جی پی اس از چند ماهواره تشکیل شده

بسیاری از ما هر روز از GPS برای پیدا کردن مسیر یا ردیابی استفاده می‌کنیم، اما واقعا می‌دانیم این سیستم چطور کار می‌کند؟ سوال اصلی این است که جی پی اس از چند ماهواره تشکیل شده؟ در طراحی پایه، این سیستم بر اساس ۲۴ ماهواره بنا شده است. امروزه این شبکه گسترده‌تر شده و شامل ۲۴ تا ۳۲ ماهواره است که بیشتر آنها فعال هستند. این ماهواره‌ها سیگنال‌هایی می‌فرستند که گیرنده شما برای محاسبه موقعیت استفاده می‌کند. در این نوشته به بررسی تعداد ماهواره‌های GPS و نحوه عملکرد این شبکه می‌پردازیم.

شبکه ماهواره‌ای GPS

سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS) یک مجموعه هماهنگ است. این سامانه از سه بخش اصلی تشکیل شده است: بخش فضایی، بخش کنترل و بخش کاربری. هرکدام از این بخش‌ها وظیفه مشخصی دارند تا موقعیت‌یابی ما روی زمین ممکن شود.

بخش فضایی همان چیزی است که بیشتر ما به عنوان GPS می‌شناسیم. این بخش شامل تعداد ماهواره‌های فعال GPS است که به دور زمین می‌چرخند. این ماهواره‌ها که NAVSTAR هم نامیده می‌شوند، در طراحی اصلی ۲۴ عدد بودند. امروزه این تعداد ماهواره‌های GPS به ۳۲ عدد هم رسیده است. آنها در ۶ مدار مشخص، با ارتفاعی حدود ۲۰ هزار کیلومتر از سطح زمین، قرار گرفته‌اند. در هر مدار، ۴ ماهواره در گردش است.

بخش کنترل، مغز زمینی عملیات است. این بخش از ۵ ایستگاه زمینی در نقاط مختلف جهان تشکیل شده که ایستگاه اصلی آن در «کلرادو اسپرینگ» آمریکا قرار دارد. وظیفه این ایستگاه‌ها پایش مداوم ماهواره‌ها، اطمینان از صحت مدار آنها و ارسال اصلاحات لازم است. آنها موقعیت ماهواره‌ها را با دقت بسیار بالایی دنبال می‌کنند.

بخش کاربری شامل من و شما هستیم. هر دستگاهی که یک گیرنده GPS دارد—از گوشی موبایل و ساعت هوشمند گرفته تا ردیاب خودرو و تجهیزات نقشه‌برداری—بخشی از این سامانه محسوب می‌شود. این گیرنده‌ها سیگنال‌های ارسالی از ماهواره‌های جی‌پی‌اس و نقش آنها را دریافت و موقعیت را محاسبه می‌کنند.

برای آشنایی بیشتر با مدل‌های ردیاب خودرو، همین حالا کلیک کن.

دقت موقعیت‌یابی GPS

یکی از پرسش‌های همیشگی درباره GPS، میزان دقت آن است. آیا همیشه دقیق است؟ پاسخ منفی است. دقت GPS به موارد زیادی بستگی دارد. در گذشته، ارتش آمریکا سیگنالی به نام «دسترسی موردی» را فعال می‌کرد که عمدا دقت را برای کاربران غیرنظامی کاهش می‌داد و خطا را به ۱۵ تا ۱۰۰ متر می‌رساند. خوشبختانه، این محدودیت در سال ۲۰۰۰ برداشته شد و دقت برای همه بهتر شد.

امروزه، یک گیرنده GPS معمولی در فضای باز می‌تواند دقتی در حدود ۳ تا ۷ متر داشته باشد. اما این دقت ثابت نیست. عواملی مانند «یونوسفر» (لایه‌ای در جو) می‌تواند باعث تاخیر در سیگنال و ایجاد خطا شود. همچنین موانع فیزیکی تاثیر مستقیمی بر دقت دارند. جی پی اس از چند ماهواره تشکیل شده است، اما اگر گیرنده نتواند آنها را ببیند، سیگنالی هم دریافت نمی‌کند.

محیط اطراف شما، مهم‌ترین عامل در تعیین دقت است. در جدول زیر، میزان دقت تخمینی در مکان‌های گوناگون نشان داده شده است.

کاربردهای GPS در زندگی

شاید ۱۰ سال پیش، GPS یک ابزار تخصصی به نظر می‌رسید، اما امروز در زندگی ما نفوذ کرده است. از پیدا کردن یک کافه نزدیک تا مدیریت ناوگان‌های بزرگ حمل و نقل، همگی به این سامانه وابسته‌اند. ماهواره‌های جی‌پی‌اس و نقش آنها فراتر از یک نقشه ساده رفته است.

کاربردهای این فناوری را می‌توان به چند دسته اصلی تقسیم کرد:

• کاربردهای همگانی و عمومی
  • مسیریابی در رانندگی (پیدا کردن آدرس)
  • فعالیت‌های ورزشی (کوهنوردی، اسکی، قایقرانی)
  • ماهیگیری و شکار
  • عملیات جستجو و نجات در حوادثی مانند سیل و زلزله
• کاربردهای تجاری و تخصصی
  • مدیریت ناوگان (ردیابی خودروها و کامیون‌ها در کسب و کار ها)
  • نقشه‌برداری و پروژه‌های عمرانی
  • ناوبری دریایی (کشتی‌رانی) و هوایی (هواپیماها)
  • کنترل ترافیک
• کاربردهای نظامی
  • هدایت موشک‌ها و هواپیماهای جنگنده
  • ناوبری زیردریایی‌ها و نیروهای زمینی

چند ماهواره برای GPS لازم است؟

گیرنده GPS شما برای اینکه بفهمد کجایید، باید با چندین ماهواره «صحبت» کند. اما حداقل جی پی اس چند ماهواره دارد که برای کار کردن لازم است؟ این موضوع به نوع موقعیت‌یابی شما بستگی دارد. آیا فقط طول و عرض جغرافیایی را می‌خواهید یا ارتفاع از سطح دریا هم برایتان مهم است؟

چند ماهواره برای موقعیت یابی دو بعدی (2D) لازم است؟

برای محاسبه طول و عرض جغرافیایی (مثلا روی نقشه صاف) گیرنده باید حداقل سیگنال ۳ ماهواره را دریافت کند.

چند ماهواره برای موقعیت یابی سه بعدی (3D) لازم است؟

برای محاسبه کامل موقعیت، یعنی طول، عرض و ارتفاع، گیرنده باید سیگنال حداقل ۴ ماهواره را همزمان دریافت کند. این ماهواره چهارم برای تصحیح خطای زمانی ساعت گیرنده شما هم استفاده می‌شود.

البته اینها حداقل‌ها هستند. خوشبختانه، طراحی شبکه GPS بسیار بهتر از این است. در هر زمان و تقریبا از هر نقطه روی زمین، معمولا بین ۶ تا ۹ ماهواره در خط دید گیرنده شما قرار دارند. هرچه تعداد ماهواره‌های GPS که گیرنده به آنها وصل است بیشتر باشد، محاسبات دقیق‌تر و سریع‌تر خواهد بود.

تعداد ماهواره‌های فعال GPS چقدر است؟

همانطور که اشاره شد، سوال جی پی اس از چند ماهواره تشکیل شده یک جواب ثابت ندارد. این شبکه پویا است. ماهواره‌ها عمر مفیدی دارند (حدود ۱۰ سال) و پس از آن باید جایگزین شوند. وزارت دفاع آمریکا به طور مداوم در حال پرتاب نسل‌های جدید ماهواره‌ها برای حفظ و ارتقای شبکه است.

در طراحی اولیه، ۲۴ ماهواره اصلی وجود داشت. اما برای افزایش دقت و پوشش‌دهی بهتر، ماهواره‌های اضافی (رزرو) نیز در مدار قرار گرفتند. در حال حاضر (بر اساس اطلاعات در دسترس تا فوریه ۲۰۱۶)، این شبکه شامل ۳۲ ماهواره در مدار بود که از این تعداد، ۳۱ ماهواره فعال بودند. این تعداد ماهواره‌های فعال GPS تضمین می‌کند که حتی اگر یک یا دو ماهواره دچار نقص فنی شوند، کل سیستم دچار اختلال نشود.

بنابراین، جی‌پی‌اس چند ماهواره دارد؟ جواب کوتاه این است: حداقل ۲۴ عدد، اما در عمل و برای اطمینان بیشتر، حدود ۳۱ تا ۳۲ ماهواره همیشه در مدار زمین در حال چرخش و ارسال سیگنال هستند.

برای مدیریت مدرن ناوگان خود به سیستم مدیریت حمل و نقل سر بزنید.

عوامل خطا و اختلال در GPS

اگرچه GPS معمولا دقت خوبی دارد، اما همیشه کامل نیست. عوامل گوناگونی می‌توانند باعث ایجاد خطا در محاسبات آن شوند. در گذشته، یکی از مهم‌ترین این موارد، قابلیتی به نام «دسترسی موردی» (Selective Availability) بود. ارتش ایالات متحده به صورت عمدی سیگنال عمومی را ضعیف می‌کرد تا دقت آن کاهش یابد و خطا به صورت تصادفی بین ۱۵ تا ۱۰۰ متر تغییر کند. این محدودیت در سال ۲۰۰۰ میلادی برداشته شد.

جدا از آن، خطاهای طبیعی نیز وجود دارند. یکی از شناخته‌شده‌ترین آنها «دخالت یونسفر» (Ionosphere) است. این لایه در جو زمین قرار دارد و سیگنال رادیویی ماهواره هنگام عبور از آن، کمی دچار تاخیر می‌شود. این تاخیر زمانی، باعث اشتباه در محاسبه فاصله گیرنده تا ماهواره و در نتیجه، کاهش دقت موقعیت‌یابی می‌شود.

علاوه بر خطاهای سیستمی، اختلالات عمدی هم وجود دارند. «جمینگ» (Jamming) یا ارسال پارازیت، یکی از این روشها است. در این حالت، یک سیگنال مزاحم قوی روی فرکانس GPS ارسال می‌شود که سیگنال اصلی و ضعیف ماهواره را «خفه» می‌کند و گیرنده دیگر نمی‌تواند موقعیتی دریافت کند.

نوع دیگر اختلال، «اسپوفینگ» (Spoofing) یا جعل سیگنال است. در این روش، سیگنال‌های جعلی به گیرنده ارسال می‌شود تا آن را فریب دهد و موقعیت یا زمان نادرستی را به کاربر نشان دهد. این عوامل می‌توانند بر درستی اطلاعات دریافتی شما تاثیر بگذارند.

بیشتر بدانید: راهنمای برنامه go tracker

جمع بندی

سامانه GPS یک ابزار دقیق و هماهنگ است که بر پایه شبکه‌ای متشکل از حداقل ۲۴ ماهواره اصلی (و تا ۳۲ ماهواره رزرو) کار می‌کند. این ماهواره‌ها، با همکاری ایستگاه‌های کنترل زمینی، به گیرنده شما کمک می‌کنند تا موقعیت خود را در هر جای کره زمین پیدا کند.

فهمیدیم که برای یک موقعیت‌یابی ساده به ۳ ماهواره و برای موقعیت یابی کامل (شامل ارتفاع) به ۴ ماهواره نیاز است. همچنین دیدیم که دقت این سیستم در فضای باز بسیار خوب است اما در محیط‌های بسته یا زیر موانع به شدت کاهش می‌یابد یا به طور کامل قطع می‌شود.

سوالات متداول

1. جی پی اس از چند ماهواره تشکیل شده است؟

سیستم GPS در طراحی استاندارد خود دارای ۲۴ ماهواره است، اما برای افزایش دقت و اطمینان، این شبکه تا ۳۲ ماهواره را پشتیبانی می‌کند که معمولا ۳۱ عدد از آنها فعال هستند.

2. نام ماهواره‌های GPS چیست؟

به ماهواره‌های این سامانه به طور رسمی NAVSTAR گفته می‌شود. این سامانه توسط وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا توسعه یافته و پشتیبانی می‌شود.

3. آیا استفاده از GPS هزینه دارد؟

خیر. سیگنال‌های ارسالی از ماهواره‌های GPS برای تمام کاربران عمومی و غیرنظامی در سراسر جهان رایگان است و هیچ هزینه‌ای برای دریافت این خدمات گرفته نمی‌شود.

4. چرا GPS در تونل کار نمی‌کند؟

گیرنده GPS برای محاسبه موقعیت، نیاز به دریافت مستقیم سیگنال از حداقل ۳ یا ۴ ماهواره دارد. سقف تونل، پل‌ها یا ساختمان‌های بزرگ مانع رسیدن این سیگنال‌های رادیویی ضعیف به گیرنده می‌شوند.