جی پی اس چیست و چگونه کار می کند ؟

سیستم مکان یابی جهانی ( Global Positioning System ) یک سیستم هدایت ( ناوبری ) ماهواره ای اســت و تنها سیستمی می باشد که امروزه قادر است، موقعیت دقیق شما را بر روی زمین در هر زمان، درهر مکان و در هر هوایی مشخص کند . این ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده اند. اولین ماهواره GPS در سال 1978 یعنی حدود 35 سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.

این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال 1980 استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شدوسرانجام  در سال 1994 شبکه ای شامل24 ماهواره  تشکیل گردیدکه امروزه تعداد آنها به عدد 28 رسیده است.

خدمات این مجموعه در هر شرایط آب و هوایی و در هر نقطه از کره زمین در تمام ساعت شبانه روز در دسترس است. پدید آوردنگان این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رایگان است.

قت بالای این سیستم و جهانی بودن آن دلیلی بر استفاده از این سیستم در علوم مختلف می باشد.

این سیستم در طول 24 ساعت شبانه روز فعال است و در هر زمان و در هر مکان که لازم باشد می توان توسط آن تعیین موقعیت کرد.

GPS چگونه کار می کند؟

ماهواره های GPS در یک مدار معین، زمین را دو بار در روز دور می زنند و سیگنال های اطلاعاتی را به زمین ارسال می کنند.
دریافت کننده GPS این اطلاعات را گرفته و برای محاسبه مکان دقیق کاربر از روش های هندسی استفاده می کند. در اصل دریافت کننده ی GPS زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت سیگنال مقایسه می کند.
اختلاف زمان بازگو کننده ی میزان فاصله ی ماهواره از دریافت کننده ی GPS است.
با اندازه گیری فاصله، از تعدادی چند از ماهواره ها ،دریافت کننده می تواند مکان کاربر را مشخص کرده و آن را روی نقشه ی الکترونیکی واحد نمایان کند.
 یک دریافت کننده ی GPS با سیگنال هایی که از حداکثر سه ماهواره دریافت می کند، می تواند مسیر حرکت و مختصات دو بعدی (طول و عرض) مکان را محاسبه کند. با در نظر گرفتن چهار یا بیشتر ماهواره ، دریافت کننده می تواند مختصات سه بعدی (طول،عرض،ارتفاع) مکان کاربر را مشخص کند. زمانی که مکان کاربر مشخص شد ، GPS می تواند سایر اطلاعات نظیر: سرعت،مسیر،فاصله ی پیموده شده،فاصله تا مقصد،زمان طلوع و غروب خورشید و ... را محاسبه کند.

انواع گیرنده‌هایGPS

گیرنده‌های جی‌پی‌اس انواع گوناگونی دارند و انتخاب هرکدام از آن‌ها بستگی به موارد استفاده ی شما دارد؛ برای نمونه این که می‌‌خواهید در داخل خودرو آن را نصب کنید یا اینکه آن را در کوله پشتی خود قرار دهید گزینه‌های متعددی را پیش روی شما می‌‌گذارد.

گیرنده‌های دستی جی‌پی‌اس - نقشه بردار:

همانطور که از نام این گیرنده بر می‌‌آید گیرندهٔ نقشه بردار از قابلیت نمایش نقشه برخوردار است. با اتصال این گیرنده به یک رایانه شخصی نقشه ی دلخواه تان را به گیرنده می‌‌دهید. جزئیات نقشه نیز بستگی به اندازه و نیز رزولوشن نمایشگر دارد.
 این گیرنده‌ها فشارسنج، قطب نمای الکترونیکی، بازی و سالنامه هم دارند.
 دارای نقشه کلی ایران و جهان قابلیت مساحی اراضی حتی با اشکال نامنظم مورد استفاده در ورزش هایی مانند کوهنوردی، صحرانوردی، دوچرخه سواری، قایقرانی، موتورسواری ، اتوموبیلرانی، اسکی و...
این شرکت انواع GPS های دستی شرکت Garmin را ارائه می دهد .

گیرنده‌های جی‌پی‌اس برای خودرو:

گیرنده‌ها بزرگ تر از گیرنده‌های دستی هستند و نمایشگری نسبتاً بزرگ دارند تا راننده در هنگام رانندگی به سادگی آن را بخواند.
این گیرنده‌ها با استفاده از برق خودرو کار می‌کنند و بنابراین تنها در داخل خودرو قابل استفاده هستند.
ویژگی جالبی که معمولاً در این دستگاه‌ها وجود دارد، راهنمایی‌های صوتی دستگاه است و به راننده اجازه می‌‌دهد بدون اینکه چشم خود را از جاده بردارد، با گوش دادن به صدای دستگاه طبق نقشه پیش برود. آن‌ها ثابت هستند و از زیبایی و نیز ایمنی بیشتری برخوردارند.

- جستجو و مشخص کردن بسیار دقیق مکانها و راهها.
 ـ نشان دادن خلاصه ای از مسیر مورد نظر.
ـ پیدا کردن سریع راه و جستجوی مسیر بهینه.
 ـ قابلیت انتخاب کوتاه ترین، سریعترین، از بزرگراه و غیر بزرگراه.
ـ رهیابی هوشمندانه و گویا به سوی مقصد.
ـ جستجوی سریع و پیداکردن راه جدید به صورت خودکار در صورت انحراف از مسیر اصلی.
- نمایش سرعت لحظه ای خودرو.
ـ جستجو ازطریق آدرس (وارد کردن نام کوچه مورد نظر و یا تقاطع دو خیابان).
ـ نمایش اسم خیابان به همراه منطقه آن.
ـ جستجو از روی اماکن مهم، نقشه وغیره.
ـ هدایت در هنگام رهیابی به سمت مقصد با راهنمایی صوتی ، از طریق اعلام جهت حرکت.

ردیاب ماهواره ای خودرو و اشخاص

سیستم های ردیاب ماهواره ای موارد استفاده متعددی دارد. به طور کل جهت بررسی دقیق آخرین وضعیت دستگاه شامل مکان، سرعت و ... در مدل های ردیاب آنلاین و جهت بررسی مسیرهای طی شده دستگاه در بازه های مختلف زمانی در مدل های ردیابی آنلاین و ردیاب آفلاین استفاده میشود.
به طور مثال جی پی اس های راهنمایی رانندگی از نمونه های ردیاب آفلاین است که با دستگاه ردیاب اطلاعات مربوط به موقعیت و سرعت خودرو را به صورت مدام در حافظه خود ذخیره کرده و این اطلاعات در پلیس راه به صورت مموری کارت تحویل خواهد شد.
ردیابی آفلاین تنها از یک ماژول GPS جهت مکان یابی و ثبت اطلاعات مکانی، زمانی و ... در حافظه دستگاه استفاده می شود.
برخی از دستگاه های ردیاب آفلاین همراه با مموری قابل جابجایی هستند و برخی به صورت ردیابی آفلاین با مموری داخلی . در حالت اول حافظه قابل افزایش و جابجایی ولی در حالت دوم حافظه درون دستگاه تعبیه شده و قابلیت جابجایی یا ارتقا را ندارد.

دستگاه های ردیاب آنلاین یا برخط، دستگاه هایی هستند که به صورت لحظه به لحظه می توان از طرق مختلف از آخرین موقعیت دستگاه ردیاب مطلع بود و همچنین میتوان سیستم های نرم افزاری را برنامه نویسی کرد تا بتوان علاوه بر آخرین موقعیت خودرو از سایر امکانات نظیر مسیر طی شده، تعریف محدوده جغرافیایی و ... نیز استفاده کرد، به این گونه سیستم ها بر اساس قابلیت هایی که ارائه می دهند به سیستم های ردیابی خودرو یا به صورت پیشرفته تر به سیستم کنترل هوشمند ناوگان حمل و نقل اطلاق می شود.

کاربردهای GPS

بطورکلی ازمهمترین زمینه های کاربد GPS می توان به مواردزیر اشاه کرد.
 الف – درزمینه های نظامی
1- کاربردهوایی : ازهدایت موشک ها تا تمام هواپیماهای جنگنده و بمب افکن , هلی کوپتر .موشک کروز , چتر بازی و پروازهای نظامی و ....
2- کاربرد های دریایی: زیردریایی , کشتی و تمام انواع قایق ها ودریانوردی نظامی .
3- کابردهای زمینی :  مکان توپخانه ها, ناوبری خودروها , هدایت پیاده نظام , سیستم موشک زمین به زمین , شناخت نوع وجنس خاک .
ب: کاربرد های نقشه برداری :
 از GPS به طریق مختلف درنقشه برداری می توان استفاده کرد .مهمترین کاربردهای GPS درنقشه برداری عبارتنداز :
1) نقشه برداری هیدرو گرافیک .
2) نقشه برداری سینما تیکی خیلی دقیق برروی زمین .
3) فتو گرامتری بدون کنترل زمینی
4) انبوه سازی شبکه ژئو دتیک
5) نقشه برداری کارامتری
6) فتو گرامتری بصورت REAL .TIME
ج: کاربردهای تجاری :
1)ناوبری هوایی : دردهه هشتاد , چهل سال پس از کنوانسیون شیکاگو که منجر به تأسیس سازمان بین المللی هواپیماهای کشوری ایکائو گردید نگرانی جامعه هواپیمایی ازمحدودیتهای سیستم های ناوبری موجود به طور روزافزونی افزایش یافت .
 پیش بینی های به عمل آمده نیز نشان دهنده رشدسریع مسافرت های هوایی تاسال 2001 خصوصاً درمناطقی مانند آسیا , اقیانوسه بودتعداد 18 میلیارد مسافر وبیش از 10000هواپیما ی درحال تردد درهرلحظه این نگرانی را تایید می نمود .لذا پیشنهاد شد که ازتکنولوژی ماهواره برای مبادله صوتی وداده های موردنیاز با خطوط ارتباطی مستقیم از هواپیمابه ماهواره وازآن طریق به کنترل ترافیک هوایی استفاده شود. دراین حالت محدودیت دید مستقیم درسیستم های (17) VHF و کیفیت درسیستم های (18) HF وجودندارد بعلاوه دریک مجموعه واحد می توان بصورت همزمان داده های ضروری هواپیما مانند مشخصات پرواز, ارتفاع , سرعت و جهت را نیز به کنترلر مراقب پرواز اطلاع داد واز این  طریق خطای انتقال صحیح اطلاعات ناشی از عوامل انسانی دروقوع سوانح را به کلی ازبین برد.
امروزه تئوری پرواز آزاد انقلابی درصنعت حمل ونقل هوایی بوجود آورده است درپرواز های آزاد با توجه به قابلیت انعطاف سیستم های ناوبری ونظارت می توان به جای استفاده ازمسیرهای ثابت هوایی آنها را بصورت کاملاً دینامیکی بهینه نمود این ایده جالب بهره برداری بسیارموثر ازفضا را دارد .بنابراین امروزه شرکت های بزرگ هواپیما سازی مشغول نصب سیستمهای GPS برروی هواپیما ها می باشند .
2- ناوبری دریایی : درناوبری دریایی برای تعیین مسیر , نقاط مبداء ومقصد وغیره از GPS می توان بهره گرفت .
د: کاربردهای همگانی :
سیستم موقعیت یاب GPS  کاربرهای همگانی نیز دارد که ازمهمترین این کاربردها می توان به موارد زیراشاره کرد.
1- حرکت درفضای باز: حرکت درمناطقی که راههای چندان مناسبی ندارد یا به کلی فاقد راه است .گیرنده GPS  بسیارارزشمند خواهدبود.
2- ماهیگیری
3- پروازبا گلایدر .
4- استفاده حرفه ای درعملیات زمینی
5- اسکی , کوهنوردی
6- قایقرانی
7- عملیات جستجو و نجات
8- حرکت اتومبیل درجاده
9- مسابقات اتومبیل رانی رالی
البته کاربرهای GPS روزبه روز بیشتروبیشتر می شود ونیزنباید این نکته را ازنظر دورداشت که این سیستم با تمام مزایای خودممکن است دچار اختلال گردد ویا گیرنده ای که دردست شماست دچارخرابی گردد .پس بایدروشهای موقعیت یابی کلاسیک را که کار با قطب نما ونقشه است ازیادنبرد واول این روش را یادگرفت وبعدبسراغ GPS رفت تا درمواقع نیازدچار وابستگی به سیستم موقعیت یابی جهانی نباشیم .
 البته مطالب گفته شده دراین مقاله بطور کامل تمام جزئیات را موردبررسی قرار نداده .زیرا بسیاری ازموارد مسائل فنی ویا محرمانه سیستم می باشد که کمتر دردسترس افرادعادی می باشد و نیز بررسی آن نیاز به دانستن بساری ازروابط پیچیده فیزیک و.... دارد.