سیستم مكان یابی جهانی ( Global Positioning System ) یك سیستم هدایت ( ناوبری) ماهواره ای اســت شـامل شبكه ای از ۲۴ ماهواره درگردش كه درفاصله ۱۱ هزارمایلی ودر شش مدارمختلف قراردارند .

در واقع یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبکه ای با ۲۴ ماهواره تشکیل شده است و این ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده اند. این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰ استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شد.

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.

باسرعتی درحدود ۱۰۸ مایل درثانیه ) ماهواره های GPS به نام NAVSTAR شناخته می شوند...

لازمه هرگونه آشنایی با GPS فراگیری ماهیت اصلی این ماهواره ها می باشد . اولین ماهواره GPS درفوریه ۱۹۷۸ پرتاب شد . وزن هرماهواره تقریباً / ۲۰۰۰ پاوند ودارای صفحات آفتابی به پهنای ۱۷­f می باشد . و قدرت فرستنده آن ۵۰ وات ویا كمتر است. هر ماهواره ۲ سیگنال ارسال می كند: L۱ و L۲ . GPS های غیر نظامی از فركانس ۴۲MHZ.۱۵۷۵ :L۱ اسـتــفــاده می كننند .

هر ماهواره حدوداً ۱۰ سال فعال می ماند وجایگزینی ماهواره ها بموقع انجام گشته و ماهواره های جایگزین به فضا پرتاب می گردند . برنامه شبكه GPS هم اكنون تا سال ۲۰۰۶ تنظیم وجایگزینی های لازمه ترتیب داده شده اند.

مسیر گردش ماهواره ها آنها را بین عرض جغرافیایی ۶۰ درجه شمالی و۶۰ درجه جنوبی قرارمی دهد . این امر به معنی آن است كه درهرنقطه از زمین ودرهرزمان می توان سیگنال های ماهواره أی را دریافت نمود. وهرچه به قطبهای شمال – جنوب نزدیك شویم نیز همچنان ماهواره های GPS را خواهیم دید . هرچند دقیقاً در بالای سرما نخواهند بود واین در دقت وصحت عمل آنها در این نقاط تاثیرمی گذارد .

یكی از بزرگترین مزایای رهیابی بوسیله GPS نسبت به روشهای دیگر زمینی آن است كه این سیستم درهر شرایط جوی و بدون توجه به نوع كاربرد گیرنده GPS بخوبی كارمی كند .

● ماهواره های GPS

۲۴ عدد ماهواره GPS در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش می کنند. هر ماهواره دقیقا طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین می گردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهواره ها نیروی خود را از خورشید تامین می کنند. همچنین باتری هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می کنند بهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره ها را در مسیر صحیح نگاه می دارد. به این ماهواره ها NAVSTAR نیز گفته می شود.

در اینجا به برخی مشخصه های جالب این سیستم اشاره می کنیم:

▪ اولین ماهواره GPS در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.

▪ در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.

▪ عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین می گردد.

▪ هر ماهواره حدود ۲۰۰۰ پاوند وزن دارد و طول باتری های خورشیدی آن ۵.۵ متر است.

▪ انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.

● GPS چگونه کار می کند؟

ماهواره های این سیستم، در مداراتی دقیق هر روز ۲ بار بدور زمین می گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می کنند. گیرنده های GPS این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می کند. از اختلاف این دو زمان فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می گردد. حال این عمل را با داده های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با اختلافی ناچیز، معین می کند.

گیرنده به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل ۳ ماهواره برای محاسبه ۲ بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل ۴ ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطاعات مفید دیگر، می نماید.

● گیرنده GPS

بسته به نوع مصرف و بودجه می توانید از طیف وسیع گیرنده های GPS بهره ببرید. همچنین، باید از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروزجهت ناحیه مورد استفاده تان، اطمینان حاصل کنید. امروزه بهای گیرنده های GPS بطور چشمگیری کاهش پیدا کرده است و هم اکنون در کشور ما (ایران) با بهایی معادل یک عدد گوشی متوسط موبایل نیز می توان گیرنده GPS تهیه کرد. در کشورهای توسعه یافته از این سیستم جهت کمک به راهبری خودرو، کشتی و انواع وسایل نقلیه بهره گیری می شود.

هر چه نقشه های منطقه ای که در حافظه گیرنده بارگذاری می شود دقیق تر باشد، سرویسهایی که از GPS می توان دریافت داشت نیز ارتقا می یابد. برای مثال، می توان از GPS مسیر نزدیکنرین پمپ بنزین، تعمیرگاه و یا ایستگاه قطار را سوال نمود و مسیر پیشنهادی را دنبال کرد. دقت مکانیابی این سیستم در حد چند متر می باشد، که بسته به کیفیت گیرنده تغییر می کند. از سیستم محلیابی جهانی می توان در کارههایی چون نقشه برداری و مساحی، پروژه های عمرانی، کوهنوردی، کایت سواری، سفر در مناطق ناشناخته، کشتی رانی و قایقرانی، عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زمینلرزه و هر فعالیت دیگر که نیازمند محل یابی باشد، بهره برد.

هر کس که بخواهد بداند کجاست و بکجا می رود به این سیستم نیازمند است، با توجه به نزول شدید بهای گیرنده های این سیستم، و افزایش امکانات آنها، این تکنولوژی در آینده نزدیک بیش از پیش در اختیار همگان قرار خواهد گرفت.

● اطلاعاتی كه یك ماهواره GPS ارسال می كند چیست ؟

▪ سیگنـال GPS شـــــامــل :

یـــك كد شبه تصادفی Pseudo Random Code ، داده ای بنام ephemeris ویك داده تقویــــمی بنام almanac می باشد. كد شبه تصادفی مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات ( كد شتاسایی ماهواره ) می باشد.

▪ هرماهواره باكدی مخصوص شناسایی می شود :

RPN Random Code Pseudo این عددی است بین ۱و ۳۲ . این عدد درگیرنده هر GPS نمایش داده میشود .دلیل اینكه تعداد این شناسه ها بیش از ۲۴ می باشد امكان تسهیل درنگهداری شبكه GPS باشد . زیرا ممكن است یك ماهواره پرتاب شود و شروع بكار نماید قبل از اینكه ماهواره قبلی از رده خارج شده باشد . به این دلیل ازیك عدد دیگر بین ۱و ۳۲ برای شناسایی این ماهواره جدید استفاده می شود .