GPS

بحث آموزشی زیر سعی دارد GPS را مورد بررسی قرار دهد , ابزاری که امروزه به عنوان وسیله ای بسیار مفید جهت ناوبری در خشکی ، دریا و هوا نوردی استفاده میشود , این وسیله زمانی ارزش خواهد داشت که در یک گردش از ترس اینکه گم شوید نتوانید زیاد به عمق طبیعت بروید و یا زمانی که در دریا هستید و همه سو یک شکل است , و یا زمانی که در کوهستان هستید زمان زیادی تا تاریکی شب ندارید و هوای آن بسیار ناپایدار ، گاهی آسمان صاف گاهی مه غلیظ و... اینجا است که هنر و علم ناوبری به کار میآید و ابزار هایی مانند GPS به کمک ما میرسند .

تعریف ناوبری به زبان ساده علمی است جهت پاسخ به این سوالات : 1- کجا هستیم 2- به کدام سو میرویم 3- سرعت ما چقدر است 4- آیا این مسیر حرکت بهترین است 5- چه مسافت طی شده و باقی است ، ابزارهای ناوبری کلا به دو گروه بزرگ الکترونیکی و غیر الکترونیکی تقسیم میشوند. ابزارهای غیر الکترونیکی عبارتند :

نجومی:

ناوبری نجومی اول ( شناخت صور فلکی مانند دب اکبر در نیم کره شمالی که دهانه پیاله به سمت ستاره قطبی است در شمال زمین ) روش نجومی دوم استفاده از دستگاه سکستانت (به معنی 120 درجه ) که زاویه ستاره ها از افق (خطی فرضی که درآن آسمان به زمین میرسد) را مشخص میکند و روش های آماتوری دیگر مانند 1- جهت هلال ماه در نیمه اول و دوم ماه قمری 2- جهت حرکت خورشید 3- امتداد کهکشان راه شیری ، همه این روشها بر اساس مشاهده آسمان استوار است که روش نگران کننده ای به جهت احتمال وجود ابر و مه خواهد بود , چون اگر آسمان به خوبی دیده نشود امکان این نوع ناوبری وجود ندارد.

قطب نما

این روش که چند قرنی است از آن استفاده میشود مِتد خوبی به جهت مستقل بودن آن از شرایط آب و هوا میباشد ولی مشکلات این روش هم کم نیست

1- حساسیت به آهن و مغناطیس های اطراف

2- یک دست نبودن مغناطیس زمین تحت عنوان انحراف مغناطیسی(درکشورما این انحراف ناچیزاست )

3- ناتوانی آن در عدم اعلان طول و عرض جغرافیایی

جایرو

این روش نیز بسیار روش مفید میباشد و بر روابط بسیار پیچیده فیزیک در مبحث دوران و انرسی دورانی استوار است که به شکل خلاصه گوی گردنده ای است با سه بازوی آزاد که در بازوی اول متصل به گوی دوار وزنه آویزان است و دستگاه آن چون بزرگ است و معمولا در کشتی و هواپیما استفاده میگردد.

روش مشاهده

این روش می تواند ، روش ساده استفاده از یک شخص راهنما که ایشان قادر به تشخیص و تطبیق اجسام و نشانه های مسیر هستند این روش را در علوم دریایی ناوبری ساحلی گویند. شکل خانه سازی حیواناتی مانند مورچه ، برش مقطعی از درخت و دیدن خط های عمر درخت ، نحوه خانه سازی مردم و ...

تمام روشهای بالا کمک زیادی به ما نمیکند. مگر اینکه علم و تجربه زیادی در بهره گیری از آن داشته باشیم .

ناوبری الکترونیکی

روش دکا و روش لورن : در این روش در باند موج کوتاه (2مگا هرتز تا 30 مگا هرتز )چند فرستنده در فواصل کاملاً مشخص و به طور همزمان که ساعت های آنها باید دقیق باشد پالس میفرستند که کد هر کس در درون آن پالس است ، حال کشتی با گرفتن این پالس ها و محاسبه اختلاف پالس های همزمانی که معادلات هذلولی گون هستند متوجه میشود کجا واقع است . برای مثال اگر پالسها همه هم زمان دریافت شود یعنی فرد دقیقاً در بین آنها است .اشکال این روش در برد امواج الکترومغناطیسی است که در بهترین حالت 1000 کیلومتر می تواند طی کند .

روش GPS :

این روش قابل اعتماد ترین روش است چون نقطه کور ندارد حتی در قطبها ، گیرنده های آن دقت زیادی دارند حتی نوع های ساده که در حد 3 متر اشتباه دارند ، دستگاه آن قابل حمل است ، نقشه زیر پا را به ما نشان میدهد ، تمام محاسبات ناوبری را برای ما با توجه داشتن کامپیوترداخلی اعلام میکند قیمت مناسبی هم دارد (نوع سادهEtrex H از شرکت گارمین 120 هزار تومان ) ، هیچ حساسیتی به مغناطیس زمین ندارد ، استفاده از آن هزینه ای هم ندارد مانند رادیو های خانگی ، به ضربه و رطوبت هوا ، باران و طوفان شدید و روز و شب و درخت های بالا سر کاربر حساسیت ندارد

ولی تنها اشکال آن نیاز به منبع باطری ( مدت کار دائم 20 ساعت مداوم) و مسئله سیاسی قضیه که اگر سربازان بخواهند از آن استفاده نمایند باید بدانند که آمریکا در صورت جنگ با هر یک از دولت های عضو ناتو پیش بیاید ماهواره های تجاری GPS ( همان های که ما استفاده مینمایم را خاموش میکند که در آن صورت باید از روشهای قدیمی بالا استفاده گردد) .

جدیداً در بعضی از گوشی های مدل بالا برای مثال N95, N82, از شرکت نوکیا GPS های کار گذاشته شده است که نکات زیر را باید توجه داشت . GPS در این دستگاه ها چون ابزار جانبی آن است نباید انتظار بالای از آن داشته باشیم( قانون دستگاه های چند کاره ) بویژه در نرم افزار های ناوبری و آنتن دهی و همچنین در داشتن باطری در طول کار مداوم که یک موضوع اساسی است . در نظر داشته باشید که گاهی صاحبان آن تصور میکنند که باید موبایل آنها در منطقه پوشش BTS ها باشند( یعنی موبایل آنتن داشته باشد) تا بعد کار نمایند و یا فکر میکنند باید از سیم کارتهای فناورانه تر مانند IRAN CELL استفاده نمایند که این فکر هم غلط است و هم مختصری درست ، چون فعال بودنGPS ربطی به مرکز مخابراتی ندارد و GPS کار خواهد کرد چون GPS فقط یک گیرنده است ، تنها موضوع، نقشه شهر یا مکانی است که در آن میخواهید از GPSاستفاده کنید و نقشه را میخواهید دانلود کنید پس در آن هنگام بغیر از طول و عرض جغرافیایی نقشه زیر پا را نیز به شما خواهد داد ، با این حال اگر نقشه خوان خوبی باشید میتوانید در دریا و جنگل که آنتن دهی موبایل وجود ندارد ازگوشی GPS دار استفاده کنید.

نجوم GPS

کلا GPS 32 ماهواره است که در لایه MEO با ارتفاع 18000 کیلو متر از سطح زمین در شش مدار قفسی به دور آن میچرخد که زمان شروع این فناوری به اوایل دهه70 میلادی توسط وزارت دفاع امریکا میرسد ، این ماهواره ها هر لحظه توسط مرکزی که در امریکا و مستعمرات آن در اقیانوس هند و آرام و اطلس ، و مرکز اصلی آن در کولورادو امریکا است کنترل و به اصطلاح تله متری میگردد. اطلاعاتی که ماهواره ها به طرف زمین بدون در نظر داشتن استفاده کنندگان( چون بعضی ها تصور دارند ماهواره به آنها میگوید کجا هستند , سرعت آنه چقدر است وچقدر به مقصدشان مانده ... ماهواره ها آنها را و یا دستگاه آنها را رصد میکند )سیگنالی می فرستد که شامل اطلاعات زیر است 1- ساعت دقیق جهانی با دقت میلیونم ثانیه 2- موقعیت خودشان 3- نام ماهواره ( از 1 تا 32 ) 4- تاریخ و اطلاعات دیگر اضافی ، یک موضوع مهم اشکالی است که در دریافت زمان ماهواره پیش میآید که خیلی مهم است ، امریکا به دلیل امنیت خودش ( استفاده در موشک کروز ) اشتباهی را در اعلان ساعت برای کاربران تجاری میگذارد که باعث خطای 100 متری میگردد ولی با توجه به تصوبیه کنگره امریکا در دولت دمکرات آقای بیل کلینتون این خطای عمدی به 10 متر تصویب گردید و لایه هوا نیز به این خطا در حد نیم متر کمک میکند .حال دستگاه GPS که در دستان کاربر جا دارد باید ماتریسی را حل کند چهار معادله است که و هرمعادله چهار متغیر دارد (X,Y,Z,Time) که هر معادله آن چنین است

(بیچاره جی پی اس) بعد به ما موقعیت را میگوید بعد آن را ذخیره و محاسباتی را با نقطه های بعدی فوراً انجام داده و حرکت ما را پیش بینی میکند .

GPS چه کمکهای به ما میکند.

1- اعلام موقعیتمان از نظر طول و عرض جفرافیایی و ارتفاع از سطح آبهای آزاد( آبهای اقیانوس و دریا های که به آنها راه دارند)

2- نقشه محلی که ایستاده ایم

3- رد پا که مسیر پیچ در پیچ میتواند باشد ( مناسب برای کوهنوردی) ومسیر برگشت یا حرکت دوباره همان مسیر

4- اعلان امتداد حرکتمان از یک نقطه به نقطه دیگر( مناسب برای دریا نوردی که حرکت می تواند مستقیم باشد)

5- مساحت یابی ( مساحی که مناسب برای نشقه برداری است )

6- در نوع های پیشرفته ، قطب نمای مغناطیسی الکترونیکی و فشار سنج هوا بر اساس کاربرد سنسور های الکترونیکی و دما سنج و .. استفاده شده است (etrex vista HCX و یا مدل GPSMap 60Scx)

1- قطب نمای ماهواره ای بدون حساسیت به مغناطیس اطراف ( برای بهره گیری از این نوع باید حرکت نماید تا جهت ها را بتواند پیدا کند )

DGPS ها

این گروه از GPS ها از نظر اعلان مختصات بسیار دقیق هستند و این باعث گردیده است که محاسبات بر اساس آن نیز دقیق باشند , شرح روش کار این نوع GPS ها چنین است :

یک محل را انتخاب میکنیم و شروع میکنیم با استفاده از هر روشی که به نظرمان میرسد مختصات دقیقِ دقیق آن را بدست می آوریم سپس با استفاده از GPS ساده موقعیت را سوال میکنیم در این هنگام مقدار خطای GPS را با توجه به اینکه میدانیم کجا هستیم متوجه میشویم با یک فرستنده معمولا VHF مقدار خطا را به همه اعلام میکنیم در این هنگام اگر GPS های اطراف قادر به دریافت VHF باشند مقدار خطا که برای همه یکسان است را دریافت کرده و تصحیح می نمایند. پس GPS های که دارای گیرنده جدا VHF باشند تا خطا را درست کنند به آنها DGPS میگویند .

امریکا برای شمال کشور خود پا را فرا تر نهاده و یک ماهواره ای به نام WAAS را در فضا قرار داده تا مقدار این خطا را فقط برای اهالی شمالی این کشور خیلی کم نمایند , با این کار مشکل برد کم باند VHF نیز حل میشود (معمولاً تا 50کیلومتر است )

GPS ها بر دو نوع که بر اساس سیگنال دریافتی کار میکنند استوار است الف : نوع نظامی با فرکانس و فرکانس 1227.6 مگاهرتز که به آنP-code (protected, precision) USA military only و ب : نوع تجاری که با فرکانس 1575.42 مگا هرتزکه با آن C/A-code (clear/ acquisition or coarse/acquisition) میگویند. به خاطر داشته باشیم تمام GPS های در که دراختیار مردم برای گردش و کوهنوردی و حتی کشتیرانی است و گاهاً نیروهای نظامی کشور های غیر آمریکا نیز از آن استفاده مینمایند از نوع تجاری هستند . این نوع در زمان جنگ با امریکا و یا منافع امریکا کاملاً خاموش میشوند و ابزار بی استفاده ای هستند , به همین خاطر باید کشور ما و نظایرکشورمان به فکر این موضوع باشند تا در زمان جنگ از ستاره ها به عنوان جهت یابی استفاده ننمایند که در جنگ طوفان صحرا و جنگ خلیج فارس بین امریکا و عراق اتفاقی که افتاد .

توصیه برای خرید : شرکت گارمین و ماژالان و همین طور فرونو در ساخت GPS بسیار مهارت دارند دو شرکت اولی برای نوع دستی پیشتاز است در حالی که شرکت سومی در ساخت نوع دریایی بسیار قوی عمل میکند ، در صورتی که قصد کوهنوردی دارید در نظر داشته باشید که نوع دستی را تهیه کنید و از خرید GPS های با نمایشگرهای بزرگ خوداری کنید (مصرف باطری زیادی دارد و نیاز به شارژ از طریق برق شهر) و برعکس اگر برای اتومبیل و داخل شهری میخواهید از نوع ویژه آن خرید کنید ، ضمناً نوع دستی که برای کوهنوردی مناسب است در سه دسته بزرگ ساخته میشود الف : بدون نقشه که به آن GPS پایه گویند ب: با نقشه ج : با نقشه و سنسور های کمکی د : با نقشه ، سنسور ، شناور بر روی آب ه: نقشه ، سنسور، شناور بودن و توانای نمایش نقشه تپوگرافی محل که هر کدام نسبت به هم قیمتهای سنگین تری دارد