تبلیغات
تکنولوژی الکترونیک - هرآنچه که میخواهید درباره GPS بدانید (1) از (5)
سه شنبه 2 شهریور 1389  07:34 ق.ظ    ویرایش: دوشنبه 15 شهریور 1389 08:48 ب.ظ
نوع مطلب: متفرقه ،

هرآنچه که میخواهید درباره GPS بدانید

تاریخچه GPS   

  GPS  دارای تاریخچه 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 مختصری در مورد ناوبری(Navigation) بدانیم. 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.

   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 ؟

Global Positioning Systems(GPS )یعنی سیستم موقعیت یاب جهانی

 این سیستم تشكیل شده است از یك شبكه 24 ماهواره ای در مدار زمین كه توسط وزارت دفاع دولت آمریكا ساخته شده و پشتیبانی میشود.

هـدف اصـلی و اولـیـه از طـراحـی GPS ، اهـداف نـظامـی بـوده امـا از ســال 1980 به بـعــد بـرای اسـتـفاده های غــیر نـــــظامی نیز در دسترس قرار
گرفت.

GPS  در تمام شرایط بصورت 24 ساعت در شبانه روز و در تمام دنیا قابل استفاده می باشد . و هیچ گونه بهائی بابت این خدمات اخذ نمی شودGPSاطلاعات دقیقی از محل، و زمان را در سراسر دنیا در اختیار كاربرها قرار می‌دهد. سیستم GPS سیگنال‌هایی را ارسال می‌نماید كه توسط گیرنده‌های GPS دریافت می‌شود و موقعیت مكانی،‌ سرعت و زمان را در هر جای كره زمین در هر موقع از روز یا شب و در هر شرایط آب و هوایی محاسبه می‌نماید. سیستم مكان‌یاب جهانی یا GPS یك منبع ملی و مورد استفاده بین‌المللی برای یافتن موقعیت محل،‌ مسیریابی و زمان سنجی می‌باشد.

یک گیرنده GPS قادر به انجام چهار کار اساسی است : 

 

- موقعیت دقیق محل استقرار را محاسبه کند.

- موقعیت یک نقطه را از روی نقشه به حافظه آن وارد کرده و بعد توسط محاسبه موقعیت محل استقرار به آن نقطه هدایت کند.

- میتواند اطلاعات مربوط به هر نقطه را که گیرنده در آن حضور دارد به حافظه سپرده تا در صورتی که مراجعت از مکانی به آن نقاط مورد نظر باشد قادر به یافتن مسیر بازگشت باشد.

- با محاسبه مستمر موقعیت یک متحرک جهت حرکت متحرک را نسبت به شمال یافته و سرعت متوسط حرکت را محاسبه کرده و زمان رسیدن به مقصد مشخص شده را با توجه به سرعت بدست آمده تخمین میزند.  


گیرنده های GPS سیستمهایی غیرفعال هستند. یعنی سیستمهایی هستند که فقط اطلاعات را دریافت میکنند و اطلاعاتی ارسال نمیکنند. لذا از نقطه نظر نظامی مطلوب بوده چون دشمن از موقعیت گیرنده آگاه نمیشود. همچنین میتواند در هدایت نیروهای پیاده و واحدهای زرهپوش در بیابانهای بی عارضه و تعیین موقعیت دقیق موضع پرتاب موشکهای زمین به زمین کمک فوق العاده ای نماید.

گیرنده های GPS
در ابعاد متفاوت با وزنی کمتر از نیم کیلوگرم میتوانند با محاسبه پیوسته موقعیت جسم در حال حرکت سرعت جسم حامل گیرنده را تخمین زده ، حرکت او را بدست آورده و انحراف آن از شمال مغناطیسی را نمایش داده و در نهایت زمان رسیدن به مقصد مورد نظر را با بدست آوردن موقعیت و سرعت تخمینی ارائه نمایند.

غیرفعال بودن GPS سبب صرفه جویی زیاد در باطری شده و بسیاری از گیرنده های فوق را در برابر ضربه ، شوک ، آب و ... مقاوم میکند. برای اینکه گیرنده های GPS و ماهواره بتوانند همزمان کدهای مربوطه را تولید کنند در گیرنده و ماهواره ساعتهای دقیقی بکار رفته است. این سبب میگردد همواره GPS بتواند وقت دقیق محلی را نیز ارائه کرده و حتی ساعت طلوع و غروب خورشید را با استفاده از زمان و موقعیت گیرنده محاسبه و اعلام کند
.

گیرنده هایGPS
 از سه قسمت آنتن،RF و دیجیتال تشکیل شده است:  

آنتن

آنتن گیرنده های GPS
انواع مختلفی دارد اما آنتنهای GPS همگی دارای پلاریزاسیون دایروی هستند. در اینجا به چند آتن اشاره میشود:

-
آنتن تک قطبی یا دو قطبی: این آنتنها برای اینکه عملکرد خوبی داشته باشند احتیاج به یک صفحه زمین دارند و تک فرکانس هستند.

-
آنتن هلیکس چهار قطبی: این آنتن تک فرکانس است و نسبت به آنتنهای تک قطبی پیچیده تر بوده اما دارای گین بالاتر بوده و نیاز به صفحه زمین ندارد.

- آنتن میکرواستریپ: ساختمان ساده و کم حجمیدارد و برای کارهای هوایی مناسب است و میتواند در دو فرکانس کار کند ولی دارای گین کمی است.

-
آنتن هلیکس مخروطی
: میتواند در دو فرکانس کار کند و دارای گین بالایی است اما ابعاد آن بزرگ بوده و برای کارهای هوایی مناسب نیست زیرا اگر برای دریافت یسگنال ماهواره ای در افق به سمت آنها قرار گیرد قادر به پیدا کردن ماهواره های بالای سر نیست.

-
آنتنهای میکرواستریپ به سبب کوچکی میتوانند مستقیما به موازات آسمان نگه داشته شود و میتواند هر ماهوراه ای را که در بالای سر قرار داشته باشد پیدا کند. ماهواره ها باید حداقل 10 درجه در بالای سطح افق قرار داشته باشند تا با این آنتن ردیابی شوند. برای دریافت سیگنالهای ماهواره باید ماهواره ها درد دید باشند. هوای بارانی و برفی و طوفانی از رسیدن امواج جلوگیری نمیکنند اما موانعی همچون درختان ، صخره ها ، ساختمان بلند و نیز بودن گیرنده در داخل ساختمان ، اتومبیل و هواپیما و ... از رسیدن امواج جلوگیری میکند. لذا در صورت استفاده در یک متحرک مانند هواپیما به آنتن خارجی نیازمند هستیم. در اینصورت آنتن باید فعال باشد تا سیگنالها را قبل از انتقال از طریق کابل به گیرنده تقویت کند.

 

GPS چگونه كار می‌كند؟

سیستم موقعیت جهانی از سه بخش مجزا تشكیل شده است. اولین بخش سیستم شامل 24 ماهواره است كه در 20000 كیلومتری بالای زمین در مدار مدور 12 ساعته می‌چرخند. این بدین معنی‌ست كه هر ماهواره 12 ساعت برای چرخش كامل به دور زمین به كار برده می‌شود. به منظور كسب اطمینان از اینكه ماهواره‌ها قادر به ردیابی و تشخیص در هر نقطه از روی سطح زمین باشند، آنها به شش گروه چهارتایی تقسیم می‌شوند. هر گروه مسیر متفاوتی را برای را دراد. این امر باعث ایجاد صفحات مداری متفاوتی 6 گانه كه به طور كامل زمین را احاطه می‌كنند می‌شود. این ماهواره ها علائم رادیویی به زمین ارسال می‌دارند كه شامل اطلاعاتی دربارة زمین است. با استفادده از دریافت كننده زمینی GPS، این علائم دریافت و ارتفاع، طول جغرافیایی و عرض جغرافیایی (موقعیت جهانی) دریافت كننده را تعیین می‌كند. علائم رادیویی در 2 فركانس با باند كوتاه فرستاده می‌شود (L-bond) باند كوتاه به فركانس های بین 390 تا 1550 مگاهرتز (MHz) اشاره می كند. در هر علامت، توالی كدگذاری شده‌ای ارسال می‌شود. با مقایسة توالی دریافت شده با توالی اصلی، دانشمندان قادر به تعیین میزان مسافت طی شدة علامت از ماهواره به زمین هستند. 

تأخیر علامت در شناسایی و مطالعة لایه های جوی كه سطح زمین را احاطه كردند (یونوسفر و تروپوسفر) مفید هستند. علامت سومی نیز از ماهوراه به زمین ارسال می‌شود كه شامل داده‌هایی دربارة سلامت موقعیت ماهواره‌است.

دومین بخش سیستم GPS ایستگاه زمینی‌ست كه مانند وسائل مخابراتی ارسال كنندة داده ها به مركز داده‌ها، شامل یك دریافت كننده و آنتن است. آنتن تك جهته در هر محل، كه بیشتر شبیه به آنتی رادیویی یك ماشین عمل می‌كند، علائم ماهواره‌ای را جدا و بصورت جریانهای الكتریكی به محل دریافت كننده ارسال می‌كند. سپس دریافت كننده علائم را به كانالهای طراحی شده برای یك ماهوارة و فركانس خاص در زمانی خاص، جدا می كند. زمانیكه علائم تفكیك شده باشد،‌ دریافت كننده می‌تواند آنها را كدگذاری كرده و به فركانس های مجزا تبدیل كند. با این اطلاعات دریافت كننده موقعیت عمومی آنتن را تشخیص می‌دهد (طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و ارتفاع). بعد از آن، داده‌های جمع آوری شده توسط دریافت كننده می‌تواند مجدداً توسط دانشمندان فرآوری شده و چیزهای متفاوتی از آنها مانند سری موقعیت های دیگر مطابق با همان آنتن و با دقت میلی متری، بدست می‌آید.

سومین بخش سیستم، مركز داده ها است. نقش مركز داده ها دو جنبه دارد. این بخش هم ایستگاه‌های GPS جهانی را كنترل می‌كند و هم برای تحلیل و اصلاح داده ها از دریافت كننده آن ایستگاهها، از سیستمهای كامپیوتری خودكار استفاده می‌كند. با كار بر روی داده های خام و ایجاد دادة فرآوری شده دانشمندان جهان قادرند از آن برای كارهای متفاوت استفاده كنند. تا زمانیكه محل های GPS جهانی توسط مركز متفاوت در سراسر دنیا ساخته و اداره می شوند، مكانهای مركزی داده های متفاوت زیادی وجود دارد.

سیستم GPS شامل 3 بخش،‌ فضا، كنترل و كاربری می‌باشد : فضا، كاربر، كنترل( Space , User , Control )  سیستم GPS شامل 3 بخش،‌ فضا، كنترل و كاربری می‌باشد. بخش فضایی شامل آرایش ماهواره‌ها در فضا با (Constellation) می‌باشد. اولین سری این ماهواره‌ها در سال 1978 در مدار قرار داده شد. و در سال 1986 توسعه و تكمیل آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS به علت جلوگیری از خطرات ناشی از عدم مسیریابی انجام پذیرفت. در فوریه 1989 آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS با 24 یا تعداد بیشتری ماهواره در مدار كامل و فعال گردید. سیستم كنترل توسط ارتش آمریكا انجام می‌گیرد كه ردیابی و نگهداری آنها را در مدار كنترل می‌نماید.بخش كاربرها، شامل كاربرهای نظامی و شخصی هر دو می‌باشد. كاربرهای نظامی از سیستم GPS به عنوان، مسیریابی،‌ شناسایی، و سیستم هدایت موشكی استفاده می‌نمایند و كاربرهای شخصی هم می‌توانند همانند نظامی‌ها و براساس نیاز از این سیستم استفاده كنند. بخش فضایی( Space Segment )  ماهواره‌های GPS در حدود 900 kg وزن و 5 متر با نیل‌های خورشیدی طول دارند. عمر مفید این ماهواره‌ها برای5/7 سال طراحی شده است اما اغلب مدت زمان بیشتری در مدار مورد استفاده قرار می‌گیرند. پنل‌های خورشیدی نیروی اولیه را تهیه می‌نمایند و نیروی (تغذیه) ثانویه توسط باطری‌های Nicod تأمین می‌شود. در هر ماهواره چهار ساعت (Clock) اتمی فوق‌العاده دقیق نصب گردیده است. در سپتامبر 2001 تعداد ماهواره‌های مورد استفاده در مدار 27 عدد بوده است. مدارات ماهواره‌ها( Satellite orbits )  شامل 6 مدار با فاصله 60 درجه و در هر مدار 4 ماهواره وجود دارد و این امكان را فراهم می‌سازد كه با وجود اشكال و خرابی 2 ماهواره در هر مدار سیستم كار نرمال خود را انجام دهد. هر سطح مداری شیبی برابر با 55 درجه با سطح مدار استوایی دارد. ارتفاع زیاد مدار (km 20000) باعث ثابت ماندن ماهواره‌ها در مدارشان می‌شود. همچنین ارتفاع زیاد ماهواره باعث پوشش منطقه وسیعی در روی زمین می‌شود.ماهواره‌های GPS هر نقطه در روی زمین را 2 بار در روز پوشش می‌دهند (از هر نقطه در روی زمین دوبار در روز می‌گذرند).  بخش ماهواره ای سیستم از 21 ماهواره اصلی و 3 ماهواره یدکی واقع در مدار زمین تشکیل میشود. این ماهواره ها در 6 مدار جداگانه که با صفحه استوا زاویه 55 درجه میسازند قرار گرفته اند. مدار ماهواره ها بیضی شکل بوده و با سرعتی نزدیک 4.5 کیلومتر بر ثانیه در حرکت هستند. این ماهواره ها به سبب ارتفاع زیادشان در بخش بزرگی از زمین دیده میشوند. الکتریسیته مورد نیاز از دو صفحه متشکل از باطریهایی با سلولهای خورشیدی به سطح 7.2 متر مربع تامین میگردد

   


نظرات()  
Can you lose weight by doing yoga?
شنبه 18 شهریور 1396 11:47 ق.ظ
What's up, I log on to your new stuff regularly. Your writing style is awesome, keep it
up!
coherentscenery73.jimdo.com
چهارشنبه 18 مرداد 1396 04:08 ب.ظ
Terrific article! That is the type of information that are supposed
to be shared across the net. Disgrace on Google for not positioning this submit higher!

Come on over and seek advice from my website . Thank you
=)
manicure
یکشنبه 20 فروردین 1396 10:09 ب.ظ
Hello just wanted to give you a quick heads up.
The text in your article seem to be running off the screen in Safari.
I'm not sure if this is a format issue or something
to do with internet browser compatibility but I thought I'd post to let
you know. The layout look great though! Hope you get the problem solved soon. Kudos
BHW
جمعه 11 فروردین 1396 06:08 ب.ظ
Hi would you mind letting me know which web host you're using?
I've loaded your blog in 3 different web browsers and I
must say this blog loads a lot faster then most.
Can you recommend a good hosting provider at a honest price?

Many thanks, I appreciate it!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر

تکنولوژی الکترونیک

ElectronicTech for a better life