سامانه جی پی اس GPS چگونه کار می‌ کند

سامانه جی پی اس (GPS) چگونه کار می‌ کند

ستفاده از جی‌‌پی‌اس این روزها به امری عادی بدل گردیده است. امروزه اکثر افراد در زمان مسیریابی دیگر به دنبال استفاده از نقشه‌‌های سنتی نمی‌روند و از گجت‌های هوشمند خود مانند گوشی‌های هوشمند، تبلت یا اتومبیل هایی که به سامانه های نقشه خوانی تجهیز هستند، استفاده می نمایند.

به نقل از زومیت، سامانه موقعیت یاب ماهواره یا جی پی اس (GPS) را باید یکی از کاربردی‌ترین.تکنولوژ هایی خواند که این روزها در انواع گجت‌های هوشمند و اتومبیل های جدید قابل استفاده است. در ادامه با ما باشید تا نگاهی به این تکنولوژی، شیوه کار و ابعاد متفاوت استفاده از آن داشته باشیم.

استفاده از جی‌‌پی‌اس این روزها به امری عادی بدل گردیده است. امروزه اکثر افراد در زمان مسیریابی دیگر به دنبال استفاده از نقشه‌‌های سنتی نمی‌روند و از گجت‌های هوشمند خود همچون گوشی‌های هوشمند، تبلت یا اتومبیل هایی که به سامانه های نقشه خوانی مجهز هستند، استفاده می نمایند. این روزها سرویس‌های مسیریابی فراوانی وجود دارند که شاید نام آشنا ترین آن‌ها گوگل مپس باشد. اکثر سرویس‌های موجود از سامانه جی‌پی‌اس استفاده می‌کنند.

در ادامه به مطالعه زیرساخت‌های جی‌پی‌اس و جریان پشت پرده برای ارائه‌ی این سرویس در کنار تغییرات ممکنی که احتمالا در آینده رخ خواهد داد، خواهیم پرداخت. با استفاده از سرویس جی‌پی‌اس می‌توان مناسب ترین راه را برای رسیدن به مقصد انتخاب نمود، از راه های پرترافیک با خبر شد و امکان شناسایی کسب و کار شما را برای فروشندگان خدمات و کالاها روی نقشه‌ها امکان پذیر می نماید.

سامانه GPS چگونه کار می‌کند؟

از سال ۱۹۹۴ میلادی بیش از ۱۲ ماهواره برای عرضه سرویس جی‌پی‌اس روانه مدار زمین شده‌اند. این ماهواره‌ها در ارتفاع ۲۱٫۰۰۰ کیلومتری زمین به سر می‌برند که در شش گروه یا سطح متفاوت قرار گرفته‌اند. ماهواره‌های مورد نظر به نوعی تنظیم گشته اند که هیچ‌گاه با حرکت در مدارهای مختلف روی همدیگر همپوشانی ندارند. هر یک از این ماهواره‌ها با حرکت از طرف غرب به شرق و داشتن شتاب ۱۲٫۸۷۴ کیلومتر در ساعت، دو بار در روز کره‌ی زمین را دور می‌زنند. هر یک از ماهواره‌ها به شکل مداوم اطلاعات زیر را به ایستگاه‌های زمینی گزارش می‌دهند:

کد Pseudorandom که شماره‌ی اختصاصی برای هر یک از ماهواره‌ها را نمایش می‌دهد.

اطلاعات تقویمی که مربوط به ارسال اطلاعات شامل تاریخ، زمان و سلامت ماهواره است. عدم سلامت فیزیکی ماهواره بدین مفهوم است که وضعیت ماهواره تغییر نموده یا مشکل دیگری برای کاربران ایجاد گردیده است.

تقویم نجومی، با استفاده از این فاکتور ماهواره اطلاعات تقویم نجومی را نیز برای ایستگاه‌های زمینی ارسال می نماید.

موقعی که شما از سامانه جی‌پی‌اس روی گوشی هوشمند، تبلت یا اتومبیل یا هر وسیله‌ی دیگری استفاده می نمایید، دو فاکتور TOA (زمان رسیدن پیام به دست گیرنده) و TOF (زمان اختصاص یافته میان خروج پیام و رسیدن به دست گیرنده) به سامانه جی‌پی‌اس که در اختیار شما است، ارسال می گردد. با در دست بودن المان معلوم سرعت نور و مکان ارسال و دریافت سیگنال، دریافت کننده‌ی GPS موقعیت مکانی شما را روی زمین معلوم  می نماید. وقتی که برای نمونه با استفاده از اتومبیل شخصی خود در اتوبان در حال حرکت هستید، سامانه جی پی اس مورد استفاده، سرعت حرکت را محاسبه نموده و به شما نمایش می‌دهد که غالبا از سرعتی که اتومبیل شما نمایش می‌دهد، کمتر است، این به معنای اشتباه سامانه جی پی اس نیست و باید به این سامانه اعتماد نمود، چراکه کیلومتر شمار اتومبیل ها گاها سرعت حرکت را اندکی بیشتر از مقدار حقیقی آن نمایش می‌دهند. با توجه به اینکه سیگنال ارسال گردیده به وسیله ماهواره دلیل عبور از لایه‌های متفاوت جو مانند یونوسف، لایه بالایی جو در فاصله‌ی ۶۰ تا ۱۰۰۰ کیلومتری سطح زمین دچار تاخیر می گردد، از این‌رو ماهواره‌های جی‌پی‌اس سیگنال‌های خود را با اعمال فاکتوری برای اصلاح موارد ارسال شده، مخابره می نمایند.
جی‌پی‌اس برای اطلاع از وضعیت مکانی شما نیازمند ارتباط با ۳ ماهواره‌ در مدار زمین است که البته ماهواره‌ی چهارم نیز برای تعیین ارتفاع کاربر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صورتی که بیش از ۴ ماهواره‌ی شناسایی شده و سامانه دریافت کننده‌ قادر به برقراری ارتباط باشد، کیفیت تشخیص موقعیت مکانی کاربر خیلی بالاتر خواهد بود و دقت این سامانه بالا می رود. در صورتی که عوامل مخل وارد چرخه‌ی موقعیت یابی گردند، ماهواره‌ها از فاکتورهای اصلاح برای بالا بردن دقت سامانه جی پی اس استفاده می نمایند.

نخستین ماهواره‌ی مربوط به سامانه جی‌پی‌اس در سال ۱۹۷۸ میلادی روانه مدار زمین شد. در حال حاضر ماهواره‌های موجود در مدار زمین که تحت سامانه جی‌پی‌اس فعالیت می نمایند می‌توانند تا ۱۰ سال به شکل عملیاتی کار کنند. هر یک از ماهواره‌ها روی زمین وزنی بیش از ۹۰۰ کیلوگرم دارند و قطر هر یک به بیش از پنج متر می‌رسد که البته این قطر با احتساب پره‌های مربوط به قرارگرفتن باتری‌های خورشیدی محاسبه گشته است. فرستنده‌ی ماهواره‌ها سیگنال‌هایی را با توانایی ۵۰ وات مخابره می نمایند.

البته باید به این نکته نیز اشاره نمود که پیشرفت در حوزه‌ی مکان‌یابی روز به روز مدرن تر گشته و دستگاه‌های گیرنده‌ی مورد استفاده روی زمین نیز هر روز دقیق‌تر و کوچک‌تر از قبل می‌شوند. دارپا تراشه‌ی جی‌پی‌اس را گسترش داده که از سکه‌ی یک پنی کوچک‌تر بوده و از وجود سه ژیروسکوپ، سه شتاب سنج و ساعت درونی سود می‌برد. بررسی های دیگری نیز در جریان است تا زمان‌بندی تراشه‌های دریافت کننده‌ی جی‌پی‌اس را بیش از پیش بهبود بخشد. هدف از همه این اقدامات، توسعه‌ی سامانه جی‌پی‌اس بسیار مدرن تری است که توانایی آن با سامانه های چند هزاردلاری برابری نموده و می‌توان از آن روی سامانه اتومبیل های اطلاع‌رسانی خودروها استفاده نمود.

توانایی دریافت کننده‌ی سامانه جی پی اس مورد استفاده روی گجت‌ها تا چه اندازه دقیق است؟

سامانه جی‌پی‌اس برای نخستین بار با کاربری نظامی به منظور بالا بردن دقت ناوبری در زیردریایی‌، هواپیما و بقیه ادوات نظامی مورد آغاز به کار نمود. سامانه جی‌پی‌اس به طوری تنظیم گشته بود که تا سال ۲۰۰۰ اطلاعات با دقت کمتری را برای کاربران غیرنظامی ارسال می نمود. در صورت استفاده‌ی غیرنظامی از این سرویس، سیگنال‌ها به شکل رمزنگاری نشده به دریافت کننده ارسال می نمود که از این‌رو دقت موقعیت یابی در آن دوران ۱۰۰ متر بود. دقت ۱۰۰ متری برای استفاده در سامانه های ناوبری مانند اتومبیل ها و مسیریابی چندان کاربردی نبود، چراکه برای نمونه در صورت نیاز به دور زدن در تقاطع بعدی، دقت ۱۰۰ متری هیچگاه قادر به راهنمایی در مسیر درست نبود.

با گسترش سامانه Defferential GPS که از ایستگاه‌های زمینی بهره می‌برد، دقت سیگنال‌های ارسال گشته به وسیله ماهواره‌ها به ۱۵ متر افزایش یافت، به گونه ای که حتی در بعضی موارد دقت موقعیت یابی کمتر از چند سانتی‌متر نیز ثبت گشته بود. همزمان با این موضوع اداره‌ی هوانوردی فدرال، گارد ساحلی و وزارت ترابری درخواستی را مبنی بر در دسترس بودن این سامانه صادر نمودند. بیل کلینتون، رئیس جمهور وقت ایالات متحده‌ی آمریکا دستور داد تا در دسترس بودن انتخابی سامانه جی‌پی‌اس از سال ۲۰۰۰ از بین رفته و در اختیار همگان قرار گیرد.

امروزه سامانه جی‌پی‌اس مورد استفاده در اتومبیل ها دقتی در حدود ۱۰ تا ۱۵ متر دارد. همچنین قیمت دریافت کننده‌ی ماهواره‌ای جی‌پی‌اس نیز به کمتر از چند دلار کاهش یافته است. امروزه رسیورهای ساده مورد استفاده در گجت‌های مختلف و اتومبیل ها دقتی تا ۳ متر دارند، حال آنکه مدل های گران قیمت دقت خود را تا چند سانتی‌متر نیز کاهش داده‌اند. برای نمونه سامانه Trimble Total Station GPS دقتی کمتر از ۳ سانتی‌متر دارد. بالا بردن دقت سامانه های موقعیت یاب ماهواره‌ای بدین مفهوم است که می‌توان از این سامانه ها برای کنترل ابزار‌های ریموت راه‌سازی استفاده نمود.

در صورتی که اتومبیل شما از سامانه موقعیت یاب قدیمی با دقت ۱۰ تا ۱۵ متری استفاده می نماید، یک حقه در زمان مسیریابی برای پوشش دقت پایین استفاده می گردد. برای نمونه در صورتی که در اتوبانی شمال به جنوب در حال حرکت باشید و در نزدیکی شما راه فرعی یا خروجی وجود نداشته باشد، نشانگر موقعیت یاب در راه مورد نظر باقی می‌ماند، اما در صورتی که یک دوراهی یا خروجی در راه وجود داشته باشد، نشانگر مسیریاب شما را به طرف شمالی‌ترین راه هدایت خواهد نمود. در صورتی که شما راهی دایره‌ای طی نموده یا از راه اصلی به فرعی وارد شده یا دور بزنید، سامانه مجددا خود را کالیبره می نماید. سیستم موقعیت یاب ماهواره‌ای معمولا از وجود ماژول‌های دیگری نیز بهره می‌برد که شامل قطب نمای داخلی، سنسور تشخیص حرکت و سرعت سنجی است تا به شکل دقیق در صورت وارد شدن به تونل نیز قادر به محاسبه‌ی دقیق مکان شما باشد.

کاربردهای دیگر سامانه GPS در اتومبیل ها غیر از مسیریابی چیست؟

به طور حتم مهمترین کاربرد سامانه موقعیت یاب ماهواره‌ای در اتومبیل ها را باید مسیریابی و نشان دادن موقعیت مکانی روی نقشه خواند، هرچند این مورد فقط کاربرد GPS در اتومبیل ها و به طور کلی در گجت‌های هوشمند نیست. در ادامه نمونه هایی را از کاربردهای دیگر این سرویس اعلام می‌کنیم:

اعلام خودکار تصادف. در صورتی که اتومبیل از وجود سامانه تله ماتیک (تلفیقی از سامانه اطلاعاتی اتومبیل و سامانه اطلاع‌رسانی از راه شبکه‌ی مخابرات و دیتا) مانند OnStar جنرال موتورز سود ببرد، در این صورت اگر تصادفی اتفاق بی افتد، این سامانه بصورت اتومات موضوع را به مرکز تماس شرکت اطلاع داده و از این طریق موضوع به مرکز امداد و نجات گزارش داده می‌شود. برای نمونه سامانه Ford Sync با استفاده از ارتباط سامانه اطلاع‌رسانی اتومبیل با گوشی از راه بلوتوث، از گوشی هوشمند کاربر برای برقراری تماس با مرکز امداد و نجات و پلیس بهره می‌برد. سامانه های جدیدتر مبتنی بر جی‌پی‌اس حتی می توانند تا شدت تصادف صورت گرفته را نیز معلوم نموده و علاوه بر محل وقوع تصادف، شدت تصادف را مشخص نمایند. بی ام و و جنرال موتورز در حال کار روی الگوریتم‌هایی هستند تا مقدار آسیب دیدگی مسافران اتومبیل را نیز پیش‌بینی نموده و وضعیت مسافران بعد از تصادف را معلوم  نمایند.

چراغ‌های جلویی هوشمند پیش بینی کننده. با پیشرفت روزافزون اتومبیل ها، فناوری های تازه ای مورد استفاده قرار می‌گیرد که چراغ‌ها نیز شامل این تغییرات و پیشرفت‌ها می‌شوند. در چراغ اتومبیل ها ابتدا لامپ‌های ساده مورد استفاده قرار می‌گرفتند اما رفته رفته شاهد ظهور چراغ‌های زنون، ال‌ای‌دی و لیزری هستیم، حال آنکه ساختار کلی چراغ‌ها نیز از بکارگیری الگوی ساده به سمت سامانه تغییر جهت دهنده با حرکت فرمان پیش رفته است، به گونه ای که در صورت چرخاندن فرمان به طرف راست، چراغ‌ها نیز به سمت راست و در صورت چرخاندن به طرف چپ، به این سمت می‌گردد. اما با ظهور جی‌پی‌اس و گسترش استفاده از این سامانه در اتومبیل ها، چراغ‌ها با استفاده از نقشه و پیش از چرخش به راست و چپ، به جهت مورد نظر گردش خواهند نمود. با استفاده از این توانایی رانندگان قادر خواهند بود تا پیش از چرخش، نقاط کور را که می‌تواند محلی برای قرار گرفتن عابرین یا اتومبیل های پارک شده باشند، مشاهده نمایند. فورد در حال اجرای آزمایشی چنین سامانه ای در اتومبیل های خود است.

اتومبیل های هیبریدی و برقی با دامنه‌ی حرکتی بالاتر. استفاده از داده‌های حاصل از سامانه جی‌پی‌اس در کنار مسیریابی و باتری باقی مانده در اتومبیل، می‌تواند جریان مصرف انرژی در اتومبیل های برقی یا هیبریدی را بسیار هوشمندانه مدیریت نماید. برای نمونه فکر کنید که با اتومبیل تویوتا پریوس هیبریدی خود در حال حرکت در اتوبان هستید، در صورتی که اتومبیل از پستی و بلندی یا ترافیک مسیر آگاه باشد، می‌توان تقسیم نیرو را به طور هوشمندانه انجام داد و در نتیجه در زمان سرنشینان نیز صرفه جویی نمود، به گونه ای که اتومبیل با آگاهی از امکان شارژ اتومبیل از راه ترمزگیری یا رسیدن به سرازیری به منظور شارژ، می‌تواند مسیر پیش رو را با سرعت بیشتری طی نماید.

استفاه از خدمات آسایشی. این روزها سرویس‌های زیادی وجود دارند که می‌توان با استفاده از آن‌ها نزدیک‌ترین رستوران، پمپ بنزین یا هر سرویس خدماتی را پیدا نمود، اما وظیفه‌ی تفکیک بهترین گزینه که در مسیر حرکت بوده و کاربر از آن عبور نکرده باشد، برعهده‌ی خود افراد است. با استفاده از جی‌پی‌اس و درک این موضوع که کاربر در چه راهی حرکت می‌کند، سامانه می‌تواند مناسب ترین گزینه را که شاید در فاصله‌ی نزدیک در مسیر مقصد باشد، معرفی نماید.

اپلیکیشن‌های گوشی هوشمند. در صورتی که اتومبیل به سامانه هوشمند مانند سامانه گوگل یا اپل مجهز باشد، می‌توان با استفاده از یک اپلیکیشن روی گوشی هوشمند، اتومبیل را استارت زده و تنظیمات دلخواه برای سامانه تهویه را اعمال نمود، با وجود سامانه جی‌پی‌اس امکان مسیریابی تا رسیدن به اتومبیل نیز وجود دارد که در محل‌های شلوغ مانند پارکینگ‌ مراکز خرید و استادیوم‌ها خیلی کاربردی است.

پارکینگ هوشمند با در اتومات. این روزها خیلی از پارکینگ‌ها در منازل و مجتع‌های مسکونی دارای دربهای اتومات هستند که ورود به آن‌ها مستلزم استفاده از ریموت یا در موارد پیشرفته استفاده از سامانه اتومبیل برای ارسال پیامی به منظور باز نمودن درب است، حال آنکه در صورت استفاده از جی‌پی‌اس، در صورتی که اتومبیل احساس نماید که در حال نزدیک شدن به در پارکینگ است، پیامی را به شکل اتومات برای باز شدن در ارسال نموده و در نتیجه بدون نیاز به اینکه توجه راننده متوجه باز نمودن اتومبیل از راه فشردن کلیدی باشد، در باز می‌شود.

منبع:1616