جی‌‌پی‌اس چقدر دقیق است؟

سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) مکان و اطلاعات لازم را در اختیار گیرنده‌های جی پی اس قرار می‌دهد تا کاربران بتوانند موقعیت خود را در هر جایی که هستند، پیدا کنند. دقت جی‌پی‌اس میزان نزدیک بودن اندازه‌گیری آن به موقعیت واقعی را نشان می‌دهد؛ اما پرسش اساسی این است که: «جی‌‌پی‌اس چقدر دقیق است؟» برای پاسخ به این پرسش ما یک بررسی جامع را انجام دادیم که در این مقاله منعکس شده است.

نسخه صوتی

ما نسخه صوتی این محتوا را در قالب یک پادکست برای شما آماده کرده‌ایم. اگر به هر دلیلی امکان مطالعه این محتوا به صورت متنی را ندارید، می توانید به نسخه صوتی گوش فرا دهید. تنها کافی است روی دکمه پخش کلیک کنید.

عملکرد GPS چگونه است؟

سیستم موقعیت‌یاب جهانی در ابتدا به عنوان یک ابزار نظامی توسعه داده شد. این سیستم از فناوری ماهواره‌ای برای یافتن مکان دقیق کاربر بر روی زمین استفاده می‌کند که با استفاده از حداقل سه ماهواره که سیگنالی را به گیرنده زمینی ارسال می‌کند، موقعیت یابی را انجام می‌دهد. 

سیستم جی‌پی‌اس از سه بخش اصلی زیر تشکیل شده است:

• بخش فضا
• بخش کنترل
• بخش کاربر

بخش ماهواره‌ای با سیستم‌های فضایی جی‌پی‌اس سر و کار دارد. بخش کنترل، موقعیت ماهواره‌ها را تصحیح می‌کند و برای ارزیابی خطاها و همگام‌سازی با آن‌ها ارتباط دارد. بخش کاربر توسط انواع مختلفی از گیرنده‌های GPS موجود که روی خودروها یا گوشی‌های هوشمند نصب هستند ارائه می‌شود.

گیرنده پس از دریافت تمام سیگنال‌های ماهواره‌ای موجود، زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دریافت آن برای هر یک از سیگنال‌های موجود مقایسه می‌کند. سپس موقعیت را با مقایسه تفاوت بین سیگنال‌ها محاسبه می‌نماید. موقعیت، ویژگی‌ها، محیط اطراف، عواملی هستند که بر دقت جی‌پی‌اس تأثیر می‌گذارند.

در این تصویر نحوه عملکرد جی‌پی‌اس را مشاهده می‌فرمایید

سه عامل اصلی تاثیرگذار بر دقت جی‌پی‌اس:

دقت به میزان نزدیکی قرائت‌های مشخص شده به موقعیت واقعی اشاره دارد. عوامل موثر بر دقت جی‌پی‌اس به سه بخش زیر تقسیم می‌شوند:

1- موقعیت ماهواره‌ها

ماهواره‌ها عناصر اساسی موقعیت یابی هستند. برای تعیین موقعیت یک جسم، به حداقل 3 ماهواره و برای رفع خطاها به 1 ماهواره دیگر نیاز است؛ اما مسلماً هرچه تعداد ماهواره‌ها برای محاسبه موقعیت بیشتر باشد، دقت جی‌پی‌اس نیز افزایش خواهد یافت.

توزیع ماهواره‌ها نیز مهم است. به عنوان مثال، اگر سیگنال‌ها از ماهواره‌هایی با توزیع نسبتاً یکنواخت دریافت شوند، دقت جی‌پی‌اس بالاتر خواهد بود. مقدار DOP (رقیق سازی دقت) می‌تواند برای محاسبه دقت جی‌پی‌اس استفاده شود. رقیق سازی دقت با مقدار کوچک‌تر نشان دهنده سیگنال جی‌پی‌اس با دقت بیشتر است.

2- ویژگی‌های گیرنده جی‌پی‌اس

قابلیت موقعیت یابی گیرنده (گوشی همراه کاربر، دستگاه های ردیاب و هر سخت افزار گیرنده جی‌پی‌اس)، یکی از عوامل مهم تعیین دقت جی‌پی‌اس است. به راحتی می‌توان درک کرد که هرچه یک گیرنده جی‌پی‌اس بتواند سیستم‌های تعیین موقعیت و ناوبری ماهواره‌ای (GNSS) و باندهای فرکانسی بیشتری را پشتیبانی کند، می‌تواند عملکرد بهتری داشته باشد. علاوه بر این، عملکرد آنتن، الگوریتم موقعیت و تعداد کانال‌های ردیابی ماهواره‌ای نیز از عوامل ضروری هستند.

یک آنتن عالی می‌تواند حساسیت بالایی را انجام دهد. به عنوان مثال، توانایی دریافت سیگنال تا 160 دسی بل در حال حاضر یک گیرنده خوب تلقی می‌شود. بیشتر گیرنده‌های جی‌پی‌اس موجود در بازار، دارای کانال‌های ردیابی کافی برای ردیابی چندین ماهواره و اطمینان از دقت کافی جی‌پی‌اس هستند.

3- ​​اثر سیگنال از محیط اطراف

از آنجایی که سیگنال‌های ماهواره‌ای برای رسیدن به گیرنده‌های جی‌پی‌اس باید مسیر طولانی را طی کنند، محیط انتشار بر قدرت سیگنال و صحت موقعیت ‌یابی تأثیر زیادی می‌گذارد. یونوسفر، تروپوسفر، انسداد سیگنال و بازتاب، همه این‌ها عناصری هستند که باعث بروز خطا می‌شوند. یونوسفر که بین ترموسفر و اگزوسفر قرار دارد، سرعت سیگنال‌های جی‌پی‌اس را کاهش می‌دهد.

تروپوسفر که پایین‌‌ترین لایه جو زمین است، گاهی اوقات می‌تواند باعث انعکاس رادیویی شود. ساختمان‌ها، درختان، بزرگراه‌ها و همه موانع دیگر می‌توانند سیگنال‌های جی‌پی‌اس را مسدود یا منعکس کنند. این موارد خطاها یا تأخیرهای موقعیت ‌یابی را ایجاد خواهند کرد. از این رو، محیط اطراف می‌تواند دقت جی‌پی‌اس را در بخش زیادی کاهش دهد.

عوامل فرعی که بر دقت جی‌پی‌اس اثرگذار هستند

اگر در طول تست ردیابی موقعیت مکانی، نتایج متفاوتی را در دستگاه‌های تلفن همراه مختلف دریافت کردید، این لزوما به این معنی نیست که مشکلی در اپلیکیشن وجود دارد. این مورد مربوط به گیرنده جی‌پی‌اس هر دستگاهی است که سطوح دقت متفاوتی داشته است. در ادامه لیستی از پارامترهایی که بر دقت ردیابی مکان تأثیر می‌گذارند را مشاهده می نمایید:

• میانگین تعداد ماهواره‌ها
• ماهواره‌های استفاده شده
• انحراف معیار
• میانگین دقت ادعا شده (متر)
• انحراف استاندارد دقت ادعا شده
• تغییر خطا در هر ماهواره استفاده شده (متر)
• ضریب همبستگی

از نظر معیارهای انتخاب دستگاه جی‌پی‌اس، به لیست زیر نگاه کنید:

• دقت افقی: حداقل دقت افقی دستگاه مورد نظر (پیش ‌فرض 10 متر است).
• دقت عمودی: دقت در جهت عمودی (پیش‌ فرض 30 متر است).
• حداکثر زمان پاسخ: حداکثر زمان پاسخ در ثانیه (پیش فرض 1 ثانیه است).
• مصرف برق: میزان مصرف برق دستگاه را تعیین می‌کند. به این ترتیب، دستگاه‌های با قدرت بالا را می‌توان محدود کرد.
• سرعت و مسیر

جی‌پی‌اس چقدر دقیق است؟

ماهواره‌های جی‌پی‌اس سیگنال‌های خود را در فضا با دقت خاصی پخش می‌کنند اما آنچه کاربر بر روی زمین دریافت می‌کند به عوامل دیگری از جمله هندسه ماهواره، انسداد سیگنال، شرایط جوی، و کیفیت طراحی گیرنده بستگی دارد. برای مثال، تلفن‌های هوشمند مجهز به جی‌پی‌اس معمولاً تا شعاع 4.9 متری زیر آسمان باز دقیق هستند. با این حال، دقت آنها در نزدیکی ساختمان‌ها، پل‌ها و درختان کاهش پیدا می‌کند.

تعهدات دقت در مورد دستگاه‌های جی‌پی‌اس اعمال نمی‌شود بلکه در مورد سیگنال‌های ارسال شده در فضا اعمال می‌شود. به عنوان مثال، دولت آمریکا متعهد می‌شود که سیگنال جی‌پی‌اس را در فضا با میانگین روزانه خطای برد کاربر جهانی (URE) کمتر از 2 متر یا احتمال 95 درصد خطا است. ناگفته نماند، خطای برد کاربر جهانی دقت کاربر نیست. دقت کاربر به ترکیبی از هندسه ماهواره و عوامل محلی مانند انسداد سیگنال، شرایط جوی و کیفیت طراحی گیرنده وابسته است.

چرا گاهی اوقات جی‌پی‌اس مکان را اشتباه نشان می‌دهد؟

بسیاری از عوامل می‌توانند دقت موقعیت یابی GPS را کاهش دهند. علل شایع عبارتند از:

• مسدود شدن سیگنال ماهواره به دلیل وجود ساختمان‌ها، پل‌ها، درختان و غیره
• استفاده زیرزمینی
• سیگنال‌های منعکس شده از ساختمان‌ها یا دیوارها

علل بسیار کمتر رایج ممکن است شامل موارد زیر باشند:

• تداخل یا پارازیت رادیویی
• طوفان‌های بزرگ خورشیدی
• نگهداری/مانورهای ماهواره‌ای که شکاف‌های موقتی ایجاد می‌کنند.
• دستگاه‌هایی با طراحی نامناسب که با مشخصات رابط GPS مطابقت ندارند.

در بسیاری از موارد، سخت افزار جی‌پی‌اس دستگاه به خوبی کار می‌کند اما نرم‌افزار مشکل دارد. به عنوان مثال، مشکلاتی مانند مواردی که در زیر مطرح می شوند، می توانند از نرم‌افزار باشند:

• کسب و کارهایی با آدرس اشتباه
• عدم وجود جاده‌ها، ساختمان‌ها و غیره
• اشتباه وارد شدن نشانی خیابان‌ها

آیا جی‌پی‌اس نظامی دقیق‌تر از جی‌پی‌اس غیرنظامی است؟

خطای محدوده کاربر (URE) سیگنال‌های GPS در فضا در واقع برای سرویس‌های غیر‌نظامی و نظامی یکسان است. با این حال، اکثر دستگاه‌های غیرنظامی امروزی تنها از یک فرکانس جی‌پی‌اس استفاده می‌کنند، در حالی که گیرنده‌های نظامی از دو فرکانس استفاده می‌کنند.

استفاده از دو فرکانس جی‌پی‌اس با اصلاح اعوجاج سیگنال ناشی از جو زمین، دقت را بهبود می‌بخشد. تجهیزات جی‌پی‌اس دو فرکانس به صورت تجاری برای استفاده غیرنظامی در دسترس هستند اما هزینه و اندازه، آن را محدود به کاربردهای حرفه‌ای کرده است.

آیا دولت آمریکا دقت GPS غیرنظامی را کاهش نمی‌دهد؟

در طول دهه 1990، GPS از ویژگی به نام دسترسی انتخابی استفاده کرد که به طور عمدی دقت غیرنظامیان را در سطح جهانی کاهش داد. در ماه مه 2000، به دستور رئیس جمهور بیل کلینتون، دولت ایالات متحده استفاده از قابلیت دسترسی انتخابی را به منظور پاسخگویی بیشتر GPS به کاربران شهری و تجاری در سراسر جهان پایان داد.

کلام آخر

اکنون می‌دانید دقت جی‌پی‌اس به چه معناست و عوامل کلیدی که بر آن تأثیر می‌گذارند، چیستند. برای گسترش بیشتر دانش خود، ممکن است بخواهید دقت جی‌پی‌اس را تست کرده و در حالت آفلاین نیز آن را بررسی کنید. دقت نتایج جی‌پی‌اس به عوامل مختلفی از جمله تعداد کانال‌های روی گیرنده، تعداد ماهواره‌های مشاهده شده، تداخل سیگنال ناشی از ساختمان‌ها و کوه‌ها و اختلالات یونوسفر بستگی دارد.

منابع استفاده شده:

https://www.gps.gov//

https://blog.techdesign.com//

https://lembergsolutions.com/