GPS چیست ؟ کارکرد جی پی اس به علاوه نکات جذاب

GPS مخفف کلمات Global Positioning System است که در فارسی سیستم موقعیت یاب جهانی نام گرفته است. جی پی اس، یک سیستم ایجاد شده از بیشتر از ۳۰ ماهواره جهت‌یابی است که به دور زمین می‌چرخند. آنها دائما در حال ارسال سیگنال به ما هستند، از همین رو می‌دانیم که کجا قرار دارند.

GPS در تلفن همراه شما به این سیگنال‌ها دسترسی دارد و فاصله شما را از ۴ ماهواره یا بیشتر محاسبه می‌کند، سپس مشخص می‌شود که شما کجای زمین قرار دارید.

تعریف بالا یک پاسخ کوتاه و جمع‌وجور به کاربرد و چیستی GPS است. در ادامه این این مقاله از مجله تکنولوژی ایده آل تک این مفهوم را بیشتر مورد بررسی قرار می‌دهیم.

جی پی اس (GPS) چیست؟

همانطور که می‌دانید، انسان‌ها در زمان قدیم برای پیدا کردن راهشان، از نگاه کردن به آسمان کمک می‌گرفتند. دریانوردان کهن و با تجربه قدیمی نیز، از صورت فلکی برای مشخص کردن موقعیت فعلی و همینطور جایی که قرار است بروند استفاده می‌کردند.

امروزه، همه چیزی که برای فهمیدن موقعیت مکانی فعلی‌مان در سراسر جهان نیاز داریم، یک جی پی اس ساده است! اما هنوز به اشیایی در ارتفاعات بلند آسمان نیاز داریم تا با کمک آنها موقعیت‌مان مشخص شود.

در مورد صورت فلکی بیشتر بدانید!
صورت فلکی به گروهی از ستارگان گفته می‌شود که به صورت فرضی و کاملا از دیدگاه زمینی دسته‌بندی و مانندسازی می‌شوند. در واقع این ستارگان و دسته‌بندی‌هایشان اصلا به هم نزدیک نیستند و ارتباطی با یکدیگر ندارند؛ اما از آن‌ها برای جهت‌یابی استفاده می‌شد.

gps چیست و به چه دردی می خورد ؟

اکنون به جای ستارگان، از ماهواره‌ها استفاده می‌شود. بیشتر از ۳۰ ماهواره در ارتفاع بلندی، زمین را احاطه کرده‌اند. این ماهواره‌ها به ما می‌گویند که دقیقا کجای زمین قرار گرفته‌ایم.

جی پی اس در واقع یک سیستم است که از ۳ بخش شامل ماهواره‌ها، ایستگاه‌های زمینی و گیرنده‌ها تشکیل شده است.

کاربرد جی پی اس

ماهواره‌ها مانند ستارگان در صورت‌های فلکی عمل می‌کنند و در واقع ما می‌دانیم که آنها در هر زمان مشخصی در کدام مکان مفروض قرار دارند. ایستگاه‌های زمینی از رادار استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که ماهواره‌ها دقیقا جایی هستند که ما می‌خواهیم و فکر می‌کنیم.

گیرنده‌ها، مانند همان چیزی که در تلفن همراه‌تان یا خودروتان قرار دارد، به طور مداوم به سیگنال‌هایی که از طرف ماهواره‌ها ارسال می‌شود گوش می‌دهند، نهایتا گیرنده فاصله خود را تا بعضی از آنها محاسبه می‌کند.

زمانی که گیرنده، فاصله خود را با چهار ماهواره یا بیشتر از آنها محاسبه کرد، می‌داند که دقیقا کجا قرار دارید. از کیلومترها فاصله زمین تا آسمان، موقعیت شما با سطح دقت باورنکردنی تعیین می‌شود. آنها معمولا موقعیت شما را چند متری موقعیت واقعی و دقیق‌تان مشخص می‌کنند. گیرنده‌های پیشرفته‌تر حتی این مقدار را به چند اینچ نیز کاهش می‌دهند!

مطمئنا اگر دریانوردان قدیمی، این سیستم را می‌دیدند مبهوت آن می‌شدند.

GPS چیست و چه کاربردی دارد

مروری بر تاریخچه سیستم موقعیت‌یاب جهانی

ریشه GPS به زمانی که در جنگ سرد اتحاد جماهیر شوروی ماهواره Sputnik I را راه‌اندازی کرد بر می‌گردد که بشارت یک مسابقه فضایی را می‌داد، آنچه که به عنوان روشی برای مطالعه زمین از فضا آغاز شد، به سرعت به یک تکنولوژی جهانی تبدیل شد و تقریبا همه کشورهای دنیا از آن استفاده می‌کردند.

 

در مورد جنگ سرد بیشتر بدانید!
جنگ سرد یا Cold War به دوره‌ای از رقابت و کشمکش ژئوپلیتیکی بین بلوک شرق که شامل اتحاد جماهیر شوروی و متحدانش و بلوک غرب که شامل ایالات متحده آمریکا و متحدانش می‌شد بعد از جنگ جهانی دوم رخ داد.
این جنگ از سال ۱۹۴۷ آغاز و تا ۱۹۹۱ که شوروی نابود شد ادامه داشت.

یکی از عمده‌ترین نقاط عطف، پایان Selective Availability یا SA در سال ۲۰۰۰ بود که به غیرنظامیان اجازه می‌داد به داده‌های دقیق‌تر از GPS دست یابند و این درها را برای پیشرفت این تکنولوژی باز کرد.

هایلایت‌های تاریخ GPS:

۱۹۵۰ تا ۱۹۶۹ میلادی:

  • ۱۹۵۷ — اتحاد جماهیر شوروی ماهواره Sputnik I را راه‌اندازی کرد.
  • ۱۹۵۹ — نیروی دریایی آمریکا، سیستم Transit را برای شروع رصد زیردریایی‌ها ساخت.
  • ۱۹۶۳ — سازمان Aerospace تحقیقات نظامی را تکمیل کرد که زمینه‌ساز سیستم GPS مدرن امروزی بود.

۱۹۷۰ تا ۱۹۸۹ میلادی:

  • ۱۹۷۴ — اولین ماهواره آزمایشی NAVSTAR توسط آمریکا راه‌اندازی شد.
  • ۱۹۷۸ — آمریکا به عنوان فاز اول برنامه GPSش، شروع به راه‌اندازی ۱۱ ماهواره آزمایشی کرد.
  • ۱۹۸۳ — بعد از سقوط خطوط پروازی ۰۰۷ کره، آمریکا اعلام کرد که GPS را برای غیرنظامیان نیز در جهت مسیریابی بهتر و افزایش امنیت ترافیک هوایی در دسترس قرار می‌دهد.
  • ۱۹۸۵ — دولت آمریکا با شرکت‌های خصوصی قراردادهایی مبنی بر ساخت گیرنده‌های قابل حمل GPS بست.
  • ۱۹۸۹ — Magellan، شرکت GPS، اولین دستگاه GPS دستی (قابل حمل) را با نام NAV 1000 ساخت و همچنین اولین ماهواره عملیاتی توسط نیروی هوایی آمریکا به عنوان برنامه Block II راه‌اندازی شد.

۱۹۹۰ تا ۱۹۹۹:

  • ۱۹۹۰ — به دلیل ترس از دستیابی دشمنان به مزایای نظامی GPS، وزارت دفاع آمریکا شروع به کاهش دقت GPS برای اهداف غیر نظامی کرد. این مورد با عنوان Selective Availability شناخته می‌شود.
  • ۱۹۹۱ — GPS در جنگ خلیج فارس با وجود عملکرد ناقص نقش مهمی را ایفا کرد.
  • ۱۹۹۵ — ارتش آمریکا از توانایی عملیاتی کامل (FOC) همه ۲۴ ماهواره GPS خبر داد.
  • ۱۹۹۸ — معاون وقت رئیس جمهور، ال‌گور، از برنامه خود برای فرستادن ۲ سیگنال اضافی برای استفاده غیر نظامیان و هواپیماها خبر داد.
  • ۱۹۹۹ — Benefon، سازنده تلفن‌های همراه، از اولین تلفن‌های GPS دار تجاری خود رونمایی کرد.

۲۰۰۰ تا ۲۰۱۹:

  • ۲۰۰۰ — آمریکا به Selective Availability پایان داد که به استفاده‌های تجاری بیشتر از GPS منجر می‌شد.
  • ۲۰۰۴ — شرکت کوالکام آمریکایی، با موفقیت یک تست را با کمک تکنولوژی جی پی اس روی تلفن همراه تکمیل کرد که اجازه می‌داد سیگنال‌های سلولی و GPS با یکدیگر ترکیب شوند و موقعیت دقیق‌تری ارئه شود.
  • ۲۰۰۵ — اولین ماهواره‌های Block IIR راه‌اندازی شدند که یک کانال اختصاصی GPS برای اهداف غیر نظامی ارائه می‌کرد.
  • ۲۰۱۰ — آمریکا ۱۲ ماهواره Block IIF را راه‌اندازی کرد که اولین ماهواره راه‌اندازی شده به عنوان بخشی از Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV) بود.
  • ۲۰۱۶ — آخرین ماهواره‌های Block IIF راه‌اندازی شدند که پایانی برای برنامه گسترده Block II (از ۱۹۸۶ تا ۲۰۱۶) بود.
  • ۲۰۱۸ — نیروی هوایی ایالات متحده، با موفقیت اولین ماهواره GPS III را راه‌اندازی کرد.
  • ۲۰۱۹ — دومین ماهواره GPS III از دماغه کاناورال روی یک فالکن ۹ از SpaceX راه‌اندازی شد.

اکنون (۲۰۲۰): نیروی فضایی آمریکا اعلام کرد با توجه به شیوع ویروس کرونا (COVID-19)، راه‌اندازی ماهواره GPS III-3 تاخیر خورده است.

جی پی اس چه کاربردهایی دارد؟

سیستم موقعیت‌یاب جهانی یک ابزار قدرتمند و قابل اعتماد برای کسب‌وکارها و سازمان‌های صنایع مختلف به حساب می‌آید. نقشه‌برداران، دانشمندان، خلبانان، ناخدایان کشتی‌ها و کارگران معدن و کشاورزان فقط بعضی از مردمی هستند که از GPS برای کارهای روزمره شغل خود استفاده می‌کنند.

جی پی اس چه کاربردهایی دارد؟

آن‌ها از اطلاعات جی پی اس برای آماده‌سازی دقیق نقشه، محاسبه زمان دقیق برای رفتن از یک مکان به مکان دیگر، رصد موقعیت و مسیریابی استفاده می‌کنند. GPS تقریبا در هر زمان و شرایط آب و هوایی به درستی کار می‌کند.

در اصل جی پی اس ۵ کاربرد اصلی دارد که شامل موارد زیر است:

  1. موقعیت‌یابی: تعیین موقعیت برای مثال فردی روی زمین
  2. مسیریابی: رفتن از یک مکان به مکانی دیگر از بهترین مسیر
  3. ردیابی: نظارت بر حرکت و موقعیت یک شی یا فرد
  4. نقشه‌کشی: ساخت نقشه جهان
  5. زمان‌بندی: محاسبه زمان دقیق برای یک مسیر

سرگرمی و سلامتی، دو مثال برای کاربرد سیستم موقعیت‌یاب جهانی هستند. مثلا این سیستم می‌تواند در بازی‌هایی همچون Pokémon Go و Geocaching گنجانده شود و یا نرم‌افزارها و ابزارهای پوشیدنی سلامتی می‌توانند چیزی مثل فواصل دویدن را با کمک GPS محاسبه کنند.

برای استفاده از کاربرد مسیریابی جی پی اس، می‌توانید مقاله بهترین برنامه‌های مسیریابی ایرانی و خارجی برای اندروید را مطالعه کنید.

سیستم موقعیت‌یاب جهانی چقدر دقیق است؟

دقت GPS به موارد مختلفی مانند تعداد ماهواره‌های در دسترس، یونوسفر، محیط شهری و … بستگی دارد.

سیستم موقعیت یاب جهانی چقدر دقیق است؟

چند عامل که می‌توانند مانع دقت جی پی اس شوند شامل:

  • موانع فیزیکی: زمان‌بندی می‌تواند توسط توده‌های بزرگی مانند کوه‌ها، ساختمان‌ها، درختان و … تحت تاثیر قرار بگیرد و اشتباهاتی در محاسبه به وجود بیاید.
  • اثرات جو: تاخیرات یونوسفری، توفان‌های سنگین و یا توفان‌های خورشیدی همگی می‌توانند به دقت سیستم لطمه بزنند.
  • افمریس: مدل مداری ماهواره‌ه می‌تواند اشتباه یا قدیمی باشند، البته این مورد دیگر نادر شده و اتفاق نمی‌افتد.
  • اشتباهات عددی: این عامل ممکن است به دلیل مختص نبودن سخت‌افزار برای انجام این محاسبات اختصاصی باشد.
  • تداخلات ساختگی: این عامل شامل دستگاه‌های پارازیت‌انداز GPS می‌شود.
دقت زمانی که در یک منطقه باز و بدون ساختمان‌های آسمان خراشی که سیگنال‌ها را مسدود می‌کنند باشید بالاتر است. هنگامی که یک دستگاه با ساختمان‌های بلند احاطه می‌شود، مانند منطقه یک تهران که مملو از ساختمان‌های بلند است، سیگنال‌های ماهواره ابتدا مسدود و سپس توسط ساختمان‌ها برگشت داده می‌شوند و در نهایت توسط گیرنده دریافت می‌شوند. این عمل ممکن است باعث اشتباه در محاسبه فاصله شود.

خوشبختانه بسیاری از مشکلات تکنولوژی GPS شناخته شده و در حال حل شدن هستند. گیرنده‌های با کیفیت بالا، دقت بهتر از ۲.۲ متری را در ۹۵% مواقع ارائه می‌کنند. همچنین در ۹۹% مواقع، دقت جی پی اس بهتر از ۳ متر است.

سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS)

GPS به عنوان یک سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) در نظر گرفته شده است که به معنی یک سیستم ناوبری ماهواره‌ای است که تمام جهان را تحت پوشش قرار می‌دهد.

در سال ۲۰۲۰، دو سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی کاملا عملیاتی وجود دارند که شامل GPS ایالات متحده (NAVSTAR) و سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی روسیه (GLONASS) می‌شوند.

جی پی اس NAVSTAR از ۳۲ ماهواره که متعلق به آمریکا است تشکیل شده که مشهورترین و پر استفاده‌ترین GPS در جهان شناخته می‌شود. GLONASS روسیه‌ای نیز از ۲۴ ماهواره عملیاتی با ۳ ماهواره در حال تست تشکیل شده است.

GPS چه کاربردی دارد
ماهواره‌های GLONASS، GPS و Galileo

دیگر کشورها نیز در حال تلاش برای دست‌یابی به چنین سیستم‌هایی برای خود هستند. برای مثال، اتحادیه اروپا در حال کار بر روی Galileo است که انتظار می‌رود تا پایان سال ۲۰۲۰ به صورت کامل عملیاتی می‌شود.

چین نیز در حال ساخت سیستم ناوبری ماهواره‌ای خود به اسم BeiDou است که برنامه‌ریزی شده تا پایان ماه می ۲۰۲۰ با ۳۵ ماهواره در مدار حاضر شود.

ژاپن و هند نیز در حال دستیابی به اهداف خود در ساخت سیستم‌های منطقه‌ای شده‌اند که سیستم ژاپنی‌ها سیستم ماهواره‌ای Quasi-Zenith یا به صورت مخفف QZSS نام دارد و هندی‌ها نیز سیستم ماهواره‌ای ناوبری منطقه‌ای هند یا به صورت مخفف IRNSS را مدیریت می‌کنند.

سوالات متداول در ارتباط با GPS

GPS چیست؟

جی پی اس یا GPS یک تکنولوژی است تا به کمک آن بتوانید موقعیت خود را در سرتاسر جهان با دقت بسیار بالا پیدا کنید.

GPS چگونه کار می‌کند؟

GPS برای کار کردن به سه دستگاه نیاز دارد که این دستگاه‌ها شامل: ماهواره‌ها، ایستگاه‌های زمینی و گیرنده می‌شود.
ماهواره‌ها در فضا مستقر شده‌اند و از ایستگاه‌های زمینی برای کنترل موقعیت آنها استفاده می‌شود. گیرنده‌ها نیز وظیفه محاسبه فاصله خود با چند ماهواره را دارند.
زمانی که گیرنده، فاصله خود را با چهار ماهواره یا بیشتر از آنها محاسبه کرد، می‌داند که دقیقا کجا قرار دارید. از کیلومترها فاصله زمین تا آسمان، موقعیت شما با سطح دقت باورنکردنی تعیین می‌شود. آنها معمولا موقعیت شما را چند متری موقعیت واقعی و دقیق‌تان مشخص می‌کنند. گیرنده‌های پیشرفته‌تر حتی این مقدار را به چند اینچ نیز کاهش می‌دهند!

GPS چقدر دقیق است؟

پاسخ به این سوال بستگی به کیفیت گیرنده شما دارد.
گیرنده‌های با کیفیت بالا، دقت بهتر از ۲.۲ متری را در ۹۵% مواقع ارائه می‌کنند. همچنین در ۹۹% مواقع، دقت جی پی اس بهتر از ۳ متر است.

آیا دقت و کیفیت GPS برای افراد نظامی و غیر نظامی متفاوت است؟

دامنه خطای کاربر (URE) سیگنال‌های GPS در فضا برای نظامیان و غیر نظامیان یکی است. با این حال، بیشتر دستگاه‌های افراد غیر نظامی از فقط یک فرکانس GPS استفاده می‌کنند که این برای گیرنده‌های نظامیان به دو سیگنال افزایش می‌یابد.

GPS چند ماهواره در فضا دارد؟

۲۷ ماهواره کاملا عملیاتی
آخرین تاریخ به‌روزرسانی: ۱۳ آبان ۱۳۹۹
(این ماهواره‌ها شامل ماهواره‌های از کار افتاده یا در حال تست و بررسی نمی‌شوند.)

چه کسی بودجه و هزینه GPS را تامین می‌کند؟

تمام بودجه GPS از سازمان مالیات ایالات متحده آمریکا و دولت تامین می‌شود.
همچنین وظیفه بودجه‌بندی جی‌پی‌اس بر عهده وزارت دفاع آمریکا است که علاوه بر آن، توسعه، حفظ و پیشرفت این سیستم نیز توسط همین سازمان انجام می‌شود.

آیا ممکن ایالات متحده آمریکا دوباره GPS را برای غیر نظامیان محدود کند؟

این سازوکار با نام Selective Availability شناخته می‌شود که طبق گفته آمریکا این اتفاق دیگر رخ نمی‌دهد و GPS برای همیشه در دسترس غیر نظامیان خواهد بود.

لینک کوتاه : https://idehaltech.com/?p=24050
ممکن است شما دوست داشته باشید

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.