GPS چگونه کار می کند؟
(قسمت سوم و آخر)
دستگاه جی پی اس اطلاعات مورد نیاز خود را توسط امواج رادیویی فرکانس بالا و با توان کم دریافت می کند. بعضی جی پی اس ها چندین گیرنده دارند بنابراین می توانند در یک لحظه سیگنالهای چند ماهواره را دریافت کنند.همانطور که می دانید امواج رادیویی سرعتی معادل سرعت نور دارند. دستگاه جی پی اس با اندازه گرفتن مدت زمانی که مخابره پیغام طول کشیده می تواند بفهمد که سیگنال چه مسافتی را طی کرده تا پیغام دریافت شود.
در یک زمان معین٬ ماهواره ای پیغامی طولانی به نام عدد شبه تصادفی (Pseudo-random code) را مخابره می کند. دستگاه جی پی اس هم دقیقا در همين زمان شروع به دريافت اين امواج مي كند. هنگامی که سیگنال ماهواره به جی پی اس می رسد نسبت به زمانی که دستگاه این کار را شروع کرده مقداری تاخیر دارد. این تاخیر همان مقدار زمانی است که سیگنال در راه بوده. جی پی اس این زمان را در سرعت نور ضرب می کند تا مقدار فاصله طی شده توسط سیگنال ( و در حقیقت فاصله خود تا ماهواره) را بیابد.
برای انجام درست این محاسبات ساعت جی پی اس و ماهواره ها باید با یکدیگر یکی باشند. در اين صورت نه تنها باید روی همه ماهواره ها ساعت اتمی نصب نمود بلکه دستگاه های جی پی اس هم باید ساعت اتمی داشته باشند.حال آنکه قیمت این ساعتها بین50000 تا 100000 دلار است! (ديروز قيمت دلار حدود 875 تومان بود!) سیستم موقعیت یاب جهانی راه حلی زیرکانه و موثر برای این مشکل دارد. درست است که هر یک از ماهواره ها ساعت اتمی دارند ولی در عوض در دستگاه های گیرنده جی پی اس از یک ساعت کوارتز معمولی استفاده می شود که مرتبا در حال ریست شدن و تنظيم خودش است . جی پی اس سیگنالها را از چهار ماهواره ( یا بیشتر) دریافت کرده و با آن میزان خطای خود را اندازه می گیرد.
همانطور که گفته شد چنانچه شما فاصله خودتان را تا چهار ماهواره بدانید می توانید چهار کره رسم کنید که تنها در یک نقطه یکدیگر را قطع کنند.سه کره حتما یکدیگر را قطع می کنند حتی اگر مسافتها اشتباه اندازه گیری شده باشد اما در صورت اشتباه در مسافتها٬ چهار کره یک نقطه تلاقی پیدا نمی کنند.دستگاه جي پي اس مي تواند محاسباتی انجام دهد تا اين چهار کره تنها يک نقطه مشترک پيدا کنند. گيرنده مدام ساعت خود را ریست و تنظيم مي کند تا با ماهواره هماهنگ باشد. اين عمل مدام تکرار ميشود و باعث ميگرد که دقت ساعت آن بسيار به ساعت اتمی ماهواره نزديک شود.
جی پی اس باید مکان این ماهواره ها را هم بداند . البته این کار چندان سخت نیست زیرا این ماهواره ها در ارتفاع زیاد و مدار های مشخصی حرکت می کنند. دستگاه تنها از یک تقویم استفاده می کند که مکان ماهواره های جی پی اس را در هر زمانی مشخص می کند.
البته مشکلاتی هم هست. مثلا برخی عوامل مانند جاذبه خورشید و یا ماه اندکی بر روی مدارهای ماهواره ها تاثیر می گذارند. يا اينكه این سیستم فرض می کند که امواج رادیویی از جو زمین با سرعتی معادل سرعت نور عبور می کنند. ولی در حقیقت جو زمین سرعت امواج الکترو مغناطیسی را مقداری کند می کند مخصوصا هنگامی که امواج از لایه های یونسفر
(1) و تروپوسفر
(2) عبور می کنند.تاخير به وجود آمده بسته به اين که شما در کجاي زمين باشيد تغيير مي کند و اين امر خود باعث سخت تر شدن انجام محاسبات ميگردد.همچنين بعضی اشيا و ساختمان ها مانند آسمانخراشها مي توانند در يافتن فاصله اشکال ايجاد کنند. ضمنا گاهی ماهواره ها اطلاعات اشتباهی درباره تاريخ ارسال مي کنند که خود موجب خطا در يافتن محل آنها مي شود.Differential GPS يا DGPS روشيست براي حل کردن اين مشکل. در این روش يک ايستگاه ثابت واقع بر روي زمين ميزان خطا را محاسبه ميکند. از آنجایی که گيرنده موجود در ايستگاه موقعیت جغرافیایی خودش را ميداند ميتواند به سادگی ميزان خطا را اندازه بگيرد. ايستگاه با فرستادن اموج راديويي به جی پی اس های مجهز به DGPS ميزان خطا در آن منطقه را برای آنها مشخص مي کند. اين عمل باعث مي شود که گيرنده هاي DGPS بسيار دقيقتر از جی پی اس هاي معمولی عمل کنند.
دستگاه جی پی اس می تواند علاوه بر طول و عرض جغرافیایی٬ ارتفاع از سطح دریا را هم بیابد. این کار به کمک ماهواره چهارم امکان پذیر است. اکثر این دستگاه ها موقعیت جغرافیایی را بر روی نقشه ای که در حافظه دارند نشان می دهند.شما ميتوانيد از نقشه های موجود در داخل حافظه جي پي اس استفاده کنيد، آنها را از کامپيوتر به آن منتقل کنيد يا حتی نقشه منطقه مورد نظرتان را خريداری کنيد.
جی پی اس هاي جديد مي توانند علاوه بر دادن مختصات جغرافیایی بسياري از اطلاعات ديگر را هم به شما بدهند٬ از جمله:
مقدار مسافت طی شده (مسافت سنج)
مدت زماني که مسافرت شما طول کشيده
سرعت شما (سرعت سنج)
سرعت متوسط شما
علامتی که محل دقیقتان را بر روی نقشه نشان مي دهد
و اين که اگر با سرعت فعليتان پيش برويد بعد از چه مدتی به مقصد مي رسيد.
که البته براي مورد آخر شما بايد مختصات جغرافیایی مقصدتان را به دستگاه بدهيد.
خوب، بالاخره تمام شد. براي کسب اطلاعات بيشتر همون طور که قبلا گفته شد مي توانيد سری به سايت How stuff works بزنيد.
http://www.howstuffworks.com
موفق باشيد.
توضيحات----------
1) Ionosphere: (یون کره) قسمتی از جو زمین که از ارتفاع 70 الی 500 کیلومتری ادامه دارد. این لایه حاوی یون ها و الکترونهای آزاد است که موجب انکسار یا برگشت امواج الکترو مغناطيسى می گردد.
Glossary of Telecommunication Terms-Federal Standard 1037C
2)Troposphere: پایین ترین لایه جو زمین که در آن میزان تغییرات دما در اثر افزایش ارتفاع محسوس است. این لایه جایی است که ابرها در آن تشکیل می گردند و جریان های همرفتی گرما را منتقل می سازند٬ لایه ای از اتمسفر بین سطح زمین و لایه استراتوسفر که در آن دما با افزایش ارتفاع کاهش می یابد و حاوی حدود 80 درصد توده های هوایی است. اين لايه بين 10 تا 18 كيلومتر ضخامت دارد.
Glossary of Telecommunication Terms-Federal Standard 1037C
)