سیستم ناوبری ماهواره ای جهانی یا GNSS چیست؟
سیستم ناوبری ماهوارهای جهانی
فناوری GNSS یا سیستم ناوبری ماهوارهای جهانی، یک فناوری غیر قابل مشاهده است که مردم به طور روزمره بدون این که آگاه باشند، در حال استفاده از آن هستند. از سامانه‌های ارتباطی گرفته تا نرم‌افزار‌های موقعیت‌یابی تلفن همراه مانند نقشه‌ها، همگی به GNSS وابسته هستند. همچنین در بررسی تغییرات آب‌وهوا، مطالعات یونوسفر، شبکه‌های بی‌سیم، ژئوکدینگ عکاسی، ارتباطات ماهوارهای سیار، مرجع زمانی دقیق و ناوبری نظامی استفاده می‌شوند. از این رو در این مطلب، با تعریف سیستم ناوبری ماهوارهای جهانی، انواع سیستم‌های GNSS، روش استفاده و همچنین کاربردهای آن‌ها آشنا می‌شویم.
سیستم ناوبری ماهوارهای جهانی یا GNSS چیست؟
سیستم GNSS و یا همان سیستم ناوبری ماهوارهای جهانی، مخفف Global Navigation Satellite System است. این سامانه شبکهای متشکل از ماهواره‌ها می‌باشد که زمان‌بندی و اطلاعات مداری را به زمین ارسال می‌کنند. این اطلاعات توسط گیرنده‌های زمینی ثبت می‌شوند و برای تعیین موقعیت اجسام مورد استفاده قرار می‌گیرند. ماهواره‌ها سیگنال‌هایی را از موقعیت‌های زمان و مکان می‌فرستند که از طریق محاسباتی پیچیده، مکان دقیق شما را بر روی نقشه در جای‌جای کره زمین شناسایی می‌کنند.
سیستم GNSS فراتر از صرفا ماهوارههایی است که به دور زمین می‌چرخند. گروه‌های متعددی از ماهواره‌ها، سیگنال‌هایی را برای ایستگاه‌های مدیریت کنترل و کاربران GNSS در سراسر کره زمین ارسال می‌کنند. این سه بخش (فضا، پایگاه کنترل و کاربر) همگی جزئی از GNSS در نظر گرفته می‌شوند. اما به طور معمول، GNSS برای توصیف ماهواره‌ها در فضا استفاده می‌شود.
پایگاه فضایی GNSS
بخش فضایی GNSS، مربوط به ماهوارههایی است که در ارتفاع 20 تا 37 هزار کیلومتری زمین در حال گردش هستند. با دریافت سیگنال از این ماهواره‌ها، مشخص می‌شود که کدام ماهواره در حال ارسال است و اطلاعات زمان، مدار، وضعیت و سلامت آن را به پایگاه زمینی می‌دهد. چهار ماهواره اصلی GPS، GLONASS، Galileo و BeiDou و همچنین دو سیستم ناوبری ماهوارهای منطقهای QZSS و IRNSS در مدار زمین قرار دارند. هر یک از این سیستم‌های ناوبری توسط یک کشور متفاوت مدیریت می‌شوند.
پایگاه کنترل GNSS
بخش کنترل شبکهای از ایستگاه‌های کنترل اصلی، آپلود داده و نظارت، واقع در سراسر جهان است. این ایستگاه‌ها سیگنال ماهواره را دریافت و با مدل‌های مداری مقایسه می‌کنند. اپراتورها در این ایستگاه‌ها می‌توانند موقعیت ماهواره‌ها را برای تصحیح یا تغییر مسیرهای مداری آن‌ها کنترل کنند. به طور مثال ممکن است ماهوارهای جابجا شده باشد یا برای جلوگیری از برخورد با زباله‌های فضایی نیاز به جابجایی داشته باشد. فرآیند‌های ذکر شده و همچنین نظارت بر سلامت ماهواره‌ها در پایگاه‌های کنترل، دقت در موقعیت‌یابی GNSS را در سراسر جهان تضمین می‌کند.
بخش کاربر GNSS
بخش کاربر شامل تجهیزاتی است که سیگنال‌های ماهوارهای را دریافت و بر اساس زمان و مکان مداری حداقل چهار ماهواره، شروع به موقعیت‌یابی می‌کنند. این بخش شامل آنتن‌های کاربر برای شناسایی و دریافت سیگنال‌های باکیفیت و همچنین گیرنده‌هایی با دقت بالا و موتورهای موقعیت‌یابی است که سیگنال‌ها را پردازش کرده و خطاهای زمانی احتمالی را برطرف می‌کنند.
انواع سیستم‌های ناوبری ماهوارهای جهانی
سیستم ماهوارهای ناوبری جهانی (GNSS) اصطلاحی عمومی برای هر یک از ماهوارههایی است که داده‌های موقعیت‌یابی، ناوبری و زمان‌بندی را به زمین ارسال می‌کنند. شایان ذکر است که به طور کلی چهار GNSS اصلی و دو سیستم GNSS منطقهای (محلی) وجود دارند. این ماهواره‌ها از فرکانس‌های رادیویی باند L برای انتقال سیگنال‌های خود استفاده می‌کنند. با این حال هر سیستم ماهوارهای ممکن است فرکانس‌های مختلفی را برای این سیگنال‌ها انتخاب کند.
نکته جالب توجه این است که سیستم‌های تقویت سیگنال مبتنی بر ماهواره (SBAS) وجود دارند که تصحیحات خطای جهانی را برای بهبود دقت GNSS فراهم می‌کنند. بسیاری از کشورها سیستم‌های SBAS خود را مدیریت می‌کنند و به طور معمول جدا از سیستم ماهوارهای GNSS سنتی در نظر گرفته می‌شوند. در ادامه با انواع سیستم‌های GNSS آشنا می‌شویم.
سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) ایالات متحده آمریکا
سامانه GPS توسط نیروی فضایی ایالات متحده که شاخه‌‌ای از نیروهای مسلح این کشور به شمار می‌رود اداره می‌شود. GPS اولین سیستم ناوبری ماهوارهای جهانی بود که در فضا تاسیس شد و اولین ماهواره آن را در سال ۱۹۷۸ به فضا پرتاب کردند. در حال حاضر این سیستم معروف و جهانی، از ۳۱ ماهواره در مدار تشکیل شده است که از فرکانس‌های L1 (42/1575 مگاهرتز)، L2 (60/1227 مگاهرتز) و L5 (45/1176 مگاهرتز) پشتیبانی می‌کنند.
سیستم ناوبری ماهوارهای GLONASS روسیه
سامانه GLONASS اولین بار در اتحاد جماهیر شوروی برای رقابت با GPS در دهه ۷۰ میلادی توسعه یافت و در حال حاضر توسط شرکت دولتی Roscosmos اداره می‌شود. اولین ماهواره گلوناس در سال ۱۹۸۲ به فضا پرتاب شد و امروزه دارای ۲۴ ماهواره در مدار است و در سال ۲۰۱۰ سراسر کشور روسیه را به طور کامل پوشش داد. ماهواره‌های GLONASS سیگنال‌ها را در فرکانس‌های L1 (0625/1598 تا 375/1605 مگاهرتز)، L2 ( 625/1248 تا 9375/1242 مگاهرتز) و L3 (025/1202 مگاهرتز) ارسال می‌کنند.
سیستم موقعیت‌یابی ماهوارهای GALILEO اتحادیه اروپا
سیستم ماهواره ای Galileo یک سیستم موقعیت‌یاب ماهوارهای جدید است که برای اولین بار در سال ۲۰۱۱ به فضا پرتاب شد. این سامانه توسط آژانس سیستم‌های ماهوارهای ناوبری جهانی اروپا اداره می‌شود و در حال حاضر دارای ۲۶ ماهواره در مدار است و برنامه دارد تا سال ۲۰۲۱ به ۳۰ ماهواره برسد. در مقاله “سیستم ماهواره ای Galileo چیست؟” ما به صورت کامل این سیستم را توضیح دادیم.
سیستم موقعیت‌یابی ماهوارهای BeiDou چین
سیستم BeiDou اولین بار در سال ۲۰۰۰ توسط اداره ملی فضایی چین (CNSA) به فضا پرتاب شد. طی ۲۰ سال گذشته، تعداد ماهواره‌های BeiDou به ۴۸ عدد در مدار است. این ماهواره‌ها در حال حاضر سیگنال‌های بسیاری از جمله B1I (098/1561 مگاهرتز)، B1C (42/1575 مگاهرتز)، B2a (42/1175 مگاهرتز)، B2I و B2b (14/1207 مگاهرتز) و B3I (52/1268 مگاهرتز) را ارسال می‌کنند.
سیستم موقعیت‌یابی ماهوارهای منطقهای QZSS ژاپن
سیستم ناوبری ماهوارهای محلی شبه زنیت ژاپن (QZSS) توسط آژانس اکتشافات هوافضای این کشور (JAXA) اداره می‌شود و اولین بار در سال ۲۰۱۰ پرتاب شد. این سیستم برخلاف دیگر سیستم‌های موقعیت‌یابی، فقط منطقهای آسیا-اقیانوسیه را بین ژاپن و استرالیا پوشش می‌دهد.
سیستم موقعیت‌یابی ماهوارهای منطقهای IRNSS/NavIC هند
سامانه IRNSS از دیگر سیستم‌های ناوبری ماهوارهای محلی است که توسط سازمان تحقیقات فضایی هند (ISRO) اداره می‌شود. IRNSS با نام دیگر NavIC نیز شناخته می‌شود و شامل هشت ماهواره در مدار است. اما تنها هفت ماهواره فعال دارد.
کاربردهای سیستم ناوبری ماهوارهای
سیستم ناوبری ماهوارهای کاربردهای بسیار زیادی با تکیه بر سیگنال‌های ماهوارهای دارد. این سیستم در صنایع مختلفی از کشاورزی گرفته تا خودروسازی و صنایع دفاع به طور گسترده استفاده می‌شود. از این رو کاربردهای این سامانه به طور کلی به پنج دسته اصلی تقسیم می‌شوند که شامل:
مکان: تعیین موقعیت شما در سطح زمین
ناوبری: شناسایی بهترین مسیر از یک مکان به مکانی دیگر
ردیابی: نظارت بر حرکت یک شی در سطح زمین
نقشه‌برداری: ایجاد نقشه‌های یک منطقه خاص
تعیین زمان: محاسبه زمان‌بندی دقیق با دقت یک میلیاردم ثانیه
GNSS؛ سیستم موقعیت‌یابی ماهوارهای کاربردی در صنایع مختلف
سیستم ناوبری ماهوارهای جهانی یا GNSS، یک سامانه موقعیت‌یابی است که از امواج دریافتی از سمت ماهواره‌های موجود در مدار به کمک گیرنده‌های زمینی استفاده می‌کند. سیستم GNSS از سیستم‌های ماهوارهای مختلفی از جمله GPS، GLONASS ،گالیله، BeiDou، QZSS و IRNSS تشکیل شده است. سامانه موقعیت‌یابی ماهوارهای در صنایع مختلفی مانند کشاورزی، خودروسازی و صنایع نظامی کاربرد دارد.
منابع
https://www.online-sciences.com//
https://www.symmetryelectronics.com//
