GPS - GIS

تاریخ:۱۳۹۳/۰۵/۲۹

 

GPS ( Global Positioning System)                            

 

 

یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره‌ای است که از شبکه‌ای با حداقل ۲۴ ماهواره تشکیل شده که البته 28 یا 32 ماهواره جی پی اس هم در فضا گزارش شده است.

 درارتفاع 20000 کیلومتری ازسطح زمین قراردارند ودر 6 مدار که هرمدار 4 ماهواره قرارداد وبا زاویه میل 55 درجه وپر یود ساعتی 12 ساعته درگردشند .

 این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شده‌اند. جی‌پی‌اس در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰

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 شبانه‌روز در دسترس است و استفاده از آن رایگان است.

علاوه بر جی‌پی‌اس، دو سیستم کمابیش مشابه دیگر نیز وجود دارد: سیستم گلوناس که دولت شوروی ساخته و اکنون به‌دست کشور روسیه اداره می‌شود و سیستم گالیله

که کشورهای اروپائی آن را برای وابسته نبودن به سیستم آمریکائی جی‌پی‌اس ساخته اند.

قطب نماهایی که با نیروی مغناطیسی زمین جهت یابی می‌‌کنند، به تدریج جای خود را به گیرنده‌های جی‌پی‌اس خواهند داد؛ جی‌پی‌اس، سامانه‌ای است که به کمک گروهی

از ماهواره‌ها جهت یابی می‌‌کند. ماهواره‌هایی که هرکدام در مدارهای خود به دور زمین در گردشند؛ این ماهواره‌ها با ایستگاه‌های ویژه‌ای بر روی زمین در تماس اند و

همواره موقعیت آن‌ها در فضا مشخص است.

دستگاه گیرندهٔ جی‌پی‌اس شما، با ارتباط با تعدادی از این ماهواره ها، فاصلهٔ شمارا تا آن‌ها تعین می‌‌کند و سپس موقعیت دقیق شما روی زمین بدست میاید .

در واقع اساس کار این سامانه، فرستادن سیگنال‌های رادیویی با فرکانس بالا و به طور پیوسته است که زمان و مکان ماهواره را نسبت به زمین مشخص می‌‌کند و یک گیرندهٔ

جی‌پی‌اس روی زمین، با گرفتن این اطلاعات از سه ماهواره یا بیشتر، آن‌ها را پردازش می‌‌کند و موقعیت کاربر را در هر نقطهٔ زمین، در هر ساعتی از شبانه روز و در

هر وضعیت آب و هوایی به اونشان می‌‌دهد.

با چندین اندازه گیری متعدد، گیرنده به محاسبهٔ سرعت، مدت زمان سفر، فاصلهٔ شما تا مقصد، مختصات جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا)،

زمان طلوع و غروب خورشید و ماه (در تقویم نجومی)، تعداد ماهواره ها، زمان محلی و ... می‌‌پردازد و آن را در اختیار کاربر قرار می‌‌دهد. به طور میانگین، هشت

ماهواره از 24 ماهواره، در اطراف هر نقطه از کرهٔ خاکی که باشید در آسمان گشت می‌‌زنند.

هرچه گیرندهٔ شما به ماهواره‌های بیشتری وصل شود، اطلاعات دقیق تری را برای شما محاسبه می‌‌کند.

 

 

                                                                   اجزای سه گانه یک سیستم GPS

 

 

یک سیستم GPS  داراي سه بخش است:


Space Segment  بخش فضايي
Control segment  بخش كنترل
User sement  بخش كاربردي

 

 

                                                                              بخش فضايي

 

 

 

اين بخش شامل 28  ماهواره است( 22 ماهواره فعال به اضافه 6 ماهواره جانشين). ارتفاع مدار اين

ماهواره ها از سطح زمين در حدود 12000 مايل مي باشد ، اين فاصله باعث مي شود که هر ماهواره بتواند

فضاي بيشتري راتحت پوشش قرار دهد به عنوان مثال ماهواره اي که در بالاي کشور کانادا قرار دارد

اگر زاويه ارتفاعي آن 10 تا 15 درجه باشد در کشور يونان نيز مي توان از اين ماهواره استفاده کرد.

نحوه قرار گيري ماهواره ها درمدارهايشان به گونه اي است که گيرنده GPS مي تواند در هر نقطه از

سطح زمين و در هر زماني حداقل با 4 ماهواره در ارتباط باشد سرعت اين ماهواره ها برابر 7000 مايل

بر ساعت است که به آنها اجازه مي دهد که در هر 12 ساعت يک با مدار خود به دور زمين را بپيمايند

يعني هر ماهواره در روز دو بار زمين را دور مي زند.

 

ماهواره ها الکتريسيته مورد نياز اين ماهواره از دو صفحه متشکل از باطري هاي خورشيدي به

مساحت 2/7 متر مربع تعيين مي شود. پانلهاي بزرگ و چرخهاي عکس العمل گشتاور به ثبات وضعيت ماهواره کمک مي کنند. در زمان گرفتگي خورشيد باطريهاي

نيکل – کادميم انرژي مورد نياز را در اختيار ماهواره قرار مي دهند.وزن هر يک از اين ماهواره ها 845 کيلو گرم است. ماهواره هاي GPS دو موج حامل  را در

فرکانسهاي يکسان، از بالا به صورت پيامها (سيگنالها ) ي موج بلند ( L ) مي فرستند که حاوي دو نوع کد C/A وP و يک پيغام ناوبري (که براي هر ماهواره فرق مي کند)

به شکل مدوله شده است.

قاعده کلي اين است که يک موج هر چه فرکانس بيشتري داشته باشد، دقت بهتري در اندازه گيري فاصله حاصل خواهد داشت. سيگنال هر دو کد P و C/A و سيگنال تنها کد

P را در بر مي گيرد

 

 

ماهواره هاي  GPS

 

ماهوارههاي GPS از دو راه شناسايي مي شوند:

 

الف)SVN (شماره وسيله فضايي)يا شماره NAVSTAR، که بر اساس زمان پرتاب تعيين شده است

 

ب )  PRN یا  SVID  (شاخص وسيله فضايي) ، که به ترتيب مداري و شبه تصادفی با آن قسمت خاص از کد P که به آن ماهواره اختصاص دارد، در ارتباط است

 

هنگام رديابي يک ماهواره، اطلاعات مداري کل ماهواره ها توسط آن ماهواره نيز معلوم مي شود. اين رشته از دانسته ها فاقد کد هستند تا استفاده کننده بتواند ارتفاع ماهواره

و موقعيت در زمان آني را به دست آورد.

همانطور که گفته شد ماهواره توسط SVN و PRN شناسايي مي شوند اين ماهواره ها بر اساس همين کدها به Block I و Block II تقسيم مي شوند

 

Block I

 

ماهواره هاي شماره 1 تا 11 که از سال 1978تا 1985 به فضا پرتاب شدند که به عنوان کلي Block I معرفي مي شوند. اين ماهواره ها همانطور که قبلا گفته شد در

مدار هاي خود در يک دوره 12 ساعته زمين را دور مي زنند بلوک 2 هم اين گونه است نحوه قرار گيري نيز براي هر دو گروه يکسان است فقط ماهواره هاي بلوک 2 با

يک انحراف زاويه اي 63 درجه اي نسبت به بلوک 1 قرار دارند .هر کدام از اين ماهواره ها حاوي يک ساعت اتمي سزيوم و دو ساعت راديوم مي باشد عمر مفيد اين

ماهواره ها 5 سال بوده است .

 

Block II

 

ماهواره هاي بلوک 2 که شامل سري هاي BLOCK II/IIA/IIR/IIR-M مي باشد

BLOCK II از svn 13 تا 21 هستند که از فبريه 1989 تا اکتبر 1990به فضا پرتاب شدند .انها به گونه اي طراحي شده بودند که مي توانستند 14 روز بدون ارتباط

با بخش کنترل کار خود را انجام دهند .

 BLOCK II  از svn 22 تا 42 سري دوم ماهواره هاي فعال هستند اين سيستم به گونه اي طراحي شده است که 180 روز بدون تماس با بخش کنترل مي تواند به کار

خود ادامه دهد در طي اين مدت خود مختاري مقدار خيلي کمي از دقت آن کاسته مي شود . اين سري ماهواره ها از نوامبر 1990 تا 1997 به فضا پرتاب شدند عمر مفيد

ماهواره هاي بلوک 2 و A2، 3/7 سال است هرکدام از انها 4 ساعت اتمي داشته اند که 2تا از آنها سزيوم و 2 ساعت ديگر راديوم بوده اند .

BLOCK IIR که از svn 41 تا 62 که از جولاي 1997 تا سپتامبر 2005 به فضا پرتاب شده اند اين بلوک به گونه اي طراحي شده است که براي 14 روز بدون تماس

با بخش کنترل و 180 روز به صورت اتوماتيک مي تواند پيامهاي نابري را به زمين ارسال کند عمر مفيد اين ماهواره ها 8/7 سال است و هر کدام 3 ساعت اتمي دارند

و قابليت SA و AS را نيز دارند .

 

 

                                                                                     بخش کنترل