مشترک شدن در اخبار GPS - مروری بر فناوری

تلفن های هوشمند مدت هاست که شماره گیر ساده نیستند. آنها فرصت های جدیدی را برای صاحبان خود باز کردند.

در وهله اول دسترسی کامل به اینترنت پرسرعت و ارتباط در شبکه های اجتماعی و پیام رسان های فوری است. اما موقعیت یابی GPS کمتر مورد تقاضا نیست، که اکنون به تفصیل در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

GPS چیست؟

GPS یک سیستم ناوبری است که مکان گوشی هوشمند را تعیین می کند، مسیرها را ایجاد می کند و به شما امکان می دهد شی مورد نظر را روی نقشه پیدا کنید.

تقریباً هر ابزار مدرن دارای یک ماژول GPS داخلی است. این یک آنتن است که روی سیگنال ماهواره موقعیت جغرافیایی GPS تنظیم شده است. در ابتدا در ایالات متحده برای اهداف نظامی توسعه یافت، اما بعدا سیگنال آن در دسترس همه قرار گرفت. ماژول GPS این گجت یک آنتن گیرنده با تقویت کننده است، اما نمی تواند سیگنالی را ارسال کند. تلفن هوشمند با دریافت سیگنال از ماهواره ها مختصات مکان خود را تعیین می کند.

تقریباً هر فرد مدرن حداقل یک بار از ناوبری GPS در تلفن هوشمند یا تبلت استفاده کرده است. نیاز به آن می تواند در هر زمان در میان افراد با مشاغل مختلف و انواع مشاغل ایجاد شود. برای رانندگان، پیک ها، شکارچیان، ماهیگیران و حتی عابران پیاده عادی که خود را در شهری ناآشنا می یابند ضروری است. به لطف چنین ناوبری، می توانید مکان خود را تعیین کنید، شی مورد نظر را روی نقشه پیدا کنید، یک مسیر بسازید، و اگر به اینترنت دسترسی دارید، از ترافیک جلوگیری کنید.

نقشه های آفلاین برای GPS

گوگل اپلیکیشن مخصوص موقعیت جغرافیایی را برای سیستم عامل اندروید خود توسعه داده است – Google Maps. به سرعت ماهواره ها را پیدا می کند، مسیرهایی را برای رسیدن به اشیاء ایجاد می کند و جایگزین هایی را ارائه می دهد. متأسفانه، اگر پوشش شبکه تلفن همراه وجود نداشته باشد، نقشه های گوگل کار نمی کند، زیرا نقشه های جغرافیایی از طریق اینترنت دانلود می شوند.

برای ناوبری آفلاین، بهترین راه دانلود برنامه هایی است که از نقشه های آفلاین پشتیبانی می کنند، مانند Maps.me، Navitel و 2GIS. همچنین می‌توانید برنامه Maps: Transportation and Navigation را برای Google Maps نصب کنید.

در این صورت، نیازی به صرف ترافیک اینترنت برای دانلود نقشه ها نخواهید داشت - صرف نظر از موقعیت مکانی، آنها همیشه در دستگاه شما خواهند بود. این امر به ویژه زمانی که در خارج از کشور هستید صادق است، زیرا هزینه رومینگ برای دسترسی به اینترنت بسیار بالا است.

چگونه GPS را در اندروید فعال کنیم؟

فعال سازی ماژول GPS در سیستم عامل اندروید به دو صورت امکان پذیر است:

• پرده بالا. صفحه نمایشگر را به سمت پایین بکشید و در منوی باز شده، روی دکمه «مکان»، «جغرافیای جغرافیایی» یا «داده جغرافیایی» (بسته به نسخه اندروید) کلیک کنید.
• در تنظیمات Android، آیتم های مشابه را پیدا کنید و چک باکس را به موقعیت "فعال" منتقل کنید.

در طول عملکرد فعال سیستم ناوبری تلفن هوشمند، شارژ باتری آن شروع به مصرف کاملاً فعال می کند، بنابراین ارزش مراقبت از منابع انرژی اضافی را دارد. به عنوان مثال، هنگام رانندگی باید از شارژر ماشین استفاده کنید، و هنگام سفر با دوچرخه یا پیاده روی -.

همچنین لازم به یادآوری است که دریافت قابل اعتماد سیگنال ماهواره ای در مناطق باز امکان پذیر است، بنابراین وقتی در یک اتاق یا تونل هستید، موقعیت جغرافیایی غیرممکن می شود. آب و هوای ابری نیز تأثیر دارد - به دلیل ابرها، جستجوی ماهواره ها بیشتر طول می کشد و مختصات آن را با دقت کمتری تعیین می کند.

در سال های نه چندان دور، GPS تنها سیستم موقعیت جغرافیایی بود، بنابراین در نسخه های اولیه اندروید فقط به آن اشاره می شد و دکمه فعال سازی سرویس به این نام خوانده می شد. از سال 2010 ، روسی کاملاً عملیاتی شده است و از سال 2012 -.

همانطور که اغلب در پروژه های با فناوری پیشرفته اتفاق می افتد، ارتش توسعه و اجرای سیستم GPS (سیستم موقعیت یاب جهانی) را آغاز کرد. پروژه یک شبکه ماهواره ای برای تعیین مختصات در زمان واقعی در هر نقطه از کره زمین Navstar (سیستم ناوبری با زمان بندی و محدوده - سیستم ناوبری برای تعیین زمان و برد) نامیده شد، در حالی که مخفف GPS بعداً ظاهر شد، زمانی که سیستم شروع به استفاده کرد. نه تنها در دفاع، بلکه برای اهداف غیرنظامی.

اولین گام ها برای استقرار یک شبکه ناوبری در اواسط دهه هفتاد برداشته شد و عملیات تجاری این سیستم به شکل فعلی آن در سال 1995 آغاز شد. در حال حاضر 28 ماهواره در حال فعالیت هستند که به طور مساوی در مدارهایی با ارتفاع 20350 کیلومتری توزیع شده اند (24 ماهواره برای عملکرد کامل کافی است).

با کمی نگاه کردن به آینده، می گویم که یک لحظه واقعاً کلیدی در تاریخ GPS تصمیم رئیس جمهور ایالات متحده برای لغو رژیم به اصطلاح دسترسی انتخابی (SA - دسترسی انتخابی) در 1 مه 2000 بود - خطایی که به طور مصنوعی معرفی شد. به سیگنال های ماهواره ای برای عملکرد نادرست گیرنده های GPS غیرنظامی. ترمینال آماتور از این پس می تواند مختصات را با دقت چند متر تعیین کند (قبلاً خطا ده ها متر بود)! شکل 1 خطاهای ناوبری را قبل و بعد از غیرفعال کردن حالت دسترسی انتخابی (داده) نشان می دهد.شکل 1.

بیایید سعی کنیم به طور کلی نحوه عملکرد سیستم موقعیت یابی جهانی را درک کنیم و سپس به تعدادی از جنبه های کاربر خواهیم پرداخت. بیایید بررسی خود را با اصل تعیین برد، که زیربنای عملکرد سیستم ناوبری فضایی است، شروع کنیم.

الگوریتم اندازه گیری فاصله نقطه رصد تا ماهواره.

محدوده بر اساس محاسبه فاصله از تأخیر زمانی انتشار سیگنال رادیویی از ماهواره به گیرنده است. اگر زمان انتشار یک سیگنال رادیویی را بدانید، مسیری که آن را طی می کند را می توان به سادگی با ضرب زمان در سرعت نور محاسبه کرد.

هر ماهواره GPS به طور مداوم امواج رادیویی با دو فرکانس تولید می کند - L1 = 1575.42 مگاهرتز و L2 = 1227.60 مگاهرتز. توان فرستنده به ترتیب 50 و 8 وات است. سیگنال ناوبری یک کد شبه تصادفی PRN (کد شبه تصادفی) با تغییر فاز است. دو نوع PRN وجود دارد: اولی، کد C/A (کد درشت اکتساب) در گیرنده های غیرنظامی، کد P دوم (کد دقیق) برای اهداف نظامی و همچنین گاهی اوقات برای حل مشکلات ژئودزی و کارتوگرافی استفاده می شود. . فرکانس L1 توسط هر دو C/A و P-code مدوله می شود، فرکانس L2 فقط برای انتقال P-code وجود دارد. علاوه بر موارد توصیف شده، یک کد Y نیز وجود دارد که یک کد P رمزگذاری شده است (در زمان جنگ، سیستم رمزگذاری ممکن است تغییر کند).

دوره تکرار کد بسیار طولانی است (به عنوان مثال، برای یک کد P 267 روز است). هر گیرنده GPS دارای ژنراتور مخصوص به خود است که در فرکانس یکسان کار می کند و سیگنال را مطابق قانون ژنراتور ماهواره ای تعدیل می کند. بنابراین، از زمان تأخیر بین بخش‌های یکسان کد دریافتی از ماهواره و تولید مستقل، می‌توان زمان انتشار سیگنال و در نتیجه فاصله تا ماهواره را محاسبه کرد.

یکی از مشکلات فنی اصلی روش شرح داده شده در بالا، همگام سازی ساعت ها در ماهواره و گیرنده است. حتی یک خطای کوچک با استانداردهای معمولی می تواند منجر به خطای بزرگی در تعیین فاصله شود. هر ماهواره ساعت‌های اتمی با دقت بالا را روی هواپیما حمل می‌کند. واضح است که نصب چنین چیزی در هر گیرنده غیرممکن است. بنابراین، برای تصحیح خطاها در تعیین مختصات به دلیل خطاهای موجود در ساعت تعبیه شده در گیرنده، از مقداری افزونگی در داده های لازم برای ارجاع جغرافیایی بدون ابهام استفاده می شود (در این مورد کمی بعداً بیشتر می شود).

علاوه بر خود سیگنال های ناوبری، ماهواره به طور مداوم انواع مختلفی از اطلاعات خدمات را ارسال می کند. گیرنده، برای مثال، ephemeris (داده های دقیق در مورد مدار ماهواره)، پیش بینی تاخیر در انتشار یک سیگنال رادیویی در یونوسفر (از آنجایی که سرعت نور با عبور از لایه های مختلف جو تغییر می کند) دریافت می کند. و همچنین اطلاعاتی در مورد عملکرد ماهواره (به اصطلاح "سالنامه" که هر 12.5 دقیقه اطلاعات مربوط به وضعیت و مدار همه ماهواره ها به روز می شود). این داده ها با سرعت 50 bps در فرکانس های L1 یا L2 منتقل می شوند.

اصول کلی تعیین مختصات با استفاده از GPS.

اساس ایده تعیین مختصات گیرنده GPS محاسبه فاصله از آن تا چندین ماهواره است که مکان آنها شناخته شده در نظر گرفته می شود (این داده ها در سالنامه دریافت شده از ماهواره موجود است). در ژئودزی به روش محاسبه موقعیت یک جسم با اندازه گیری فاصله آن از نقاطی با مختصات داده شده، تریلاتاسیون می گویند. شکل 2.

اگر فاصله A تا یک ماهواره مشخص باشد، نمی‌توان مختصات گیرنده را تعیین کرد (می‌توان آن را در هر نقطه‌ای از کره‌ای به شعاع A که در اطراف ماهواره توصیف شده است قرار داد). بگذارید فاصله B گیرنده از ماهواره دوم مشخص شود. در این مورد، تعیین مختصات نیز امکان پذیر نیست - جسم در جایی روی یک دایره قرار دارد (در شکل 2 به رنگ آبی نشان داده شده است)، که محل تلاقی دو کره است. فاصله C تا ماهواره سوم عدم قطعیت مختصات را به دو نقطه کاهش می دهد (که با دو نقطه آبی ضخیم در شکل 2 نشان داده شده است). این در حال حاضر برای تعیین دقیق مختصات کافی است - واقعیت این است که از دو نقطه احتمالی موقعیت گیرنده، فقط یکی در سطح زمین (یا در مجاورت آن) قرار دارد و دومی نادرست است. ، معلوم می شود که یا در اعماق زمین است یا در بالای سطح آن بسیار بلند است. بنابراین، از نظر تئوری، برای ناوبری سه بعدی کافی است فاصله گیرنده تا سه ماهواره را بدانید.

با این حال، در زندگی همه چیز به این سادگی نیست. ملاحظات فوق برای موردی صورت گرفت که فواصل نقطه رصد تا ماهواره ها با دقت مطلق مشخص باشد. البته، مهم نیست که مهندسان چقدر پیچیده باشند، همیشه خطاهایی رخ می دهد (حداقل از نظر هماهنگی نادرست ساعت گیرنده و ماهواره که در قسمت قبل نشان داده شد، وابستگی سرعت نور به وضعیت جو، و غیره.). بنابراین، برای تعیین مختصات سه بعدی گیرنده، نه سه، بلکه حداقل چهار ماهواره درگیر هستند.

گیرنده با دریافت سیگنال از چهار (یا بیشتر) ماهواره، به دنبال نقطه تقاطع کره های مربوطه می گردد. اگر چنین نقطه ای وجود نداشته باشد، پردازنده گیرنده شروع به تنظیم ساعت خود با استفاده از تقریب های متوالی می کند تا زمانی که به تقاطع همه کره ها در یک نقطه برسد.

لازم به ذکر است که دقت تعیین مختصات نه تنها با محاسبه دقیق فاصله گیرنده تا ماهواره ها، بلکه با بزرگی خطا در تعیین مکان خود ماهواره ها نیز مرتبط است. برای نظارت بر مدارها و مختصات ماهواره ها، چهار ایستگاه ردیابی زمینی، سیستم های ارتباطی و یک مرکز کنترل تحت کنترل وزارت دفاع آمریکا وجود دارد. ایستگاه های ردیاب به طور مداوم تمام ماهواره های موجود در سیستم را نظارت می کنند و داده های مربوط به مدار آنها را به مرکز کنترل منتقل می کنند، جایی که عناصر مسیر به روز شده و اصلاحات ساعت ماهواره محاسبه می شوند. پارامترهای مشخص شده وارد سالنامه می شوند و به ماهواره ها منتقل می شوند و آنها نیز به نوبه خود این اطلاعات را برای همه گیرنده های عامل ارسال می کنند.

علاوه بر موارد ذکر شده، سیستم های ویژه زیادی وجود دارد که دقت ناوبری را افزایش می دهند - به عنوان مثال، مدارهای پردازش سیگنال ویژه خطاهای ناشی از تداخل را کاهش می دهند (تعامل سیگنال مستقیم ماهواره با سیگنال منعکس شده، به عنوان مثال، از ساختمان ها) . ما به جزئیات عملکرد این دستگاه ها نمی پردازیم تا متن را بی جهت پیچیده نکنیم.

پس از لغو حالت دسترسی انتخابی که در بالا توضیح داده شد، گیرنده های غیرنظامی با خطای 3-5 متر "به زمین قفل می شوند" (ارتفاع با دقت حدود 10 متر تعیین می شود). ارقام داده شده مربوط به دریافت همزمان سیگنال از 6-8 ماهواره است (بیشتر دستگاه های مدرن دارای گیرنده 12 کانالی هستند که به شما امکان می دهد همزمان اطلاعات 12 ماهواره را پردازش کنید).

به اصطلاح حالت تصحیح دیفرانسیل (DGPS - Differential GPS) به شما امکان می دهد تا به طور کیفی خطا (تا چند سانتی متر) را در اندازه گیری مختصات کاهش دهید. حالت دیفرانسیل شامل استفاده از دو گیرنده است - یکی در نقطه ای با مختصات شناخته شده ثابت است و "پایه" نامیده می شود و دومی مانند قبل متحرک است. داده های دریافت شده توسط گیرنده پایه برای تصحیح اطلاعات جمع آوری شده توسط دستگاه تلفن همراه استفاده می شود. تصحیح را می توان هم در زمان واقعی و هم در حین پردازش داده های "آفلاین"، به عنوان مثال، در رایانه انجام داد.

به طور معمول، یک گیرنده حرفه ای متعلق به یک شرکت متخصص در ارائه خدمات ناوبری یا درگیر در زمین شناسی به عنوان پایه استفاده می شود. به عنوان مثال، در فوریه 1998، در نزدیکی سن پترزبورگ، شرکت NavGeoCom اولین ایستگاه زمینی GPS دیفرانسیل روسیه را نصب کرد. توان فرستنده ایستگاه 100 وات (فرکانس 298.5 کیلوهرتز) است که به شما امکان می دهد از DGPS تا فاصله 300 کیلومتری از ایستگاه از طریق دریا و تا 150 کیلومتری زمینی استفاده کنید. علاوه بر گیرنده های پایه زمینی، سیستم خدمات دیفرانسیل ماهواره ای OmniStar را می توان برای تصحیح دیفرانسیل داده های GPS استفاده کرد. داده های تصحیح از چندین ماهواره geostationary شرکت مخابره می شود.

لازم به ذکر است که مشتریان اصلی اصلاح دیفرانسیل خدمات ژئودتیک و توپوگرافی هستند - برای یک کاربر خصوصی، DGPS به دلیل هزینه بالا (بسته خدمات OmniStar در اروپا بیش از 1500 دلار در سال هزینه دارد) و حجیم بودن مورد توجه نیست. تجهیزات. و بعید است که شرایطی در زندگی روزمره ایجاد شود که شما باید مختصات جغرافیایی مطلق خود را با خطای 10-30 سانتی متر بدانید.

در پایان بخشی که در مورد جنبه های "تئوری" عملکرد GPS صحبت می کند، می گویم که روسیه در مورد ناوبری فضایی راه خود را رفته است و در حال توسعه سیستم GLONASS خود (سیستم ناوبری ماهواره ای جهانی) است. اما به دلیل عدم سرمایه گذاری مناسب، در حال حاضر تنها هفت ماهواره از بیست و چهار ماهواره مورد نیاز برای عملکرد عادی سیستم در مدار وجود دارد...

یادداشت های ذهنی مختصر از یک کاربر GPS.

اتفاقاً در سال 1997 از یک مجله در مورد امکان تعیین موقعیت مکانی خود با استفاده از یک دستگاه پوشیدنی به اندازه یک تلفن همراه مطلع شدم. با این حال، چشم اندازهای شگفت انگیزی که توسط نویسندگان مقاله ترسیم شده بود، با قیمت دستگاه ناوبری که در متن ذکر شده بود - تقریباً 400 دلار، بی رحمانه خرد شد!

یک سال و نیم بعد (در آگوست 1998)، سرنوشت مرا به یک فروشگاه ورزشی کوچک در شهر بوستون آمریکا آورد. تعجب و خوشحالی من را تصور کنید که در یکی از پنجره ها به طور تصادفی متوجه چندین ناوبر مختلف شدم که گران ترین آنها 250 دلار قیمت داشت (مدل های ساده با قیمت 99 دلار ارائه شد). البته، دیگر نمی‌توانستم فروشگاه را بدون دستگاه ترک کنم، بنابراین شروع به شکنجه فروشندگان در مورد ویژگی‌ها، مزایا و معایب هر مدل کردم. من هیچ چیز قابل فهمی از آنها نشنیدم (و اصلاً چون انگلیسی را خوب نمی دانم)، بنابراین مجبور شدم خودم آن را بفهمم. و در نتیجه، همانطور که اغلب اتفاق می افتد، پیشرفته ترین و گران ترین مدل - Garmin GPS II+، و همچنین یک کیف مخصوص برای آن و یک سیم برق از سوکت فندک ماشین خریداری شد. فروشگاه دو لوازم جانبی دیگر برای دستگاه من در حال حاضر داشت - یک دستگاه برای نصب ناوبر روی دسته دوچرخه و یک سیم برای اتصال به رایانه شخصی. من برای مدت طولانی با دومی بازی کردم، اما در نهایت به دلیل قیمت بالا (کمی بیش از 30 دلار) تصمیم گرفتم آن را نخرم. همانطور که بعداً مشخص شد ، من سیم را کاملاً درست خریداری نکردم ، زیرا کل تعامل دستگاه با رایانه به "محو شدن" مسیر طی شده در رایانه (و همچنین به نظر من مختصات در زمان واقعی) خلاصه می شود. ، اما شک و تردیدهای خاصی در این مورد وجود دارد) و حتی پس از آن منوط به خرید نرم افزار از گارمین است. متاسفانه هیچ گزینه ای برای بارگذاری نقشه ها در دستگاه وجود ندارد.

من شرح مفصلی از دستگاه خود ارائه نمی کنم، البته فقط به این دلیل که قبلاً تولید آن متوقف شده است (کسانی که مایلند با مشخصات فنی دقیق آشنا شوند، می توانند این کار را انجام دهند). فقط توجه می کنم که وزن ناوبر 255 گرم است، ابعاد 59x127x41 میلی متر است. به لطف سطح مقطع مثلثی آن، دستگاه روی میز یا داشبورد ماشین بسیار پایدار است (Velcro برای تناسب ایمن تر در آن گنجانده شده است). برق از چهار باتری AA (فقط برای 24 ساعت کار مداوم دوام می آورند) یا یک منبع خارجی تامین می شود. من سعی خواهم کرد در مورد قابلیت های اصلی دستگاه خود صحبت کنم که به نظر من اکثریت قریب به اتفاق ناوبرهای موجود در بازار را دارند.

در نگاه اول، GPS II+ را می توان با تلفن همراهی که چند سال پیش عرضه شد اشتباه گرفت. به محض اینکه به دقت نگاه می کنید، متوجه یک آنتن ضخیم غیرعادی، یک صفحه نمایش بزرگ (56x38 میلی متر!) و تعداد کمی کلید، طبق استانداردهای تلفن می شوید.

هنگامی که دستگاه را روشن می کنید، فرآیند جمع آوری اطلاعات از ماهواره ها آغاز می شود و یک انیمیشن ساده (یک کره در حال چرخش) روی صفحه ظاهر می شود. پس از شروع اولیه (که در یک مکان باز چند دقیقه طول می کشد)، یک نقشه ابتدایی از آسمان با تعداد ماهواره های قابل مشاهده روی صفحه نمایش ظاهر می شود و در کنار آن یک هیستوگرام وجود دارد که سطح سیگنال هر ماهواره را نشان می دهد. علاوه بر این، خطای ناوبری نشان داده شده است (بر حسب متر) - هر چه دستگاه ماهواره های بیشتری ببیند، البته مختصات دقیق تر خواهد بود.

رابط GPS II+ بر اساس اصل "چرخش" صفحات ساخته شده است (حتی یک دکمه PAGE ویژه برای این وجود دارد). "صفحه ماهواره ای" در بالا توضیح داده شد، و علاوه بر آن، یک "صفحه ناوبری"، "نقشه"، "صفحه بازگشت"، "صفحه منو" و تعدادی دیگر وجود دارد. لازم به ذکر است که دستگاه توصیف شده Russified نیست، اما حتی با دانش ضعیف انگلیسی می توانید عملکرد آن را درک کنید.

صفحه ناوبری: مختصات جغرافیایی مطلق، مسافت طی شده، سرعت آنی و متوسط، ارتفاع، زمان سفر و در بالای صفحه، یک قطب نما الکترونیکی را نمایش می دهد. باید گفت که ارتفاع با خطای بسیار بیشتر از دو مختصات افقی تعیین می شود (حتی در این مورد در دفترچه راهنمای کاربر نکته خاصی وجود دارد) که اجازه استفاده از GPS برای مثال تعیین ارتفاع توسط پاراگلایدر را نمی دهد. . اما سرعت لحظه ای بسیار دقیق محاسبه می شود (مخصوصاً برای اجسام سریع) که امکان استفاده از دستگاه را برای تعیین سرعت ماشین های برفی (که سرعت سنج های آنها به طور قابل توجهی دراز می کشند) امکان پذیر می کند. من می توانم به شما "توصیه بد" بدهم - وقتی ماشینی کرایه می کنید، سرعت سنج آن را خاموش کنید (به طوری که کیلومتر کمتری به حساب بیاید - از این گذشته، پرداخت اغلب متناسب با مسافت پیموده شده است) و سرعت و مسافت طی شده را با استفاده از GPS تعیین کنید ( خوشبختانه، می تواند هم بر حسب مایل و هم بر حسب کیلومتر اندازه گیری کند).

میانگین سرعت حرکت توسط یک الگوریتم تا حدودی عجیب تعیین می شود - زمان بیکاری (زمانی که سرعت آنی صفر است) در محاسبات در نظر گرفته نمی شود (منطقی تر، به نظر من، تقسیم مسافت طی شده بر کل زمان سفر، اما سازندگان GPS II+ با برخی ملاحظات دیگر هدایت شدند).

مسافت طی شده روی "نقشه" نمایش داده می شود (حافظه دستگاه 800 کیلومتر طول می کشد - با مسافت پیموده شده بیشتر، قدیمی ترین علائم به طور خودکار پاک می شوند)، بنابراین در صورت تمایل می توانید الگوی سرگردانی خود را مشاهده کنید. مقیاس نقشه از ده ها متر تا صدها کیلومتر متغیر است که بدون شک بسیار راحت است. نکته قابل توجه این است که حافظه دستگاه حاوی مختصات سکونتگاه های اصلی در سراسر جهان است! البته ایالات متحده آمریکا با جزئیات بیشتری ارائه شده است (به عنوان مثال، تمام مناطق بوستون روی نقشه با نام وجود دارد) نسبت به روسیه (موقعیت شهرهایی مانند مسکو، ترور، پودولسک و غیره در اینجا نشان داده شده است). برای مثال تصور کنید که از مسکو به سمت برست می روید. "Brest" را در حافظه ناوبر پیدا کنید، دکمه ویژه "GO TO" را فشار دهید و جهت محلی حرکت شما روی صفحه ظاهر می شود. جهت جهانی به برست؛ تعداد کیلومترها (البته در یک خط مستقیم) باقی مانده تا مقصد؛ میانگین سرعت و زمان تخمینی رسیدن. و بنابراین در هر کجای دنیا - حتی در جمهوری چک، حتی در استرالیا، حتی در تایلند...

به اصطلاح تابع بازگشت مفید نیست. حافظه دستگاه به شما این امکان را می دهد که تا 500 نقطه کلیدی (نقطه بین راه) را ثبت کنید. کاربر می تواند هر نقطه را بنا به صلاحدید خود نامگذاری کند (مثلاً DOM، DACHA و ...) و همچنین آیکون های مختلفی برای نمایش اطلاعات روی نمایشگر در نظر گرفته شده است. با روشن کردن عملکرد بازگشت به یک نقطه (هر یک از موارد از پیش ضبط شده)، صاحب ناوبر همان قابلیت هایی را دریافت می کند که در مورد Brest که در بالا توضیح داده شد (یعنی فاصله تا نقطه، زمان تخمینی رسیدن و همه چیز). دیگری). مثلا من همچین موردی داشتم. من و دوستم که با ماشین به پراگ رسیدیم و در هتل مستقر شدیم، به مرکز شهر رفتیم. ماشین را در پارکینگ رها کردیم و رفتیم سرگردان. پس از سه ساعت پیاده روی بی هدف و صرف شام در یک رستوران، متوجه شدیم که اصلاً هیچ خاطره ای از جایی که ماشین را گذاشته ایم، نداریم. بیرون شب است، در یکی از خیابان های کوچک یک شهر ناآشنا هستیم... خوشبختانه قبل از ترک ماشین، موقعیت آن را در ناوبری یادداشت کردم. حالا با فشردن چند دکمه روی دستگاه متوجه شدم که ماشین در 500 متری ما پارک شده است و بعد از 15 دقیقه در حال گوش دادن به موسیقی آرام در حالی که با ماشین به سمت هتل می رفتیم.

گارمین علاوه بر حرکت به یک علامت ثبت شده در یک خط مستقیم، که همیشه در شرایط شهر راحت نیست، عملکرد TrackBack را ارائه می دهد - بازگشت در مسیر خود. به طور تقریبی، منحنی حرکت با تعدادی بخش مستقیم تقریب زده می شود و علائم در نقاط شکست قرار می گیرند. در هر بخش مستقیم، ناوبر کاربر را به نزدیکترین علامت هدایت می کند و با رسیدن به آن، به طور خودکار به علامت بعدی سوئیچ می کند. یک عملکرد بسیار راحت هنگام رانندگی در یک منطقه ناآشنا (البته سیگنال ماهواره ها از ساختمان ها عبور نمی کند، بنابراین برای به دست آوردن داده های مختصات خود در شرایط متراکم، باید به دنبال یک کم و بیش باشید. مکان باز).

من بیشتر از این به شرح قابلیت های دستگاه نمی پردازم - باور کنید علاوه بر مواردی که توضیح داده شد ، ابزارهای دلپذیر و ضروری زیادی نیز دارد. فقط تغییر جهت نمایش ارزش آن را دارد - می توانید از دستگاه در هر دو موقعیت افقی (ماشین) و عمودی (عابر پیاده) استفاده کنید (شکل 3 را ببینید).

یکی از مزیت های اصلی جی پی اس برای کاربر را عدم پرداخت هزینه برای استفاده از سیستم می دانم. من یک بار دستگاه را خریدم و از آن لذت بردم!

نتیجه.

من فکر می کنم نیازی به فهرست کردن زمینه های کاربرد سیستم موقعیت یابی جهانی در نظر گرفته شده نیست. گیرنده های GPS در ماشین ها، تلفن های همراه و حتی ساعت ها تعبیه شده اند! اخیراً با پیامی در مورد توسعه تراشه ای برخورد کردم که یک گیرنده GPS مینیاتوری و یک ماژول GSM را ترکیب می کند - پیشنهاد شده است که قلاده سگ را با دستگاه های مبتنی بر آن تجهیز کنید تا صاحب آن بتواند به راحتی سگ گم شده را از طریق شبکه تلفن همراه پیدا کند. .

اما در هر بشکه عسل یک مگس در پماد است. در این مورد، قوانین روسیه نقش دومی را بازی می کند. من جزئیات حقوقی استفاده از ناوبرهای GPS در روسیه را مورد بحث قرار نمی دهم (چیزی در این مورد می توان یافت)، فقط به این نکته اشاره می کنم که از نظر تئوری دستگاه های ناوبری با دقت بالا (که بدون شک حتی گیرنده های GPS آماتور هستند) در کشور ما ممنوع است و صاحبان آنها با توقیف دستگاه و جریمه قابل توجهی مواجه خواهند شد.

خوشبختانه برای کاربران، در روسیه شدت قوانین با اختیاری بودن اجرای آنها جبران می شود - به عنوان مثال، تعداد زیادی لیموزین با آنتن گیرنده GPS روی درایو درب صندوق عقب در اطراف مسکو می زنند. همه کشتی‌های دریایی کم و بیش جدی مجهز به GPS هستند (و یک نسل کامل از قایق‌بازان در حال حاضر بزرگ شده‌اند که در یافتن مسیر خود با استفاده از قطب‌نما و سایر وسایل سنتی ناوبری مشکل دارند). امیدوارم مسئولین در چرخ پیشرفت تکنولوژی زبانه ای نگذارند و در آینده نزدیک استفاده از گیرنده های جی پی اس را در کشورمان قانونی کنند (مجوزهای تلفن همراه را لغو کرده اند) و به طبقه بندی و تکرار نقشه های دقیق زمین لازم برای استفاده کامل از سیستم های ناوبری خودرو.

GPS یک سیستم ناوبری ماهواره ای است که مسافت، زمان و مکان را تعیین می کند. به شما امکان می دهد مکان و سرعت اجرام را در هر نقطه از زمین (بدون احتساب مناطق قطبی)، تقریباً در هر آب و هوا و همچنین در فضای بیرونی نزدیک سیاره تعیین کنید. این سیستم توسط وزارت دفاع ایالات متحده توسعه، پیاده سازی و عملیاتی شده است.

مشخصات مختصر GPS

سیستم ناوبری ماهواره ای وزارت دفاع ایالات متحده GPS است که NAVSTAR نیز نامیده می شود. این سیستم از 24 تشکیل شده است ماهواره های زمین مصنوعی ناوبری (NES)، مجتمع فرمان - اندازه گیری زمینی و تجهیزات مصرفی. این یک سیستم ناوبری جهانی و با شرایط آب و هوایی است که تعیین مختصات اجسام را با دقت بالا در فضای سه بعدی نزدیک به زمین فراهم می کند. ماهواره های جی پی اس در شش مدار متوسط ​​به بالا (ارتفاع 20183 کیلومتر) قرار می گیرند و دوره مداری آنها 12 ساعت است.صفحه های مداری در فواصل 60 درجه و با زاویه 55 درجه به سمت استوا متمایل می شوند. در هر مدار 4 ماهواره وجود دارد. 18 ماهواره حداقل تعداد برای اطمینان از دید حداقل 4 ماهواره در هر نقطه از زمین است.

اصل اساسی استفاده از سیستم تعیین مکان با اندازه گیری فاصله تا یک جسم از نقاط با مختصات شناخته شده - ماهواره ها است. فاصله با زمان تأخیر انتشار سیگنال از ارسال آن توسط ماهواره تا دریافت آن توسط آنتن گیرنده GPS محاسبه می شود. یعنی برای تعیین مختصات سه بعدی، گیرنده GPS باید فاصله تا سه ماهواره و زمان سیستم GPS را بداند. بنابراین، سیگنال های حداقل چهار ماهواره برای تعیین مختصات و ارتفاع گیرنده استفاده می شود.

این سیستم برای ارائه مسیریابی هواپیماها و کشتی ها و تعیین زمان طراحی شده است با دقت بالا. می توان از آن در حالت ناوبری دو بعدی - تعیین دو بعدی پارامترهای ناوبری اجسام روی سطح زمین) و در حالت سه بعدی - سه بعدی (اندازه گیری پارامترهای ناوبری اجسام بالای سطح زمین) استفاده کرد. برای یافتن موقعیت سه بعدی یک جسم، لازم است پارامترهای ناوبری حداقل 4 NIS و برای ناوبری دو بعدی - حداقل 3 NIS اندازه گیری شود. GPS از روش شبه مسافت یاب برای تعیین موقعیت و از روش سرعت شبه شعاعی برای یافتن سرعت یک جسم استفاده می کند.

برای بهبود دقتنتایج تعیین با استفاده از فیلتر کالمن صاف می شوند. ماهواره های GPS سیگنال های ناوبری را در دو فرکانس انتقال می دهند: F1 = 1575.42 و F2 = 1227.60 مگاهرتز. حالت تابش: پیوسته با مدولاسیون شبه نویز. سیگنال های ناوبری یک کد C/A عمومی (دوره و اکتساب) هستند که فقط در فرکانس F1 ارسال می شوند و یک کد P محافظت شده (کد دقیق) که در فرکانس های F1 و F2 منتشر می شوند.

در GPS، هر NIS کد C/A و کد P منحصر به فرد خود را دارد. به این نوع جداسازی سیگنال ماهواره ای، جداسازی کد می گویند. این به تجهیزات روی برد اجازه می‌دهد تشخیص دهند که سیگنال متعلق به کدام ماهواره است، زمانی که سیگنال‌ها با فرکانس یکسانی ارسال می‌کنند. - در دسترس عموم. سطح خدمات PPS به ارتش و خدمات فدرال ایالات متحده ارائه می شود و SPS به مصرف کنندگان غیرنظامی انبوه ارائه می شود. ماهواره علاوه بر سیگنال های ناوبری، مرتباً پیام هایی را ارسال می کند که حاوی اطلاعاتی در مورد وضعیت ماهواره، زودگذر آن، سیستم است. زمان، پیش‌بینی تاخیر یونوسفر و شاخص‌های عملکرد. تجهیزات GPS داخلی از یک آنتن و یک نشانگر گیرنده تشکیل شده است. PI شامل یک گیرنده، یک کامپیوتر، واحدهای حافظه، دستگاه های کنترل و نمایشگر است. بلوک های حافظه داده ها، برنامه های لازم برای حل مشکلات و کنترل عملکرد نشانگر گیرنده را ذخیره می کنند. بسته به هدف، دو نوع تجهیزات سواری استفاده می شود: ویژه و برای مصرف کننده انبوه، تجهیزات ویژه برای تعیین پارامترهای سینماتیکی موشک ها، هواپیماهای نظامی، کشتی ها و شناورهای ویژه طراحی شده است. هنگام یافتن پارامترهای شی، از کدهای P و C/A استفاده می کند. این تجهیزات تقریباً به طور مداوم تعیین می کند دقت: مکان شی— 5+7 متر، سرعت — 0.05+0.15 متر بر ثانیه، زمان — 5+15 ثانیه

کاربردهای اصلی سیستم ماهواره ای ناوبری GPS:

• ژئودزی: با استفاده از GPS مختصات دقیق نقاط و مرزهای زمین مشخص می شود
• کارتوگرافی: GPS در نقشه کشی غیر نظامی و نظامی استفاده می شود
• ناوبری: GPS برای ناوبری دریایی و جاده ای استفاده می شود
• نظارت ماهواره ای بر حمل و نقل: با استفاده از GPS موقعیت و سرعت وسایل نقلیه کنترل می شود و حرکت آنها کنترل می شود.
• تلفن همراه: اولین تلفن های همراه با GPS در دهه 90 ظاهر شدند. در برخی از کشورها، مانند ایالات متحده، از این برای تعیین سریع موقعیت مکانی فردی که با 911 تماس می گیرد استفاده می شود.
• تکتونیک، تکتونیک صفحه: استفاده از GPS برای مشاهده حرکات و ارتعاشات صفحات
• تفریح ​​فعال: بازی های مختلفی وجود دارد که از GPS استفاده می کنند، به عنوان مثال Geocaching و غیره.
• برچسب‌گذاری جغرافیایی: اطلاعاتی مانند عکس‌ها به لطف گیرنده‌های GPS داخلی یا خارجی به مختصات «پیوند» می‌شوند.

تعیین مختصات مصرف کننده

تعیین موقعیت بر اساس فواصل تا ماهواره ها

مختصات مکان بر اساس فواصل اندازه گیری شده تا ماهواره ها محاسبه می شود. چهار اندازه گیری برای تعیین محل مورد نیاز است. اگر بتوانید راه حل های غیرقابل قبول را با وسایل موجود دیگر حذف کنید، سه بعد کافی است. اندازه گیری دیگری به دلایل فنی مورد نیاز است.

اندازه گیری فاصله تا ماهواره

فاصله تا ماهواره با اندازه گیری مدت زمانی که طول می کشد تا سیگنال رادیویی از ماهواره به ما برسد تعیین می شود. هم ماهواره و هم گیرنده کد شبه تصادفی یکسانی را دقیقاً به طور همزمان در یک مقیاس زمانی مشترک تولید می کنند. بیایید با مقایسه تاخیر کد شبه تصادفی آن نسبت به کد گیرنده مشخص کنیم که سیگنال ماهواره چقدر طول کشید تا به ما برسد.

اطمینان از زمان بندی کامل

زمان‌بندی دقیق کلید اندازه‌گیری فاصله تا ماهواره است. ماهواره‌ها از نظر زمان دقیق هستند زیرا ساعت‌های اتمی روی آن‌ها وجود دارد. ساعت گیرنده ممکن است کامل نباشد، زیرا رانش آن را می توان با استفاده از محاسبات مثلثاتی حذف کرد. برای به دست آوردن این فرصت، اندازه گیری فاصله تا ماهواره چهارم ضروری است. نیاز به چهار اندازه گیری توسط طراحی گیرنده تعیین می شود.

تعیین موقعیت ماهواره در فضای بیرونی

برای محاسبه مختصات خود، باید هم فواصل ماهواره ها و هم مکان هر کدام را در فضای بیرونی بدانیم. ماهواره های جی پی اس به قدری بالا حرکت می کنند که مدار آنها بسیار پایدار است و می توان با دقت زیادی آن را پیش بینی کرد. ایستگاه های ردیابی دائماً تغییرات کوچک در مدارها را اندازه گیری می کنند و داده های مربوط به این تغییرات از ماهواره ها مخابره می شود.

تاخیر سیگنال یونوسفر و اتمسفر.

برای به حداقل رساندن خطا از دو روش می توان استفاده کرد. ابتدا، می‌توانیم پیش‌بینی کنیم که تغییر معمولی در سرعت در یک روز معمولی، در شرایط متوسط ​​یونوسفر چقدر خواهد بود، و سپس یک تصحیح را برای همه اندازه‌گیری‌هایمان اعمال کنیم. اما، متأسفانه، هر روز عادی نیست. روش دیگر مقایسه سرعت انتشار دو سیگنال با فرکانس های حامل متفاوت است. اگر زمان انتشار دو جزء فرکانس متفاوت سیگنال GPS را با هم مقایسه کنیم، می توانیم بفهمیم که چه نوع کندی رخ داده است. این روش تصحیح کاملاً پیچیده است و فقط در پیشرفته ترین گیرنده های GPS به اصطلاح "دو فرکانس" استفاده می شود.

چند مسیره.

نوع دیگری از خطا، خطاهای "چند مسیری" است. آنها زمانی اتفاق می‌افتند که سیگنال‌های ارسال شده از ماهواره قبل از رسیدن به گیرنده، مکرراً از اشیاء و سطوح اطراف منعکس می‌شوند.

عامل هندسی کاهش دقت

گیرنده‌های خوب مجهز به روش‌های محاسباتی هستند که موقعیت‌های نسبی همه ماهواره‌های قابل مشاهده را تحلیل می‌کنند و چهار نامزد را از بین آنها انتخاب می‌کنند. بهترین موقعیت چهار ماهواره

نتیجه دقت GPS.

خطای GPS حاصل از مجموع خطاهای منابع مختلف تعیین می شود. سهم هر یک بسته به شرایط جوی و کیفیت تجهیزات متفاوت است. علاوه بر این، در نتیجه نصب به اصطلاح حالت S/A (Selective Availability) بر روی ماهواره های GPS، می توان دقت را به عمد توسط وزارت دفاع ایالات متحده کاهش داد. این حالت برای جلوگیری از به دست آوردن مزیت تاکتیکی دشمن در موقعیت یابی GPS طراحی شده است. وقتی و اگر این حالت تنظیم شود، مهم ترین مؤلفه کل خطای GPS را ایجاد می کند.

نتیجه:

دقت اندازه گیری هااستفاده از GPS به طراحی و کلاس گیرنده، تعداد و مکان ماهواره ها (در زمان واقعی)، وضعیت یونوسفر و جو زمین (ابرهای سنگین و غیره)، وجود تداخل و عوامل دیگر بستگی دارد. دستگاه‌های جی‌پی‌اس خانگی، برای کاربران غیرنظامی، دارای خطای اندازه‌گیری در محدوده 3-5 تا 50 ± متر و بیشتر هستند (به طور متوسط، دقت واقعی، با حداقل تداخل، در صورت مدل‌های جدید، 15-5 ± متر است. در طرح). حداکثر دقت ممکن به +/- 2-3 متر افقی می رسد. ارتفاع - از ± 10-50 متر تا ± 100-150 متر. اگر فشارسنج دیجیتال را در نزدیکترین نقطه با یک ارتفاع دقیق مشخص (مثلاً از یک اطلس معمولی) در یک زمین صاف یا با فشار اتمسفر شناخته شده (اگر هنگام آب و هوا خیلی سریع تغییر نکند) ارتفاع سنج دقیق تر خواهد بود. تغییر می کند). متر با دقت بالا "کلاس ژئودتیک" - دقیق تر از دو تا سه مرتبه قدر (تا یک سانتی متر، در پلان و ارتفاع). دقت واقعی اندازه گیری ها توسط عوامل مختلفی تعیین می شود، به عنوان مثال، فاصله از نزدیکترین ایستگاه پایه (تصحیح) در منطقه خدمات سیستم، تعدد (تعداد اندازه گیری های مکرر / تجمع در یک نقطه)، کنترل کیفیت مناسب کار، سطح آموزش و تجربه عملی متخصص. چنین تجهیزاتی با دقت بالا فقط توسط سازمان های تخصصی، خدمات ویژه و ارتش قابل استفاده است.

برای بهبود دقت ناوبریتوصیه می شود از گیرنده GPS در یک فضای باز (بدون ساختمان یا درختان آویزان در نزدیکی) با زمین نسبتاً مسطح استفاده کنید و یک آنتن خارجی اضافی را وصل کنید. برای اهداف بازاریابی، چنین دستگاه‌هایی با «اعتماد و دقت مضاعف» (اشاره به دو سیستم ماهواره‌ای Glonass و Gypies که به طور همزمان استفاده می‌شوند) اعتبار دارند، اما بهبود واقعی در پارامترها (افزایش دقت تعیین مختصات) می‌تواند تنها تا چند ده درصد . فقط کاهش قابل توجهی در زمان شروع گرم-گرم و مدت زمان اندازه گیری امکان پذیر است

کیفیت اندازه گیری های GPS بدتر می شود اگر ماهواره ها در آسمان در یک پرتو متراکم یا در یک خط و "دور" - نزدیک افق قرار گیرند (همه اینها "هندسه بد" نامیده می شود) و تداخل سیگنال (ساختمان های مرتفع) وجود دارد. مسدود کردن سیگنال، درختان، کوه های شیب دار در نزدیکی، بازتاب سیگنال). در سمت روز زمین (در حال حاضر توسط خورشید روشن می شود) - پس از عبور از پلاسمای یونوسفر، سیگنال های رادیویی ضعیف شده و مرتبه ای از قدر قوی تر از سمت شب تحریف می شوند. در هنگام طوفان ژئومغناطیسی، پس از شعله های قوی خورشیدی، وقفه و وقفه طولانی در عملکرد تجهیزات ناوبری ماهواره ای امکان پذیر است.

دقت واقعی GPS به نوع گیرنده GPS و ویژگی های جمع آوری و پردازش داده ها بستگی دارد. هرچه تعداد کانال ها (حداقل 8) در ناوبر بیشتر باشد، پارامترهای صحیح با دقت و سرعت بیشتری تعیین می شوند. هنگام دریافت "داده های سرور موقعیت مکانی A-GPS کمکی" از طریق اینترنت (از طریق انتقال داده های بسته، در تلفن ها و تلفن های هوشمند)، سرعت تعیین مختصات و مکان روی نقشه افزایش می یابد.

WAAS (سیستم تقویت منطقه گسترده، در قاره آمریکا) و EGNOS (خدمات روکش ناوبری زمین ثابت اروپا، در اروپا) - زیرسیستم های دیفرانسیل که از طریق زمین ثابت (در ارتفاعات از 36 هزار کیلومتر در عرض های جغرافیایی پایین تا 40 هزار کیلومتر بالاتر از عرض های جغرافیایی متوسط ​​و بالا) منتقل می شوند. ماهواره ها اطلاعات را به گیرنده های GPS تصحیح می کنند (اصلاحات معرفی شده اند). آنها می توانند کیفیت موقعیت یابی یک مریخ نورد (میدان، گیرنده سیار) را در صورتی که ایستگاه های تصحیح پایه زمینی (گیرنده های سیگنال مرجع ثابت که قبلاً دارای مرجع مختصات با دقت بالا هستند) در نزدیکی آن قرار گرفته و کار کنند، بهبود بخشند. در این حالت گیرنده های میدانی و پایه باید به طور همزمان ماهواره های همنام را ردیابی کنند.

برای افزایش سرعت اندازه گیریتوصیه می شود از یک گیرنده چند کاناله (8 کانال یا بیشتر) با آنتن خارجی استفاده کنید. حداقل سه ماهواره GPS باید قابل مشاهده باشند. هرچه تعداد آنها بیشتر باشد، نتیجه بهتر است. دید خوب آسمان (افق باز) نیز ضروری است. در صورتی که دارای یک سالنامه به‌روز و تازه باشد، سریع، «گرم» (طول ثانیه‌های اول) یا «شروع گرم» (نیم دقیقه یا یک دقیقه، در زمان) دستگاه دریافت‌کننده امکان‌پذیر است. در صورتی که از ناوبر برای مدت طولانی استفاده نشده باشد، گیرنده مجبور است سالنامه کامل را دریافت کند و با روشن شدن آن، شروع سرد انجام می شود (اگر دستگاه از AGPS پشتیبانی می کند، سریعتر - تا چند ثانیه). برای تعیین فقط مختصات افقی (طول/طول جغرافیایی)، سیگنال های سه ماهواره ممکن است کافی باشد. برای بدست آوردن مختصات سه بعدی (با ارتفاع) حداقل به چهار مختصات نیاز است. نیاز به ایجاد سیستم ناوبری داخلی خودمان به این دلیل است که GPS آمریکایی است، دشمنان بالقوه ای که می توانند در هر زمان، در راستای منافع نظامی و ژئوپلیتیکی خود، به طور انتخابی غیرفعال، "جمع"، تغییر آن در هر منطقه یا افزایش مصنوعی ، یک خطای سیستماتیک در مختصات (برای مصرف کنندگان خارجی این سرویس) که همیشه در زمان صلح وجود دارد.

نقشه های کاغذی منطقه جای خود را به نقشه های الکترونیکی داده اند که ناوبری بر روی آنها با استفاده از سیستم ماهواره ای GPS انجام می شود. از این مقاله خواهید آموخت که ناوبری ماهواره ای چه زمانی ظاهر شد، اکنون چیست و در آینده نزدیک چه چیزی در انتظار آن است.

پیش نیازهای اول

در طول جنگ جهانی دوم، ناوگان آمریکایی و بریتانیایی یک برگ برنده قدرتمند داشتند - سیستم ناوبری LORAN با استفاده از چراغ های رادیویی. در پایان خصومت‌ها، کشتی‌های غیرنظامی کشورهای «غرب‌گرا» فناوری در اختیار خود را دریافت کردند. یک دهه بعد، اتحاد جماهیر شوروی پاسخ خود را به کار گرفت - سیستم ناوبری چایکا، بر اساس چراغ های رادیویی، هنوز هم امروزه مورد استفاده قرار می گیرد.

اما ناوبری زمینی دارای اشکالات قابل توجهی است: زمین ناهموار به یک مانع تبدیل می شود و تأثیر یونوسفر بر زمان انتقال سیگنال تأثیر منفی می گذارد. اگر فاصله بین چراغ رادیویی ناوبری و کشتی خیلی زیاد باشد، خطا در تعیین مختصات را می توان بر حسب کیلومتر اندازه گیری کرد که غیر قابل قبول است.

چراغ‌های رادیویی زمینی با سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای برای مقاصد نظامی جایگزین شدند که اولین آنها، American Transit (نام دیگر NAVSAT) در سال 1964 راه‌اندازی شد. شش ماهواره در مدار پایین دقت تعیین مختصات را تا دویست متر تضمین کردند.

در سال 1976، اتحاد جماهیر شوروی یک سیستم ناوبری نظامی مشابه، Cyclone، و سه سال بعد، یک سیستم غیرنظامی به نام Cicada را راه اندازی کرد. اشکال بزرگ سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای اولیه این بود که می‌توانستند فقط برای دوره‌های کوتاه یک ساعته استفاده شوند. ماهواره های مدار پایین، و حتی در تعداد کم، قادر به ارائه پوشش سیگنال گسترده نبودند.

GPS در مقابل گلوناس

در سال 1974، ارتش ایالات متحده اولین ماهواره سیستم ناوبری جدید NAVSTAR را به مدار زمین فرستاد که بعداً به GPS (سیستم موقعیت یاب جهانی) تغییر نام داد. در اواسط دهه 1980، فناوری GPS توسط کشتی‌ها و هواپیماهای غیرنظامی مورد استفاده قرار گرفت، اما برای مدت طولانی آنها می‌توانستند موقعیت‌یابی بسیار کمتری نسبت به هواپیماهای نظامی ارائه دهند. بیست و چهارمین ماهواره جی پی اس، آخرین مورد نیاز برای پوشش کامل سطح زمین، در سال 1993 به فضا پرتاب شد.

در سال 1982، اتحاد جماهیر شوروی پاسخ خود را ارائه کرد - این فناوری GLONASS (سیستم ناوبری جهانی ماهواره ای) بود. آخرین 24مین ماهواره گلوناس در سال 1995 وارد مدار شد، اما عمر کوتاه ماهواره ها (سه تا پنج سال) و بودجه ناکافی برای پروژه، سیستم را برای تقریبا یک دهه از کار انداخت. بازیابی پوشش جهانی گلوناس تنها در سال 2010 امکان پذیر بود.

برای جلوگیری از چنین خرابی هایی، هم GPS و هم GLONASS اکنون از 31 ماهواره استفاده می کنند: 24 ماهواره اصلی و 7 ذخیره، همانطور که می گویند، فقط در مورد. ماهواره های ناوبری مدرن در ارتفاع حدود 20 هزار کیلومتری پرواز می کنند و موفق می شوند دو بار در روز دور زمین بچرخند.

GPS چگونه کار می کند

موقعیت یابی در شبکه GPS با اندازه گیری فاصله گیرنده تا چندین ماهواره انجام می شود که مکان آنها در لحظه فعلی به طور دقیق مشخص است. فاصله تا ماهواره با ضرب تاخیر سیگنال در سرعت نور اندازه گیری می شود.
ارتباط با اولین ماهواره تنها اطلاعاتی در مورد محدوده مکان های احتمالی گیرنده فراهم می کند. تقاطع دو کره یک دایره، سه - دو نقطه، و چهار - تنها نقطه صحیح روی نقشه را نشان می دهد. سیاره ما اغلب به عنوان یکی از کره ها استفاده می شود که به جای چهار ماهواره، فقط روی سه ماهواره موقعیت یابی می کند. در تئوری، دقت موقعیت یابی GPS می تواند به 2 متر برسد (در عمل، خطا بسیار بزرگتر است).

هر ماهواره مجموعه بزرگی از اطلاعات را به گیرنده ارسال می کند: زمان دقیق و تصحیح آن، سالنامه، داده های ephemeris و پارامترهای یونوسفر. یک سیگنال زمانی دقیق برای اندازه گیری تاخیر بین ارسال و دریافت آن مورد نیاز است.

ماهواره‌های ناوبری مجهز به ساعت‌های سزیمی با دقت بالا هستند، در حالی که گیرنده‌ها به ساعت‌های کوارتز دقیق‌تر مجهز هستند. بنابراین، برای بررسی زمان، تماس با یک ماهواره اضافی (چهارم) برقرار می شود.

اما ساعت‌های سزیومی نیز ممکن است اشتباه کنند، بنابراین با ساعت‌های هیدروژنی که روی زمین قرار می‌گیرند بررسی می‌شوند. برای هر ماهواره، تصحیح زمان به صورت جداگانه در مرکز کنترل سیستم ناوبری محاسبه می شود که متعاقباً به همراه زمان دقیق به گیرنده ارسال می شود.

یکی دیگر از اجزای مهم سیستم ناوبری ماهواره ای سالنامه است که جدول پارامترهای مدار ماهواره برای ماه پیش رو است. سالنامه و همچنین تصحیح زمان در مرکز کنترل محاسبه می شود.

ماهواره‌ها همچنین داده‌های انفرادی را ارسال می‌کنند که بر اساس آن انحرافات مداری محاسبه می‌شوند. و با توجه به اینکه سرعت نور در هیچ جا به جز در خلاء ثابت نیست، تاخیر سیگنال در یونوسفر باید در نظر گرفته شود.

انتقال داده ها در شبکه GPS به شدت در دو فرکانس انجام می شود: 1575.42 مگاهرتز و 1224.60 مگاهرتز. ماهواره های مختلف با فرکانس یکسان پخش می شوند، اما از تقسیم کد CDMA استفاده می کنند. یعنی سیگنال ماهواره فقط نویز است که فقط در صورت داشتن کد PRN مناسب می توان آن را رمزگشایی کرد.

رویکرد فوق امکان ایمنی بالای نویز و استفاده از محدوده فرکانس باریک را فراهم می کند. با این حال، گاهی اوقات گیرنده های GPS هنوز مجبورند برای مدت طولانی به جستجوی ماهواره بپردازند که به دلایل مختلفی ایجاد می شود.

اولاً، گیرنده ابتدا نمی داند ماهواره کجاست، در حال دور شدن یا نزدیک شدن است و فرکانس سیگنال آن چقدر است. ثانیاً تماس با ماهواره تنها زمانی موفق تلقی می شود که مجموعه کاملی از اطلاعات از آن دریافت شود. سرعت انتقال داده در شبکه GPS به ندرت از 50 bps بیشتر می شود. و به محض قطع شدن سیگنال به دلیل تداخل رادیویی، جستجو دوباره آغاز می شود.

آینده ناوبری ماهواره ای

اکنون GPS و GLONASS به طور گسترده برای اهداف صلح آمیز استفاده می شوند و در واقع قابل تعویض هستند. جدیدترین تراشه های ناوبری از استانداردهای ارتباطی پشتیبانی می کنند و به ماهواره هایی که ابتدا پیدا می شوند متصل می شوند.

جی پی اس آمریکایی و گلوناس روسی با تنها سیستم های ناوبری ماهواره ای در جهان فاصله زیادی دارند. به عنوان مثال، چین، هند و ژاپن به ترتیب شروع به استقرار سیستم‌های ماهواره‌ای خود به نام‌های BeiDou، IRNSS و QZSS کرده‌اند که فقط در داخل کشورشان عمل می‌کنند و بنابراین به تعداد نسبتاً کمی ماهواره نیاز دارند.

اما شاید بیشترین علاقه به پروژه گالیله باشد که توسط اتحادیه اروپا در حال توسعه است و باید تا قبل از سال 2020 با ظرفیت کامل راه اندازی شود. در ابتدا، گالیله به عنوان یک شبکه کاملا اروپایی در نظر گرفته شد، اما کشورهای خاورمیانه و آمریکای جنوبی تمایل خود را برای مشارکت در ایجاد آن ابراز کرده اند. بنابراین، یک "نیروی سوم" ممکن است به زودی در بازار جهانی CLO ظاهر شود. اگر این سیستم با سیستم‌های موجود سازگار باشد و به احتمال زیاد چنین خواهد بود، مصرف‌کنندگان فقط سود خواهند برد - سرعت جستجوی ماهواره‌ها و دقت موقعیت‌یابی باید افزایش یابد.

GPS (مخفف Global Positioning System) یک سیستم ناوبری ماهواره ای است که در سیستم مختصات جهانی WGS 84 کار می کند. GPS به شما امکان می دهد مکان و سرعت اشیاء را تقریباً در هر نقطه از زمین تعیین کنید. جالب اینجاست که این سیستم توسط وزارت دفاع ایالات متحده توسعه و پیاده سازی شده است، اما در حال حاضر برای اهداف غیرنظامی استفاده می شود. روسیه سیستم ناوبری ماهواره ای خود را ایجاد کرده است که نام دارد و قبلاً در مورد آن نوشته ایم. سیستم ها به طور مشابه کار می کنند، اما ماهواره های GLONASS پایدارتر هستند.

مدتی پیش از GPS به ندرت در گوشی ها استفاده می شد و به همین دلیل نوعی کنجکاوی بود که می توانست افراد را شگفت زده کند. اما آن روزها خیلی گذشته است و امروز باید سخت تلاش کنید تا گوشی هوشمندی پیدا کنید که از GPS پشتیبانی نکند.

چرا به GPS در تلفن / تلفن هوشمند / تبلت خود نیاز دارید؟

GPS در درجه اول برای تعیین مکان یک دستگاه استفاده می شود. بر این اساس کاربر می تواند بفهمد که در آن لحظه کجاست. نقشه های ناوبری که به عنوان مثال توسط علاقه مندان به اتومبیل استفاده می شود، بر این اصل استوار است. و همراه با اینترنت، نقشه ها می توانند نه تنها مکان دستگاه و مسیر رسیدن به هدف، بلکه تراکم ترافیک را نیز نشان دهند. یک مثال قابل توجه Yandex.Maps است.

گوشی‌های هوشمند دارای GPS نه تنها توسط رانندگان عادی استفاده می‌شوند، بلکه در بین پیک‌ها و همچنین رانندگان تاکسی بسیار محبوب هستند - به خصوص وقتی صحبت از شهرهای بزرگ می‌شود.

ویژگی موقعیت مکانی در برخی از سرویس ها استفاده می شود. به عنوان مثال، در یک شبکه اجتماعی می توانید یک عکس پست کنید و مختصاتی را که در آن عکس گرفته شده است را مشخص کنید. خدماتی وجود دارد که به شما امکان می دهد مکان خود را نه بر روی نقشه های ساده، بلکه در یک فروشگاه یا کافه علامت گذاری کنید - از این طریق کاربر می تواند پیام خود را برای دوستان ارسال کند و آنها را دعوت کند.

حتی خدمات دوستیابی بر اساس مکان فعلی کاربر وجود دارد. بنابراین، کاربر مکان خود را نشان می دهد و سایر کاربران را روی نقشه می بیند. به عنوان مثال، اگر کاربران در نزدیکی نقشه باشند، می توانند یکدیگر را بشناسند.

آیا GPS مضراتی دارد؟

هیچ ضرری برای GPS وجود ندارد، اما لازم به یادآوری است که مکان ممکن است همیشه قابل اعتماد نباشد، زیرا محدودیت هایی برای خطا وجود دارد. برای موقعیت یابی دقیق تر، می توانید از هر دو سیستم ناوبری به طور همزمان استفاده کنید - GPS و GLONASS، به خصوص که هر دو در بسیاری از دستگاه ها استفاده می شوند.

در غیر این صورت، GPS مزایای محکمی دارد. علاوه بر این، این سیستم در واقع هیچ تاثیری بر هزینه دستگاه ندارد، که می توانید آن را در قیمت گوشی های هوشمند مشاهده کنید: حتی ارزان ترین دستگاه ها به GPS مجهز هستند.