جی پی اس (GPS) چیست؟

با پیشرفت تکنولوژی، راه‌حل‌‌های بسیاری برای ساده سازی زندگی روزمره مردم پدیدار شده‌‌اند. یکی از این پیشرفت‌‌ها سیستم موقعیت‌یاب جهانی نام دارد که به اختصار جی‌پی‌اس (GPS) نامیده می‌‌شود. کاربران به این سیستم تکیه می‌‌کنند تا از طریق گوشی هوشمند یا خودروی خود مکان خاصی را روی نقشه پیدا کنند و به هر جایی بروند، بدون اینکه حتی آدرس آن را بدانند! یا توسط دستگاه‌های ردیاب، وسایل نقلیه یا هر شی دیگری را ردیابی کنند. اگرچه این فناوری به طور گسترده استفاده می‌‌شود، حقیقت این است که مردم هنوز نمی‌‌دانند جی‌پی‌اس واقعاً چگونه کار می‌‌کند. بنابراین، برای درک اینکه GPS چیست و برای چه مواردی کاربرد دارد، با یوفایندر همراه باشید.

نسخه صوتی جی‌پی‌اس چیست؟

ما برای شما نسخه صوتی این محتوا را هم در قالب یک پادکست تهیه کردیم. در صورتی که به هر دلیلی امکان مطالعه نسخه متنی محتوا را ندارید، می توانید به پادکست زیر که از همین محتوا تهیه شده است گوش دهید.

تعریف سیستم جی‌پی‌اس

GPS مخفف سیستم موقعیت یاب جهانی (Global Positioning System) است. جی‌پی‌اس به عنوان یک سیستم ناوبری ماهواره‌ای تعریف می‌شود که امکان تعیین موقعیت هر جسمی روی زمین را فراهم می‌کند. این تکنولوژی متشکل از یک سیستم ناوبری است، به این صورت که حداقل 31 ماهواره در ارتفاع حدود 20 هزار کیلومتری روی کره زمین قرار دارند و از طریق یک شبکه کار می‌کنند.

در علوم کامپیوتر، فناوری موقعیت ‌یابی جهانی عمدتاً در دستگاه‌‌ها و تلفن‌‌های همراه کاربرد دارد. به این ترتیب، جی‌پی‌اس امکان مکان‌یابی تجهیزات مذکور در صورت سرقت، اجرای اپلیکیشن‌‌ها (مانند تاکسی‌های اینترنتی)، به حداکثر رساندن عملکرد بازی‌ها، رسیدن به آدرس دقیق در هنگام سفر با ماشین، موتور، دوچرخه یا حتی پیاده روی و سایر را می‌دهد.

از این نظر، GPS این توانایی را دارد که هر شخص، وسیله نقلیه یا هر چیزی را بدون توجه به سرعت حرکت آن مکان‌یابی کند. علاوه بر این، دارای ویژگی‌های لازم برای نمایش داده‌هایی مانند ارتفاع منطقه مورد نظر بر روی کره زمین است. دقت GPS بسیار بالاست و به همین دلیل هم قابلیت اطمینان در این سیستم بسیار بالاست.

نمایش انواع ماهواره های GPS به دور کره زمین

ویژگی‌های سیستم جی‌پی‌اس

ابتدا باید توجه داشت که جی‌پی‌اس از سه عنصر تشکیل شده است که شامل ماهواره‌های در حال گردش به دور زمین، گیرنده‌های GPS متعلق به کاربر و ایستگاه‌های نظارت و کنترل زمینی است. بنابراین، قابل توجه است که GPS از سه جزء یا بخش مختلف تشکیل شده است که شامل بخش فضا، بخش کاربر و بخش زمین است.

• بخش فضا: از 31 ماهواره تشکیل شده است که در مجموع در شش مدار قرار گرفته‌اند که در ارتفاع 20 هزار کیلومتری سیاره زمین پرسه می‌‌زنند و سرعت چرخش آن‌ها تقریباً معادل یک دور گردش زمین در هر 12 ساعت است. این ماهواره‌‌ها همچنین مسیری با شیب 55 درجه از استوای سماوی را دنبال می‌کنند.
• بخش کاربر: از یک آنتن، یک تقویت کننده و یک گیرنده تشکیل شده است. نزدیک‌ترین ماهواره‌ها به کاربر انتخاب می‌شوند که می‌توانند اطلاعات لازم برای تعیین موقعیت مربوطه و اندازه‌ گیری زمان بین ارسال‌ها را برای کاربر فراهم کنند.
• بخش زمین: شامل بخش کنترلی است که وظیفه تصحیح سیگنال دریافتی توسط ماهواره‌ها را بر عهده دارد و علاوه بر آن هرگونه انحراف از مدار را بهبود می‌بخشد. به طور کلی، از 9 ایستگاه تشکیل شده است.

کاربرد سیستم جی‌پی‌اس

برای توصیف بهتر سیستم موقعیت یاب جهانی لازم است کاربردهای اصلی آن را فراتر از عملکرد خاصش بشناسیم. بنابراین، در زیر مهم‌ترین کاربردهای GPS آورده شده است:

• استفاده نظامی: کاربرد اصلی جی‌پی‌اس بر کسی پوشیده نیست! از آن‌جایی که سال‌ها پیش، جی‌پی‌اس به عنوان ابزاری برای توسعه سیستمی که قادر به ارائه مکان دقیق یک شخص یا شی باشد متولد شد اما با این کار، توسعه فناوری‌های ناوبری رادیویی و پرتاب تسلیحات به یک مکان جغرافیایی خاص به مهم‌ترین کاربرد این تکنولوژی تبدیل شد.
• امنیت عمومی و خصوصی: در زمینه امنیت، سیستم موقعیت یاب جهانی نیز کاربردهای متعددی دارد. برای اقدامات ضد سرقت در گوشی همراه یا خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• ناوبری هوایی، دریایی و زمینی: اگرچه این ابزارها توسط ارتش استفاده می‌شدند اما حقیقت این است که بسیاری از آن‌ها در نهایت توسط غیرنظامیان در رسانه‌های مختلف مبتنی بر ناوبری دریایی، هوایی و زمینی به کار گرفته شدند.
• ردیابی خودرو: رانندگان اغلب از ردیابی جی‌پی‌اس برای نظارت بر وسایل نقلیه خود استفاده می‌کنند. با نصب دستگاه‌های ردیاب خودرو بر روی وسایل نقلیه، راننده می‌تواند موقعیت و وضعیت خود را ردیابی کند و همچنین اطلاعات مهمی در مورد کارایی خودرو خود را دریافت نماید. سیستم‌های ردیابی جی‌پی‌اس، بخش مهمی از سیستم نظارت بر موقعیت و فعالیت خودرو جهت حفظ امنیت آن هستند.
• مهندسی و نقشه برداری: از جی‌پی‌اس برای جمع آوری داده‌های دقیق و قابل اعتماد از سراسر جهان به منظور انجام پروژه‌های عمرانی استفاده می‌شود. GPS اجازه می‌دهد تا مراحل نظارت بر آنچه در سازه‌های بزرگ اتفاق میفتند و تشخیص لرزش زمین در یک نقطه خاص قابل اندازه گیری باشد.
• ورزشی: علاوه بر کاربردهای کامپیوتری، GPS به طور گسترده برای عملکردهای ورزشی نیز استفاده می‌شود. از آن‌جایی که GPS به کاربر اجازه می‌دهد تا پیشرفت برخی برنامه‌های تمرینی خود را زیر نظر داشته باشد، در نتیجه به او کمک می‌کند تا با به دست آوردن داده‌هایی مانند سرعت دویدن، مسافت طی شده، زمان تاخیر و سایر عملکردها، عملکرد خود را بهینه کند.

مشاهده لوکیشن مورد نظر توسط جی‌پی‌اس تلفن همراه

تاریخچه سیستم جی‌پی‌اس

اساساً منشاء جی‌پی‌اس به عنوان سیستم موقعیت‌یاب جهانی به دوره بین سال‌های 1957 و 1960 برمی‌گردد. از سال 1957، اولین ماهواره مصنوعی به نام اسپوتنیک توسط اتحاد جماهیر شوروی به فضا پرتاب شد. سپس، از دهه 1960، سیستم ناوبری زمینی امگا، پیشگام این فناوری و اولین سیستم ناوبری رادیویی جهان شد.

با این حال، محدودیت‌های قابل توجه این سیستم‌ها، راه‌ حل ناوبری جهانی‌‌تر را ضروری ساخت که می‌توانست دقت بالاتری را تضمین کند. از آن‌جا، نیروی دریایی ایالات متحده یک سیستم ناوبری ماهواره‌ای را برای ارائه مشاهدات موقعیت دقیق در سیستم‌های ناوگان خود آزمایش کرد. در اصل، این سیستم باید الزامات جهانی را برآورده کند تا تمام سطح زمین را پوشش دهد.

علاوه بر این، باید بدون اینکه شرایط جوی بتواند بر این سیستم تأثیر بگذارد، عملکرد مداومی را از خود نشان دهد. بنابراین، مبانی جی‌پی‌اس با مفاهیم جهانی، پیوسته، پویا و دقیق ایجاد شدند؛ اما در این شرایط سیستم ترانزیت (Transit) در سال 1964 متولد شد که سه سال بعد برای استفاده تجاری و نظامی در دسترس قرار گرفت که عمدتاً دارای صورت فلکی 6 ماهواره‌ای در مدار قطبی پایین و در ارتفاع 1074 کیلومتری بود.

با این حال، اگرچه این سیستم به جامعیت رسید اما ثابت نبود. به همین دلیل، کارشناسان همچنان به دنبال راه حل‌های دیگری بودند تا بتوانند به مبانی یک سیستم موقعیت یابی جهانی بهینه پاسخ دهند. با توجه به این موضوع، در سال 1967، نیروی دریایی ایالات متحده، ماهواره‌ای به نام تایمیشن (Timation) را به فضا پرتاب کرد. این ماهواره موفق شد تا میزان ماندگاری ساعت‌های دقیق در فضا را نشان دهد تا تداوم لازم برای جی‌پی‌اس را حفظ کند. به لطف این سیستم، در سال 1973، برنامه‌های طراحی شده توسط نیروی هوایی و نیروی دریایی ایالات متحده برای ترویج یک سیستم ناوبری جدید به نام «برنامه فناوری ناوبری» ساخته شد که این سیستم بعداً به نواستار جی‌پی‌اس (NAVSTAR GPS) تغییر نام داد.

نیروی هوایی و نیروی دریایی ایالات متحده شروع به توسعه 11 ماهواره اضافی به صورت آزمایشی کردند تا عملکرد NAVSTAR را با مجموع 18 ماهواره برنامه ریزی شده بهبود ببخشند. آن‌ها در سال 1985 موفق به تکمیل صورت فلکی فعلی شدند و به لطف پایداری، پویایی و دقت قابل توجه آن توانستند با افزودن 24 ماهواره با سه جایگزین در سال 1993، جی‌پی‌اس را به عنوان سامانه‌ای با ظرفیت عملیاتی کامل معرفی کنند. همچنین شما می توانید در مقاله “تاریخچه جی‌پی‌اس” به صورت کامل در مورد تاریخچه GPS مطالعه بفرمایید.

 نحوه کار سیستم موقعیت یابی جهانی

در مورد عملکرد آن تاکید می‌کنیم که ماهواره‌های GPS (در مجموع 31 عدد) وظیفه دارند که دو بار در روز یا هر 12 ساعت دور زمین بچرخند. این کاری است که ماهواره‌ها در یک مدار دقیق انجام می‌دهند تا بتوانند سیگنال را به زمین منتقل کنند. سپس گیرنده‌های جی‌پی‌اس این سیگنال ها را به دست می‌آورند و از لایه ‌بندی برای اندازه‌ گیری یا محاسبه مکان دقیق کاربر استفاده می‌کنند.

گیرنده بر مقایسه زمان‌های ارسال و دریافت سیگنال ارسال شده توسط ماهواره تمرکز می‌کند، بنابراین می‌تواند موقعیت کاربر را برای نمایش پیدا کند. از طریق فرآیند تریلاتراسیون، موقعیت گیرنده را می‌توان به شرح زیر کشف کرد:

• هر ماهواره از مجموعه نشان می‌دهد که گیرنده در چه نقطه‌ای از سطح کره زمین قرار دارد. اساساً در مرکز خود ماهواره و شعاع برابر با کل فاصله از گیرنده است.
• پس از به دست آوردن داده‌های مورد نظر براساس دو ماهواره، نتیجه دایره‌ای خواهد بود که نشان می‌دهد چه زمانی دو کره زمین در نقطه خاصی که گیرنده است قرار دارد.
• براساس اطلاعات ماهواره سوم، عدم هماهنگی بین ساعت‌های ماهواره‌ای و گیرنده‌های جی‌پی‌اس برطرف می‌شود. با این کار، یک موقعیت سه بعدی دقیق بر اساس عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی و ارتفاع پیدا می‌شود.

به زبان عامیانه، گیرنده جی‌پی‌اس باید به سیگنال حداقل دو یا سه ماهواره متصل باشد تا موقعیت دو بعدی را پیدا کند و حرکت را دنبال نماید. بعداً با مشاهده ماهواره دیگر، گیرنده موفق می‌شود تا موقعیت سه بعدی کاربر را محاسبه کرده و به همین دلیل می‌تواند سایر داده‌های مورد نیاز از جمله سرعت، مسافت طی شده، فاصله تا مقصد، مسیر و زمان حرکت را نیز محاسبه کند.

میزان دقت سیستم GPS

احتمالاً از خود می‌پرسید که سیستم موقعیت ‌یابی جهانی در مقایسه با اطلاعاتی که ارائه می‌کند، چقدر دقیق است؟ یادآوری می‌کنیم که سیستم‌های جی‌پی‌اس دارای درجه مشخصی از خطای تصادفی هستند که این می‌تواند بین 15 متر تا 100 متر در نوسان باشد. در ارزیابی این مورد، دقت GPS به تعداد ماهواره‌های قابل مشاهده در هر زمان معین و همچنین موقعیت کاربر و عوامل جوی خاص بستگی دارد.

البته لازم به ذکر است که گیرنده‌های جی‌پی‌اس با توجه به طراحی موازی چند کاناله‌ای که دارند، بسیار دقیق هستند. به طور پیش فرض آنها روابط قوی را حفظ می‌کنند، مثلاً در محیط‌های شهری با ساختمان‌های بلند یا در یک جنگل انبوه، گیرنده‌های جی‌پی‌اس همچنان بسیار قوی عمل می‌کنند.

کاربران همچنین می‌توانند با جی‌پی‌اس تفاضلی (DGPS) که با نام سیستم موقعیت یاب جهانی تفاضلی شناخته می‌شود، دقت بهتری دریافت کنند. این فناوری برای تصحیح خطاهای موجود در مدارهای ماهواره و تکمیل موقعیت ارائه شده توسط جی‌پی‌اس بسیار ایده‌آل است.

جی‌پی‌اس تفاضلی به صورت زیر عمل می‌کند:

• مجموعه‌ای از ایستگاه‌های زمینی ثابت، وظیفه مقایسه موقعیت ارائه شده توسط جی‌پی‌اس و وضعیت واقعی را بر عهده دارند تا خطا را در هر زمان مشخص کنند.
• هنگامی که این خطا محاسبه شد، به آنتن‌های کاربر منتقل و توزیع می‌شود و بنابراین، تیم‌های مشابه بر روی اعمال خطای گفته شده برای کشف موقعیت صحیح (با حاشیه خطای 10 متر) تمرکز می‌کنند.

همه این‌ها به لطف ساختار جی پی اس تفاضلی که شامل عناصر زیر است:

• ایستگاه نظارت شده به عنوان مرجع که دارای گیرنده جی‌پی‌اس، ریزپردازنده و فرستنده است.
• تجهیزات کاربر که دارای یک جی‌پی‌اس با یک گیرنده در ایستگاه نظارت اطلاعات است.

سیگنال سیستم جی‌پی‌اس چیست؟

سیگنال GPS دقیقاً زمان هفته را براساس ساعت اتمی روی ماهواره، شماره هفته جی‌پی‌اس و گزارش وضعیت ارائه می‌دهد. بنابراین هر انتقال 30 ثانیه طول می‌کشد و 1 بیت داده رمزگذاری شده را حمل می‌کند. اساساً سیگنال جی‌پی‌اس دارای سه بیت اطلاعات است که به شرح زیر می‌باشد:

• کد شبه تصادفی: یک شماره شناسایی است که به شما این امکان را می‌دهد تا بدانید کدام ماهواره اطلاعات را ارسال می‌کند. 
• داده‌های نجومی: اطلاعاتی را در اختیار گیرنده جی‌پی‌اس قرار می‌دهد که نشان می‌دهد هر ماهواره جی‌پی‌اس در یک زمان معین از روز کجا باید باشد. این داده‌ها اطلاعات مداری را برای هر عنصر از سیستم ارائه می‌دهند.
• سالنامه داده‌ها: داده‌هایی هستند که توسط هر ماهواره به طور دائم منتقل می‌شوند. این داده‌ها معمولاً اطلاعاتی در مورد وضعیت ماهواره، تاریخ و زمان فعلی ارائه می‌دهند.

به نوبه خود، هر ماهواره جی‌پی‌اس یک پیام ناوبری را با سرعت 50 بیت در ثانیه به طور مداوم در فرکانس انتقال مایکروویو 1600 مگاهرتز منتشر می‌کند اما به طور خاص، ماهواره‌های جی‌پی‌اس با انتشار دو سیگنال رادیویی ضعیف مشخص می‌شوند. GPS غیرنظامی، اساساً از فرکانس L1 در باند UHF استفاده می‌کند که به طور خاص 1575.42 مگاهرتز را فراهم می‌نماید، در حالی که سیگنال L2 عددی حدود 1227.6 مگاهرتز را ارائه می‌دهد.

در این فرکانس، سیگنال جی‌پی‌اس غیرنظامی می‌تواند از ابرها، پلاستیک و شیشه (یعنی خط دید) عبور کند؛ اما نمی‌تواند توسط اکثر اجسام جامد مانند کوه‌ها یا ساختمان‌ها منتقل شود. این بدان معناست که به طور معمول، فرکانس سیگنال جی‌پی‌اس تحت تأثیر چندین جنبه قرار دارد که می‌تواند مانع از آن شود. این موانع عبارتند‌ از:

• خطاهای ساعت گیرنده: ساعت‌های اتمی روی ماهواره‌های جی‌پی‌اس بسیار دقیق هستند. با این حال، ساعت داخلی گیرنده به اندازه آن دقیق نیست و بنابراین ممکن است خطاهای زمان‌بندی جزئی داشته باشد که بر سیگنال GPS تأثیر می‌گذارد.
• خطاهای مداری: این خطاها در مکان گزارش شده توسط ماهواره است.
• تأخیر در تروپوسفر و یونوسفر: در هنگام عبور از جو، سیگنال ماهواره می‌تواند کاهش یابد. با این حال، سیستم جی‌پی‌اس یک مدل اضافی دارد که میانگین تاخیر را برای اصلاح این نوع خطا محاسبه می‌کند.
• تخریب عمدی سیگنال ماهواره‌ای: مربوط به تخریب عمدی سیگنالی است که قبلاً توسط وزارت دفاع ایالات متحده تحمیل شده بود. بنابراین، آن‌ها به دنبال جلوگیری از استفاده نظامی دشمنان از سیگنال‌های جی‌پی‌اس با دقت بالا بودند؛ اما، در حال حاضر برای بهبود سیگنال جی‌پی‌اس به گیرنده‌های غیرنظامی غیرفعال شده‌اند.
• تعداد ماهواره‌های قابل مشاهده: تداخل الکترونیکی، زمین، ساختمان‌ها و شاخ و برگ‌های متراکم اغلب دریافت سیگنال جی‌پی‌اس را مسدود می‌کنند و در نتیجه باعث خطا در موقعیت می‌شوند.
• سیگنال چند مسیره: این مشکل زمانی رخ می‌دهد که سیگنال جی‌پی‌اس از برخی اشیا (سطوح سنگی، ساختمان‌های بلند و سایر) قبل از رسیدن به گیرنده منعکس شود. به همین دلیل است که زمان سفر این سیگنال افزایش می‌یابد و خطاهای قابل توجهی ایجاد می‌کند.

مزایای سیستم جی‌پی‌اس

در زیر هر یک از مزیت‌های اصلی GPS را با جزئیات بیشتری توضیح می‌دهیم:

1- مسیریابی

شاید رایج ترین استفاده از جی‌پی‌اس در سیستم‌های ناوبری باشد که به ابزاری قدرتمند برای وسایل نقلیه جاده‌ای و کشتی های تجاری تبدیل شده است. جی‌پی‌اس می‌تواند مکان یک دستگاه را با دقت بالا مشخص کند و با مقایسه مختصات می‌توان از آمار برای محاسبه جهت حرکت و سرعت دستگاه استفاده کرد. از این اطلاعات می‌توان برای ارائه مسیرهای گام به گام از نقطه A به نقطه B در لحظه استفاده کرد.

2- کم هزینه

ماهواره‌های جی‌پی‌اس توسط وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا نگهداری و ارتقاء می‌یابند. این بدان معناست که این سیستم اساساً رایگان است، اگرچه ممکن است برای استفاده از آن مجبور باشید برای یک استفاده خاص مثل خرید یک سخت افزار جی‌پی‌اس یا تهیه یک نرم افزار خاص هزینه کنید. نرم افزارهایی که برای گوشی‌های هوشمند هم وجود دارند مانند گوگل مپ (Google Map) یا Waze که از جی‌پی‌اس استفاده می‌کنند نیز معمولاً رایگان هستند.

3- جنایت و امنیت

جی‌پی‌اس می‌تواند به عنوان یک ابزار ارزشمند توسط مجریان قانون برای ردیابی مجرمان یا تروریست‌ها، با استفاده از دستگاه‌هایی که به وسایل نقلیه متصل می‌کنند یا از طریق ردیابی گوشی هوشمند استفاده شود. از دستگاه‌های ردیاب جی‌پی‌اس نیز می‌توان برای ردیابی وسایل نقلیه نیز استفاده کرد.

برای کسب اطلاعات بیشتر پیشنهاد می‌کنیم مقاله “ردیاب خودرو چیست؟” را مطالعه نمایید.

4- استفاده آسان

ناوبری با استفاده از جی‌پی‌اس به طور کلی بسیار آسان است و به حداقل مهارت یا دانش نیاز دارد. در بیشتر موارد، کاربر فقط باید مقصد را وارد کند و دستگاه بقیه کارها را انجام خواهد داد. (لوکیشن فعلی شما را دستگاه محاسبه و به عنوان مبدا در نظر می‌گیرد)  GPS همچنین یک فناوری ساده‌تر و کارآمدتر برای استفاده جهت کارهایی مانند نقشه برداری و مطالعه حرکت صفحات تکتونیکی است.

5- ایمنی بالا

والدین می‌توانند با استفاده از جی‌پی‌اس برای مراقبت از فرزندان خود استفاده کنند. علاوه بر این که ردیابی جی‌پی‌اس برای ایمن نگه‌داشتن کارکنان و سایر افراد در مشاغل خاص مفید است، همچنین می‌تواند برای نظارت بر محل نیروهای امنیتی سازمان در مواردی که نیاز فوری به برخورد با شرایط اضطراری داشته باشند نیز استفاده شود.

6- جستجوی مکان

علاوه بر ناوبری، جی‌پی‌اس همچنین می‌تواند برای ارائه اطلاعات در مورد منطقه مورد نظر استفاده شود. به عنوان مثال، پیدا کردن نزدیک‌‌ترین هتل یا پمپ‌بنزین از فواید GPS است. زمانی که در یک سفر جاده‌ای طولانی هستید و نیاز دارید جایی برای توقف غذا، بنزین، خواب و سایر پیدا کنید، جی‌پی‌اس کار شما را راحت می‌کند.

7- هشدار ترافیک و آب و هوا

یکی از چیزهای مهم در مورد جی‌پی‌اس این است که همه چیز در زمان واقعی و در لحظه اتفاق می‌افتد. این بدان معناست که اگر یک حادثه رانندگی رخ داده است یا اگر به منطقه‌ای نزدیک می‌شوید که یک رویداد آب و هوایی شدید در آن اتفاق افتاده است، جی‌پی‌اس می‌تواند به شما اطلاعات لازم را ارائه دهد. این مورد نه تنها می‌تواند زمان سفر شما را کوتاه کند بلکه ایمنی را نیز بهبود می‌بخشد.

8- فعال بودن در همه جهان

یکی از بهترین ویژگی‌های  GPS این است که چون اساساً از طریق فناوری ماهواره‌ای کار می‌کند، در سراسر جهان در دسترس است. پس با سفر به هر نقطه از جهان می‌توانید از این سیستم نهایت استفاده را ببرید.

9- به روز بودن

سیستم جی‌پی‌اس توسط وزارت دفاع ایالات متحده به روز و نگهداری می‌شود تا همیشه دقیق باشد. اکثر نرم‌افزارها، برنامه‌ها و دستگاه‌هایی که از جی‌پی‌اس استفاده می‌کنند نیز مرتباً به ‌روزرسانی می‌شوند. بنابراین برخلاف نقشه‌های چاپ شده سنتی که پس از مدتی قدیمی می‌شوند، جی‌پی‌اس و فناوری‌های مربوط به آن بسیار دقیق هستند.

10- نظارت بر ورزش

جی‌پی‌اس می‌تواند برای نظارت بر ورزش استفاده شود و می‌تواند به ورزشکاران برای بهبود سلامت و تناسب اندام کمک کند. می‌توان از GPS برای محاسبه سرعت، مسافت طی شده و حتی استفاده از اطلاعات برای تخمین کالری سوزانده شده استفاده کرد.

11- گزینه‌های مختلف مسیریابی

جی‌پی‌اس به شما امکان انتخاب مسیر در زمان حال را می‌دهد و انعطاف پذیری را امکان پذیر می‌کند. شما می‌توانید یک مسیر را با توجه به نیازها یا خواسته‌های خاص خود انتخاب کنید. اگر مسیر را اشتباه انتخاب کنید، یک مسیر جدید را می‌توان با استفاده از جی‌پی‌اس محاسبه کرد. 

12- استفاده نظامی

ارتش علاوه بر مفید بودن برای ناوبری و سایر مصارف عمومی، از جی‌پی‌اس برای تعیین اهداف برای موشک‌های هدایت شونده استفاده می‌کند. جی‌پی‌اس با دادن مجموعه‌ای از مختصات به موشک، دقت را بهبود می‌بخشد و با کاهش احتمال گمراه شدن موشک، آسیب‌های جانبی را کاهش می‌دهد.

13- نقشه برداری منطقه

نقشه برداری زمین قبل از ساخت و ساز صورت می‌گیرد. با گذشت زمان، جی‌پی‌اس به تدریج جایگزین روش‌های سنتی نقشه برداری زمین شده است، عمدتاً به این دلیل که ارزان‌تر، سریع‌تر و معمولا دقیق‌تر می‌باشد.

14- ساختمان‌ها و زلزله‌ها

کاربردهای علمی زیادی از GPS فراتر از مسائل ناوبری وجود دارند. می‌توان از GPS برای کمک به شناسایی مشکلات ساختاری در جاده‌ها و ساختمان‌ها و همچنین پیش بینی بلایای طبیعی مانند زلزله از طریق نظارت بر حرکت صفحات تکتونیکی استفاده کرد.

فناوری‌های مشابه جی‌پی‌اس کدامند؟

فناوری‌های مشابه جی‌پی‌اس همگی در گروه فناوری‌های ناوبری ماهواره‌ای قرار دارند. این فناوری به دستگاه‌های متصل به آن اجازه می‌دهد تا با استفاده از سیگنال‌های زمانی که در طول یک خط دید از طریق امواج رادیویی از ماهواره‌ها ارسال می‌شوند، مکان خود را با دقت بالا تعیین کنند. اما جی‌پی‌اس تنها فناوری‌ای نیست که از این روش استفاده می‌کند. در ادامه با برخی از این سیستم‌ها آشنا می‌شویم.

سیستم ناوبری ماهواره‌ای گلوناس

گلوناس (GLONASS) یک سرویس ناوبری ماهواره‌ای روسی است. این سیستم بعد از جی‌پی‌اس دومین سیستم ناوبری است که با پوشش جهانی و با دقت قابل مقایسه عمل می‌کند. هر دو سیستم گلوناس و جی‌پی‌اس سیستم‌هایی هستند که نسبت به سیستم‌های دیگر، ماهواره‌های در دسترس بیشتری دارند و می‌توانند موقعیت‌های مکانی را با سرعت و دقت بیشتری تشخیص دهند. به‌ویژه در مناطقی که ساختمان‌ها ممکن است دید برخی از ماهواره‌ها را سد کنند.

تصویری از سیستم ناوبری روسی گلوناس (GLONASS)

پروژه گلوناس ابتدا در سال 1976 میلادی توسط اتحاد جماهیر شوروی کلید زده شد. از دوازدهم اکتبر 1982 این کشور با پرتاب موشک‌های ماهواره‌بر بر تعداد این ماهواره‌ها افزود. تا این‌که در سال 1995 آن‌چه با عنوان صورت فلکی ماهواره‌ای می‌نامیم و پوشش جهانی را برای ناوبری ممکن می‌کند، کامل شد. از نظر فناوری، بخش جهانی ناوبری این سیستم در سال 2011 در دسترس قرار گرفت.

در مقام مقایسه بین گلوناس و جی‌پی‌اس باید بگوییم تا آنجا که به دقت در موقعیت مکانی جهانی مربوط می‌شود، جی‌پی‌اس بهتر از GLONASS عمل می‌کند. اما از آن‌جا که روش موقعیت‌یابی ماهواره‌های گلوناس با جی‌پی‌اس تفاوت دارد، گلوناس در عرض‌های جغرافیایی بالا بهتر عمل می‌کند. این امر منطقی است زیرا GLONASS با تمرکز بر کاربرد در روسیه طراحی شده است که همچنین به زمین‌های هموار خود شهرت دارد. شما در مقاله” سیستم ناوبری ماهواره ای GLONASS چیست؟ ” می‌توانید اطلاعات کاملی از این سیستم ناوبری ماهواره ای به دست آورید.

سیستم ناوبری ماهواره‌ای بیدو

بیدو (BeiDou) یک سیستم ناوبری ماهواره‌ای جهانی است که توسط چین برای تامین الزامات امنیت ملی و رشد اقتصادی ساخته شده است. این سیستم تعیین مکان دقیق، امکانات ناوبری و سیگنال‌های زمانی را به‌طور شبانه‌روزی در اختیار کاربران قرار می‌دهد. یکی از کاربردهای جذاب این سیستم نیز تلاش‌های دانشمندان و طراحان دستگاه‌های اینترنت اشیا برای استفاده از این سیستم بوده است که از جمله آن‌ها می‌توان به دستگاه‌های تولید شده توسط شرکت‌های مانند Thinkrace اشاره کرد. سیستم BeiDou همچنین اولین سیستم ناوبری ماهواره‌ای است که با فرکانس سه گانه و دقت بالا فعال شده است.

تصویری از ماکت ماهواره های جهان دوره کره زمین

سیستم بیدو از دو صورت فلکی ماهواره‌ای مجزا تشکیل شده است. اولین حلقه این سیستم در شامل سه ماهواره بود که در سال 2000 در مدار زمین قرار گرفتند و از همان زمان با نام بیدو در مرحله آزمایش قرار گرفتند. بخش BeiDou-1 در پایان سال 2012 از رده خارج شد و نسل دوم روی کار آمد. این نسل از ماهواره‌های ناوبری چینی با نام COMPASS یا BeiDou-2 شناخته می‌شود. نسل سوم ماهواره‌های این سیستم در سال 2015 راه‌اندازی شدند و سیستم بیدو در سال 2018 از قابلیت ارائه خدمات جهانی برخوردار شد. سرانجام نیز آخرین ماهواره یا پنجاه و دومین ماهواره این سیستم در سال 2020 در مدار زمین قرار گرفت.پیشنهاد می کنیم مقاله “سیستم ناوبری ماهواره‌ای BeiDou چیست؟ ” را مطالعه نمایید.

سیستم ناوبری ماهواره‌ای گالیلئو

گالیلئو (Galileo) نام کوچک اخترشناس و فیزیکدان نامدار ایتالیایی و نیز نام یک سیستم ناوبری ماهواره‌ای اروپایی است. این سیستم نخستین بار در سال 2016 راه‌اندازی شد. گالیلئو را می‌توان حاصل همکاری اتحادیه اروپا و کشورهای عضو و نیز آژانس فضایی اروپا دانست که خود این نهاد نیز توسط آژانس برنامه فضایی اتحادیه اروپا (EUSPA) اداره می‌شود.

سیستم ناوبری ماهواره‌ای اروپایی می باشد که نخستین بار در سال 2016 راه‌اندازی شد.

جالب است بدانید یکی از گالیلئو گالیله، اخترشناس نامدار ایتالیایی، ایجاد یک سیستم موقعیت‌یابی دقیق به‌ویژه برای کشتی‌های باری و مسافربری بود و به‌همین دلیل، گردانندگان پروژه 10 میلیارد یورویی گالیلئو این نام را از گالیله وام گرفتند. یکی دیگر از اهداف راه‌اندازی این پروژه امکان خوداتکایی اتحادیه اروپا در مواقع بحرانی و عدم نیاز به سیستم‌های روسی گلوناس، چینی بیدو و نیز آمریکایی جی‌پی‌اس بود.شما می توانید در مقاله “سیستم ناوبری ماهواره‌ ای Galileo چیست؟” به صورت کامل در مورد این سیستم بخوانید.

چشم‌انداز و امکان توسعه سیستم موقعیت‌یاب جهانی GPS

بهبود عملکرد سیستم موقعیت‌یاب جهانی GPS آن را به ابزاری محبوب برای ناوبری جاده‌ای تبدیل کرده است. با این حال این سیستم واقعا چقدر قابل اعتماد است و چگونه می‌توان آن را به یک سیستم به اندازه کافی قوی برای انجام وظایف مهم مانند موقعیت‌یابی سفرهای هوایی و ریلی توسعه داد؟

سیستم GPS ابتدا برای ارتش ایالات متحده ایجاد شد و توسعه یافت و تحت مالکیت و اداره وزارت دفاع ایالات متحده بود. اندک اندک از این سیستم برای ناوبری هوایی و دریایی نیز استفاده شد. اخیرا GPS با گیرنده‌های بهبود یافته و فناوری‌های کمکی مانند تطبیق نقشه، به فناوری ناوبری مناسبی برای سفرهای جاده‌ای تبدیل شده است تا جایی که GPS به یک استاندارد روتین در خودروهای لوکس و بسیاری از دستگاه‌های دیجیتالی مانند موبایل تبدیل شده است.

افرایش تنوع در کاربردهای جی‌پی‌اس

فناوری ناوبری ماهواره‌ای جی‌پی‌اس دارای کاربردهای فراوانی است و هر روز نیز بر تعداد کاربرهای آن افزوده می‌شود. برای مثال شرکت Norwich Union یک جعبه سیاه کوچک حاوی یک گیرنده GPS و یک مودم رادیویی را در خودروهای بیمه شده خود تعبیه می‌کند که به‌طور مداوم موقعیت خودرو را کنترل می‌کنند و هر روز، سوابق مکان‌ها و زمان‌های سفر را در رایانه‌های Norwich Union بارگذاری می‌کنند.

برخی از کاربردهای جدید دیگر این فناوری عبارتند از:

• ردیابی زندانیان
• مکان‌یابی حیوانات مزرعه
• بازی‌های مبتنی بر مکان
• حفاظت از کارگران

افزایش دقت سیستم جی‌پی‌اس

جی‌پی‌اس اولین سیستم ناوبری ماهواره‌ای جهانی (GNSS) بود و همچنین تنها سیستمی است که فعلا برای استفاده تجاری در دسترس است؛ اگرچه سیستم بیدو چین نیز در تلاش است تا اندک اندک وارد این عرصه شود. یک گیرنده جی‌پی‌اس برای محاسبه موقعیت، باید بتواند حداقل چهار سیگنال ماهواره را دریافت و اندازه‌گیری کند و باید دقیقا بداند که ماهواره‌ها در کجای آسمان قرار دارند.

با این حال، سیگنال‌های ماهواره‌ای بسیار کم‌قدرت هستند و همین مساله باعث کاهش دقت آن‌ها می‌شود. برای درک موضوع کافی است به این اشاره کنیم که ضعیف‌ترین سیگنالی که تلفن‌ همراه با آن کار می‌کند حدود 1000 برابر قوی‌تر از قوی‌ترین سیگنال ماهواره‌های GPS است و ضعیف‌ترین سیگنالی که یک تلویزیون دیجیتال می‌تواند با استفاده از آن تصویر را دریافت کند، حدود 100000 برابر قوی‌تر از قوی‌ترین سیگنال GPS است. بنابراین سیستم‌ ماهواره‌ای جی‌پی‌اس در آینده باید بتواند یا با افزایش قدرت این سیگنال‌ها و یا با افزایش توانایی گیرنده‌ها در دریافت سیگنال، این ضعف را کاهش دهد.

کلام آخر

جی‌پی‌اس از سیگنال‌هایی استفاده می‌کند که توسط ماهواره‌های در حال چرخش ارسال می‌شوند تا مکان دستگاه را مشخص کنند و هر حرکتی را در طول زمان مشخص نمایند. جی‌پی‌اس به خودی خود دارای محدودیت‌هایی است زیرا فقط اطلاعات اولیه‌ای مانند مختصات و چند آمار دیگر را ارائه می‌دهد اما هنگامی که با فناوری‌های دیگری مانند نقشه‌ها ترکیب شده و در سیستم‌های ناوبری گنجانده شود، به یک ابزار بسیار قدرتمند تبدیل خواهد شد.

جی‌پی‌اس که در ابتدا توسط وزارت دفاع ایالات متحده برای مصارف نظامی توسعه داده شد، اکنون به طور گسترده در دسترس عموم قرار گرفته است و اغلب در محصولاتی مانند دستگاه‌های ناوبری مستقل برای وسایل نقلیه جاده‌ای و همچنین اپلیکیشن‌هایی برای گوشی‌های هوشمند به کار گرفته می‌شود.

منابع استفاده شده :

https://www.informatique-mania.com//

https://turbofuture.com/