه (قسمت) زمینی، سیگنال مخابره شده از ماهواره (که با سرعت نور حرکت می کند) را دریافت می کند. حتی در این سرعت، زمان رسیدن سیگنال به گیرنده قابل اندازه گیری می باشد. تفاوت زمانی میان سیگنال فرستاده شده و زمان دریافت آن، مضربی از سرعت نور می باشد که گیرنده را قادر می سازد تا فاصله از ماهواره را محاسبه کند. برای اندازه گیری دقیق طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع، گیرنده زمانی را که صرف می شود تا سیگنال ها از چهار ماهواره جدا گانه به آن برسند را محاسبه می‌کند.
   سیستم GPS می‌تواند موقعیت هر جایی بر روی زمین یا بالای زمین را با اندازه تقریبا ۳۰۰ فوت(۹۰ متر)، نمایش دهد.

۳) بخش کاربر:

   این بخش از گیرنده‌هایی تشکیل شده که می توان آن را در دست نگه داشت یا بر روی اتومبیل سوار نمود.
   با این که GPS برای ارتش طراحی شده است ولی شمار کاربران شهری از کاربران نظامی بیشتر است. بعضی از کاربران اصلی GPS عبارتند از:
   – سرویس های اورژانس- مانند آتش نشانی، آمبولانس در تعیین موقعیت افراد آسیب دیده.
   – پی گیری وسایل نقلیه – مانند نگهداری و پی گیری کامیونها، قطارها، اتوبوسها و غیره.
   – هوانوردی – خلبانان از آن برای راهبری هواپیماها استفاده می کنند.
   – کشاورزی- کشاورزان از GPS برای کنترل بهتر محصولاتشان استفاده می کنند.
   – جمع آوری داده های GIS- شهرها برای موقعیت سرویس هایشان مانند خطوط نیرو و لوله کشی آبها در خیابانها از آن استفاده می کنند.
  

  ماهیگیران و دریانوردان در دریا از آن جهت هدایت قایق‌ها یا تشخیص یک موقعیت در دریا استفاده می‌کنند. در هدایت وسایل نقلیه با استفاده از GPS برای رسیدن به مقصد، نیاز به نقشه نیست.
   گردشگران و کوهنوردان از آن استفاده می کنند تا میسر خود را پیدا کنند.

 شکل فوق سه بخش اصلی یک سیستم GPS را نمایش می‌دهد:

ماهواره‌ها در فضا:

   همانطور که گفته شد سیستم فضایی GPS از ۲۴ ماهواره تشکیل شده است که هر یک از آنها، هر ۱۱۰۰۰ مایل دریایی در بالای زمین را در مدت ۱۲ساعت(یک مدار) طی می‌کند.
   ماهواره‌ها در فضا به صورتی قرار می‌گیرند که می‌توانیم تقریبا ۱۰۰ درصد از مواقع، سیگنال‌ها را از شش عدد آنها در هر نقطه روی زمین دریافت کنیم، زیرا جهت بدست آوردن بهترین اطلاعات مربوط به هر موقعیت، سیگنال‌های زیادی نیاز است. همچنین ماهواره ها به ساعت‌هایی جهت نگهداری زمان دقیق مجهز هستند. این دقت در حد سه نانو ثانیه(سه میلیاردیوم ثانیه ۰۰۰۰۰۰۰۰۳/۰) بوده و بسیار مهم می باشد، زیرا گیرنده باید به درستی تعیین کند که سیگنال‌هایی که از هر ماهواره GPS می رسد، از چه ارتفاعی گرفته شده است( این اطلاعات برای محاسبه موقعیت گیرنده مورد استفاده قرار می گیرد).

 

اولین ماهواره GPS در سال ۱۹۷۸ پرتاب شد. ۱۰ ماهواره اول که Block I نام داشتند به منظور توسعه این تکنولوژی(developmental satellites) فرستاده شدند. از سال ۱۹۸۹ تا ۱۹۹۳ ، ۲۳ ماهواره های تولیدی (production satellites) به نام Block II پرتاب شدند. پرتاب بیست و چهارمین ماهواره در سال ۱۹۹۴ این سیستم را تکمیل کرد.
   ۲۴ ماهواره GPS با مدار ۱۱۰۰۰ مایلی در بالای زمین، در تمام شبانه روز به نظامیان و غیر نظامیان خدمت رسانی می کنند. این شبکه از ماهواره ها هسته ای از دقیق ترین سیستم ناوبری که تابه امروز ساخته شده است را می سازد.

 منبع : پایگاه ملی علوم زمین کشور

پاسخ دهید