سیستم تعیین موقعیت جهانی GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM)

مراحل پیشرفت ناوبری استفاده از طلوع و غروب خورشید و ستارگان در شب استفاده از قطب نما استفاده از اسطرلاب و زاویه سنج(سیکستانت)- ارتفاع سنج استفاده از آلمانک(در سال 1735 آمریگو وسپوسی با استفاده از آلمانک ایتالیا (ferrara) طول جغرافیائی برزیل را به دست آورد. ناوبری رادیوئی در سال 1912 با استفاده از اختلاف زمان رفت و برگشت موج

ساختار سیستم تعیین موقعیت جهانی بخش فضائی (space segment) بخش کنترل زمینی (control segment) بخش گیرنده زمینی (user segment)

انواع سیستم موقعیت یابی جهانی GPS GLONASS(Global Navigation Satellite System) NNSS(Naval Navigation Satellite System) DOPLLER GALILO GNSS …

GPSچیست ؟ یک سیستم هدایت (ناوبری) ماهواره‌ای اســت شـامل شبکه‌ای از 24 ماهواره در گردش که درفاصله 11 هزار مایلی (20200 کیلومتر)و در شش مدار مختلف قرار’گرفته اند. این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده‌اند. این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد، ولی بعد از آن استفاده عمومی آن آزاد اعلام شد.

تاریخچه شکل گیری 1960- آغاز شکل گیری تفکر موقعیت یابی توسط ماهواره توسط نیروی دریایی آمریکا زیر نظر DOD( وزارت دفاع آمریکا) 1974- پیوستن سایر شاخه های نظامی به آن و شکل گیری NAVASTAR 1978- پرتاب اولین ماهواره GPS به فضا ۱۹۹۴- شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید 1995 عملیاتی شدن سیستم فوق عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین می‌گردد

بخش فضایی تعداد ماهواره= 24 + 4تا رزرو سرعت ماهواره=11500km/h تعداد ماهواره= 24 + 4تا رزرو سرعت ماهواره=11500km/h فاصله از زمین= 20200 کیلومتر پریود چرخش= هر 12 ساعت مدار = 6 بیضی هر کدام شامل 4 ماهواره کلاک= کلاک اتمی با پایه 10.23 MHz توان سیگنال ارسالی = 50 وات زاویه میل= 55 درجه نسبت به استوا تغذیه= سلولهای خورشیدی به طول ۵.۵ متر با باطری ذخیره خورشیدی در زمان کسوف یا سایه وزن هر ماهواره= تقریباً 2000 پاوند (907.18474 kg) و 18/5 متر عرض ماهواره است. عمر ماهواره= 10 سال راکتور اتمی ماهواره جهت ثابت نگه داشتن ماهواره در مدار=yocket booster

بخش کنترل زمینی شامل 5 ایستگاه کنترل زمینی که ایستگاه اصلی در کلرادو آمریکا قرار دارد و 4 ایستگاه مانیتورینگ در سایر نقاط دیگر جهان. مختصات این ایستگاهها با روش VLBI(تعیین فواصل بلند توسط کوازارها) و SLR( فاصله سنجی ماهوارهای با امواج لیزر) دقیقا مشخص است. اطلاعات دیتا بیس ماهواره از طریق این ایستگاهها به ماهواره تزریق میگردد. هاوایی کواجالین جزیره اسنشن دیگو گارسیا کلورادو در 3 نقطه کره زمین ایستگاه مانیتورینگ ایستگاه کنترل ایستگاه ارسال

بخش کاربری خود شامل دو بخش است: آنتن گیرنده(پردازش کننده اطلاعات دریافتی و تعیین کننده موقعیت محل آنتن) نرم افزار به کمک پروسسور با استفاده از اطلاعات دریافتی از حداقل 3 ماهواره X , Y محل آنتن را مشخص میسازد.

خطای S.A (Selective availability) در سال 1972 آزمایش نشان داد بدترین دقت این سیستم 15 متر و بهترین 1 متر در حالت آنی میباشد لذا نگرانی ایالت متحده برای استفاده نظامی سایر کشورها بر علیه آنها باعٍث شد کاربران آن دو دسته گردند: کاربران مجاز کاربران غیر مجاز(شخصی) دقت بین 15 الی 100 متر

انواع سطوح مبنا در اندازه گیری ارتفاع ژئوئید – طبیعت فیزیکی دارد و در واقع یکی از سطوح هم پتانسیل زمین میباشد( ارتفاع ارتومتریک) بیضوی – یک سطح فرضی دور زمین است (ارتفاع ژئودتیک) سطح متوسط آبهای آزاد (M.S.L) – ارتفاع از سطح دریاهای آزاد جهان( ارتفاع تراز یا بطور عامیانه ارتفاع) در صورتیکه حداقل 4 ماهواره توسط گیرنده دیده شود Z (ارتفاع)نیز محاسبه میگردد.

مزایا: 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 آورندگان این سیستم ، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته‌اند و استفاده از آن رایگان است. خطای کمتر از 1ppm برای طولهای کوتاه (1-100km) برای طولهای بالای 100کیلومتر این خطا برابر 2ppm میباشد. برقراری دید بین ایستگاههای مختلف دیگر معیاری برای تعیین محل آنها نیست.

محدودیتها سیگنالهای ماهواره ای از پوشش گیاهی انبوه ،صخره ها، ساختمانها و ... نمیگذرد.(نقشه و قطب نما در این مرحله راهگشاست) خطای S.A از دقت این سیستم برای استفاده آنی در کاربران معمولی میکاهد. خطای اتمسفر(تروپوسفر و یونیسفر) از دقت میکاهد. خطای آمبیوتی( Ambiguitie) ماهواره هایی قابل رؤیت اند که زاویه ارتفاعی آنها به علت خطای انکسار یونیسفر بین 10 تا 15 درجه باشد.Elevation Musk Angle 0~60 km troposfer 60~400 km ionesfer

عملکرد GPS FSK Modulation MCS upload ALMANAC Ephemerice Messages(time,position) PRC(1~32) L1=1575.42 MHz L2=1227.60 MHz Binary codes=C/A , P , Y Satellite ephemerisb clock information Sat No. =RPN(1-32) اصلاح مداری و همزمانی مجدد upload FSK Modulation Messages MCS ایستگاه مانیتورینگ ایستگاه کنترل ایستگاه ارسال ردیابی ماهواره های در معرض دید جمع آوری اطلاعات فاصله تجزیه و تحلیل این اطلاعات و به روز سازی افمریز تعیین افمریزها و موقعیت ماهواره نسبت به مختصات ژئودتیک ژئوسنتریک

کاربرد های مختلف GPS -استفاده نظامی استفاده غیر نظامی

استفاده نظامی موشک های هدایت شونده قاره پیما ICBM دیدبانی در توپخانه نیروی هوائی و هواپیماهای شکاری ...

استفاده غیره نظامی الف- کاربرد های زمینی نقشه برداری کاداستر کنترل حمل و نقل کنترل حرکات تکتونیکی عملیات امداد و نجات رالی اتومبیل رانی GIS …

استفاده غیره نظامی ب- کاربرد های دریائی ناوبری هیدروگرافی تعیین سکوهای دریائی شرکت نفت تعیین موقعیت جزیره های مرجانی مین یابی و scan کردن دریا ...

ج- کاربردهای هوائی استفاده غیره نظامی فتوگرامتری کنترل ماهواره های سنجش از راه دور هوانوردی ...

سیستمهای تعیین موقعیت جهانی دیگر NNSS(Naval Navigation Satellite System) 6 ماهواره در ارتفاع 1075 کیلومتری پریود چرخش آن دور زمین 107 دقیقه و دارای دو فرکانس حامل MHz150 و MHz 400میباشد دقت آن پس از 2 ساعت مشاهده چند سانتی متر میباشد. سیستم ارسال امواج منقطع و هر 2 دقیقه یکبار است. از سال 1995 هیچ اطلاعاتی به ماهواره های آن تزریق نشده.

سیستمهای تعیین موقعیت جهانی دیگر Glonass(Global Navigation Satellite System) 24 ماهواره در 3 مدار بیضی شکل فاصله ماهواره از زمین 19100 کیلومتر پریود چرخش 11ساعت و 15 دقیقه زاویه میل 8/64 درجه L1=1602.5625 MHz و L2=1246.4375 کد PRC ماهواره های آن یکسان است. ساخت کشور روسیه و ایستگاههای کنترل زمینی آن نیز در آن کشور است.

تدوین کننده: حبیب اکبری جفرودی نیمسال تحصیلی : 88-87 موسسه آموزش عالی زرندیه نیمسال تحصیلی : 88-87