هر آنچه که باید در مورد نحوه عملکرد جی پی اس GPS بدانید

جی پی اس چیست؟ فناوری GPS از زمان ایجاد آن در سال 1973 به طور قابل توجهی تکامل یافته است. امروزه، کاربران از 32 ماهواره اختصاصی که به دور زمین می چرخند بهره می برند. این ماهواره ها سیگنال هایی را به گیرنده ها و ایستگاه های پایه در سطح سیاره ارسال می کنند. این نحوه عملکرد سیستم های ماهواره ای ناوبری جهانی (GNSS) است. اما نحوه عملکرد ردیابی GPS کمی متفاوت است. در واقع، به فناوری دیجیتال پیچیده تری نیاز دارد، که یا در سیستم های ردیابی GPS تعبیه شده است یا از طریق برنامه های تلفن همراه قابل دسترسی است. در این مقاله، ما قصد داریم برخی از مواردی را که باید در مورد دستگاه GPS که موقعیت مکانی یک دارایی یا وسیله نقلیه را ردیابی می کند و روند نحوه عملکرد ردیاب خودرو را بررسی می کند، مرور کنیم.

جی پی اس GPS چیست؟

جی پی اس GPS به تعیین دقیق مکان یک شخص، وسیله نقلیه یا دارایی در زمان واقعی اشاره دارد. سیستم های ردیابی GPS شامل گیرنده های GPS، دستگاه های ردیابی و برنامه های کاربردی نرم افزاری است که جمع آوری، تجزیه و تحلیل و نمایش داده های ردیابی را تسهیل می کند.

سیستم GPS توسط دولت ایالات متحده توسعه یافته است. این شبکه‌ای از ماهواره‌ها است که به دور زمین می‌چرخند و سیگنال‌هایی را ارسال می‌کنند که حاوی اطلاعات دقیق زمان‌بندی و موقعیت‌یابی است. گیرنده‌های GPS تعبیه‌شده در تلفن‌های هوشمند یا دستگاه‌های ردیابی اختصاصی، سیگنال‌ها را از چندین ماهواره دریافت می‌کنند و از داده‌ها برای محاسبه مختصات جغرافیایی دقیق کاربر، از جمله طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و گاهی اوقات ارتفاع استفاده می‌کنند.

پلت فرم GPS داده های دریافتی را پردازش و تجزیه و تحلیل می کند و اطلاعات لحظه ای را در مورد مکان، سرعت و جهت دستگاه ردیابی می کند. کاربران می توانند از طریق برنامه های وب، موبایل یا دسکتاپ به این اطلاعات دسترسی داشته باشند و به آنها امکان می دهد حرکت یک فرد یا وسیله نقلیه را ردیابی کنند. ردیابی GPS در برنامه های کاربردی در طیف گسترده ای از صنایع و بخش ها از جمله مدیریت ناوگان، تدارکات، حمل و نقل، ایمنی شخصی، ردیابی دارایی، اجرای قانون و غیره استفاده می شود. مزایایی مانند بهبود بهره وری عملیاتی، افزایش امنیت، تخصیص بهتر منابع و داده های دقیق برای تصمیم گیری را ارائه می دهد.

 

معنی سیگنال GPS چیست؟

سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) توسط دانشمندان توسعه داده شد تا به کاربران دولتی و غیرنظامی اجازه دهد موقعیت های جغرافیایی خود را به درستی تشخیص دهند. این مبتنی بر استفاده از ماهواره های مدار زمین است که داده هایی را پخش می کند که اندازه گیری فاصله بین ماهواره ها و مشتری را امکان پذیر می کند.

هنگامی که سه یا چند پخش ماهواره ای دریافت می شود، ممکن است از یک نقشه برداری ساده برای تعیین مکان دقیق کاربر استفاده شود.

این ممکن است ساده به نظر برسد، و درک ایده های اساسی که زیربنای GPS هستند، دشوار نیست. با این حال، همانطور که اغلب اتفاق می‌افتد، رسیدن از مفهوم تا اجرا یک فرآیند طولانی است.

GPS حاضر بر اساس تحقیقات انجام شده توسط وزارت دفاع ایالات متحده در اوایل دهه 1970 است. این از چندین قطعه تشکیل شده است که تسلط بر فناوری مدرن و پیشرفته و ریاضیات را نشان می دهد. این عناصر حیاتی عبارتند از:

ماهواره ها

گیرنده ها

برنامه (تعیین موقعیت جغرافیایی دستگاه)

فرایند ارسال و دریافت سیگنال جی پی اس GPS

جی پی اس چیست؟ ماهواره ها به طور مداوم برنامه های رادیویی با فرکانس بالا را که توسط دستگاه های GPS تخصصی دریافت می شوند، مخابره می کنند. این سیگنال‌ها اطلاعاتی را در مورد مدارهای فعلی ماهواره‌ها و همچنین زمان ساعت‌های اتمی روی هواپیما ارائه می‌دهند.

هنگام محاسبه زمان ورود، تاخیر بین ارسال و دریافت در نظر گرفته می شود.

کاربران دستگاه‌های ردیابی و ناوبری می‌توانند با استفاده از سرویس اصلی جی‌پی‌اس، دقت 95 درصدی تقریباً 7 متر را در همه جا روی سطح زمین یا نزدیک به آن به دست آورند.

هر یک از 30 ماهواره در مدار، سیگنال‌های رادیویی را ارسال می‌کنند که به گیرندگان اجازه می‌دهد زمان و موقعیت خود را با ادغام داده‌های حداقل سه یا چند ماهواره شناسایی کنند تا به این درجه از دقت دقیق دست یابند.

ماهواره های GPS دارای ساعت های اتمی هستند که زمان بسیار دقیقی را ارائه می دهند. اطلاعات زمان در سیگنال های ارسالی ماهواره گنجانده می شود تا گیرنده بداند چه زمانی داده ارسال شده است.

سیگنال اطلاعاتی را که برای محاسبه مکان های ماهواره و انجام تنظیمات اضافی برای مکان دقیق نیاز دارند به گیرنده می دهد.

گیرنده فاصله را با محاسبه اختلاف زمانی بین دریافت سیگنال و زمان ارسال تعیین می کند.

تاخیر زمانی سیگنال و کاهش سرعت ناشی از استراتوسفر و تروپوسفر است که باید توسط گیرنده جبران شود.

با استفاده از داده‌های مربوط به فاصله بین سه ماهواره و موقعیت ماهواره در هنگام تحویل پیام، گیرنده می‌تواند موقعیت سه بعدی آن را محاسبه کند.

چگونه یک سیستم ردیابی GPS کار خود را انجام می دهد

در ابتدایی‌ترین سطح، GPS با موارد زیر کار می‌کند:

ماهواره ها سیگنال هایی را به سطح زمین ارسال می کنند.

ایستگاه های زمینی سیگنال ها را دریافت کرده و اطلاعات را به ایستگاه کنترل اصلی ارسال می کنند.

ایستگاه‌های کنترل اصلی تعیین می‌کنند که آیا ماهواره‌ها نیاز به تغییر موقعیت دارند یا خیر، و دستورالعمل‌های تغییر موقعیت را به آنتن‌های زمینی ارسال می‌کنند.

آنتن ها برای حفظ دقت دستورالعمل ها را به ماهواره ها ارسال می کنند.

گیرنده ها از سیگنال های ماهواره ای برای محاسبه مکان های سه بعدی استفاده می کنند.

سیستم های ردیابی GPS باید بیشتر از شناسایی مکان دستگاه انجام دهند. آنها باید به طور مداوم دستگاه را دنبال کنند تا داده های مکان فعلی و تاریخی را نشان دهند.

تراشه‌های GPS اصلی موجود در تلفن‌های همراه، تلفن‌های هوشمند و ردیاب‌های GPS مستقل می‌توانند از سه لایه برای محاسبه مکان‌های دقیق استفاده کنند. با این حال، ردیابی یک آیتم معمولاً به نرم افزار پیچیده ای نیاز دارد. ممکن است دستگاه شما بر اساس یک برنامه از پیش تعیین شده مکان خود را به نرم افزار پینگ کند. این نرم افزار از این اطلاعات برای ایجاد یک مسیر بلادرنگ استفاده می کند که حرکات دستگاه را نشان می دهد.

داده‌های تلفن همراه و GPS می‌توانند با هم کار کنند تا نقشه‌ای دقیق‌تر و دقیق‌تر ایجاد کنند. حتی اگر اتصال تلفن همراه خود را قطع کنید، دستگاه GPS می‌تواند هنگام اتصال مجدد، داده‌ها را به نرم‌افزار ارسال کند.

ماهواره جی پی اس چیست – بخش فضایی

ماهواره های GPS امواج رادیویی را به سطح زمین ارسال می کنند. هر ماهواره دارای یک سیگنال منحصر به فرد است که به ایستگاه ها و گیرنده های زمینی می گوید که در کجا قرار دارد و چه زمانی سیگنال ارسال شده است. این سیگنال ها توسط سه لایه برای محاسبه مکان های روی سطح استفاده می شوند.

از زمان شروع این برنامه در سال 1973، دولت ایالات متحده با موفقیت 76 ماهواره GPS را به مدار زمین فرستاد. با این حال، تنها 32 مورد از آن ماهواره ها هنوز در حال کار هستند و به دور سیاره می چرخند. وزارت دفاع قصد دارد به زودی 22 ماهواره دیگر را به فضا پرتاب کند، اما جدول زمانی برای زمان انجام این پرتاب ها منتشر نکرده است.

 

ماهواره های GPS چه چیزی را مخابره می کنند؟

جی پی اس چیست؟ ماهواره های GPS سیگنال های رادیویی رمزگذاری شده ای را ارسال می کنند که شامل چندین قطعه اطلاعات برای استفاده غیرنظامی (L2C) و نظامی (M-Code) است. سیگنال‌ها همچنین حاوی اطلاعاتی هستند که به ایستگاه‌های زمینی GPS کمک می‌کند تا ماهواره‌ها را برای دقت بهبودیافته تغییر مکان دهند.

برخی از مهم ترین بسته های داده ارسال شده توسط ماهواره های GPS عبارتند از:

هشداری که به ایستگاه‌ها و گیرنده‌های زمینی می‌گوید به اطلاعات ماهواره اعتماد نکنند، و این امکان را برای ایستگاه‌های زمینی فراهم می‌کند تا مشکلات عملیاتی را شناسایی کنند و بسته‌های داده ماهواره را در عرض ۱۲ ثانیه پس از خرابی نادیده بگیرند.
اطلاعات مکان اضافی برای کمک به اطمینان از دقت در سطح محلی.
زمان فعلی (هر ماهواره حاوی چندین ساعت اتمی برای اطمینان از دقت است).

اطلاعات زیادی در مورد سیگنال های نظامی منتشر نشده است، اما آنها دارای پارامترهای ضعیف تری هستند که به ارتش اجازه می دهد بسته های داده ای را که عملاً حاوی هر اطلاعاتی است که کاربران می خواهند وارد کنند، ارسال کند.

ایستگاه زمینی GPS چیست – بخش کنترل

ماهواره‌ها در فناوری‌های GPS نقشی اساسی دارند، اما نمی‌توانید بدون اشاره به بخش کنترل، درباره نحوه عملکرد ردیابی GPS صحبت کنید. بخش کنترل GPS متشکل از ایستگاه های زمینی و آنتن هایی است که با ماهواره ها ارتباط برقرار می کنند و تنظیمات مربوط به آنها را انجام می دهند. سیستم زمینی در حال حاضر شامل:

یک ایستگاه کنترل اصلی (MCS) واقع در پایگاه نیروی فضایی شریور در نزدیکی کلرادو اسپرینگز، کلرادو
MCS جایگزین واقع در پایگاه نیروی هوایی وندنبرگ در نزدیکی سانتا باربارا، کالیفرنیا
چهار آنتن اختصاصی زمینی در کیپ کاناورال، فلوریدا قرار دارند. دیگو گارسیا، قلمرو بریتانیایی اقیانوس هند؛ کواجالین آتول، جزایر مارشال؛ جزیره آسنشن در نزدیکی خط الراس میانی آتلانتیک
شش ایستگاه مانیتور اختصاصی واقع در انگلستان، آرژانتین، اکوادور، بحرین، استرالیا و واشنگتن دی سی

ایستگاه های مانیتور ماهواره های GPS را ردیابی می کنند و سیگنال هایی را برای جمع آوری داده های مربوط به آنها دریافت می کنند. داده ها به ایستگاه کنترل اصلی منتقل می شود، که اطلاعات ایستگاه های مانیتور را هماهنگ می کند، آزمایش های دقت را انجام می دهد و دستورالعمل های ناوبری را برای بهینه سازی صورت فلکی ماهواره ایجاد می کند. سپس ایستگاه کنترل اصلی دستورات خود را به یک آنتن زمینی ارسال می کند که دستورالعمل ها را به ماهواره ها ارسال می کند.

 

گیرنده GPS چیست – بخش کاربر

اکنون که می‌دانیم ماهواره‌ها و ایستگاه‌های زمینی چگونه در نحوه عملکرد ردیابی GPS نقش دارند، بیایید آخرین قطعه پازل را بررسی کنیم: گیرنده‌های GPS. بخش کاربر شامل طیف گسترده ای از گیرنده های GPS، از جمله دستگاه های نظامی، علمی و غیرنظامی است. این دستگاه ها حاوی تراشه هایی هستند که برای دریافت سیگنال از ماهواره های GPS طراحی شده اند. اگر تراشه بتواند به اطلاعات حداقل چهار ماهواره دسترسی داشته باشد، می تواند مکان آن را محاسبه کند.

دقت گیرنده های GPS بسته به تکنولوژی آنها متفاوت است. به عنوان مثال، یک گوشی هوشمند ممکن است فقط در فاصله 5 متری به شما دقت کند. یک گیرنده سطح بالا که در تحقیقات علمی و عملیات نظامی استفاده می شود می تواند دقت زیر میلی متری را ارائه دهد.

غیرنظامیان و مشاغل اغلب از گیرنده های GPS برای موارد زیر استفاده می کنند:

ناوگان خودروهای تجاری را مدیریت کنید
پیگیری بسته ها
موجودی های نمایندگی خودرو را مدیریت کنید
از عزیزان، به ویژه کودکان و افراد مسن که ممکن است گم شوند، محافظت کنید
مسیرهای رانندگی کارآمد را دریافت کنید
محافظت از دارایی ها در برابر سرقت

 

نحوه استفاده مشاغل از ردیابی دارایی GPS

ردیابی دارایی برای بسیاری از مشاغل ضروری شده است. بسیاری از GPS برای موارد زیر استفاده می کنند:

مکان های فعلی دارایی های گران قیمت را ببینید
ردیابی وسایل نقلیه شرکت و نظارت بر عادات رانندگی
هنگام جابجایی دارایی ها اعلان دریافت کنید
نظارت بر وسایل نقلیه برای موثرتر و کارآمدتر کردن مدیریت ناوگان

خانواده ها و افراد نیز از دستگاه های ردیابی GPS استفاده می کنند

جی پی اس چیست؟ دولت ایالات متحده در دهه 1980 به غیرنظامیان دسترسی به سیستم موقعیت یابی جهانی داد. از آن زمان، مردم راه های بی شماری برای بهره مندی از این فناوری پیدا کرده اند. افراد و خانواده ها اغلب از گیرنده های GPS برای موارد زیر استفاده می کنند:

ردیابی مکان های عزیزان، به ویژه کودکان و بزرگسالان
رفتار راننده نوجوان را زیر نظر بگیرید
برای جلوگیری از سرقت و آرامش خاطر، مکان های خودرو را مشاهده کنید
از دزدی اقلام ارزشمند توسط سارقان جلوگیری کنید
ایمنی را در هنگام پیاده روی، کمپینگ و مسافرت افزایش دهید

استفاده ناسا از GPS

جی پی اس چیست؟ ماموریت ناسا برای پیشروی در آینده در اکتشافات فضا، اکتشافات علمی و تحقیقات هوانوردی مستلزم توسعه و اجرای پیشگیرانه تعدادی از برنامه های کاربردی GPS برای ایجاد استقلال بیشتر فضاپیما و علوم فضایی پیشرفته تر و برنامه های کاربردی نظارت بر زمین است. برای انجام این کار، ناسا در کنار USAF برای ادامه بهبود قابلیت های GPS برای پشتیبانی از عملیات فضایی و کاربردهای علمی کار می کند.

ارتباطات فضایی

کاربران ناسا در مدار می توانند موقعیت و زمان خود را با استفاده از ردیابی کانال های ارتباطی از طریق شبکه فضای عمیق (DSN)، شبکه فضای نزدیک (NSN) یا با پردازش سیگنال های ناوبری رادیویی یک طرفه از سیستم های ماهواره ای ناوبری جهانی تعیین کنند. (GNSS)، مانند سیستم موقعیت یاب جهانی ایالات متحده (GPS). DSN همچنین قادر به پشتیبانی از ردیابی از مدار پایین زمین (LEO) از طریق حوزه های انتقال بین سیاره ای است. در حالی که مأموریت‌های ناسا عمدتاً از ردیابی کانال‌های ارتباطی توسط DSN و NSN برای تجزیه و تحلیل مسیر استفاده می‌کنند، مأموریت‌های فردی ممکن است از اندازه‌گیری‌های GPS به‌عنوان قابل مشاهده یا پشتیبان در مدار ژئوسنکرون (GEO – 36000 کیلومتر) استفاده کنند، زیرا GPS برای منبع موقعیت‌یابی پذیرفته می‌شود.

 

تعیین مدار و مسیر فضاپیما بوسیله GPS

جی پی اس چیست؟ به طور سنتی، ماموریت های فضایی مدار خود را با استفاده از ردیابی کانال های ارتباطی تعیین می کنند، که در آن یک مرکز دینامیک پرواز از اطلاعات موقعیت یابی از سیگنال های ارتباطی دو طرفه بین فضاپیما و ایستگاه زمینی یا ماهواره رله برای محاسبه مدار فضاپیما استفاده می کند. از طرف دیگر، مأموریت‌هایی که انتخاب می‌کنند از GPS برای تعیین موقعیت خود استفاده کنند، سیگنال‌های ناوبری رادیویی از ماهواره‌های GPS را دنبال می‌کنند و این سیگنال‌ها را برای تعیین موقعیت و زمان پردازش می‌کنند. این امر استقلال فضاپیما را افزایش می‌دهد، روش‌های جدید عملیات پرواز فضایی را امکان‌پذیر می‌کند و بار ایستگاه‌های ردیابی ناسا را ​​کاهش می‌دهد.