ارديبهشت 92 مباني اطلاعاتي جي پي اس ماهيت اطلاعات و طبقه بندي تجهيزات تهيه : شركت كالوب CALOOB Caloob.com ارديبهشت ۹۲
همانطور كه مي دانيد در حال حاضر سامانه تعيين موقعيت ماهواره اي داراي 24 ماهواره جي پي اس ايالات متحده 24 ماهواره گلوناس روسيه به صورت فعال و ا ماده استفاده از ماهواره هاي گاليله اتحاديه اروپا و كمپاس چين مي باشد. براي مثال درمورد نحوه حركت و قرارگرفتن ماهواره ها در مدار ماهواره هاي جي پي اس ايلات متحده را مورد بررسي قرار مي دهيم. اين ماهواره ها در شش مسير با زاويه ميل 55 درجه و پريود ساعتي 12 ساعته نجومي در گردشند. به عبارتي در هر 24 ساعت خورشيدي در طول شبانه روز ماهواره دوباره از افق يك محل مي گذرد. هم ا ن طور كه مي دانيم شبانه روز خورشيدي چهار دقيقه از شبانه روز نجومي بيشتر است لذا در هر روز نسبت به روز قبل چهار دقيقه زودتر در افق يك محل ثابت طلوع مي كند. ماهواره هاي جي پي اس در حركت شبانه روزي زمين شركت نداشته و تنها در حركت انتقالي زمين همراه هستند. اين ماهواره ها انرژي خود را از خورشيد تامين مي كنند. همچنين باطريي هاي نيز براي زمان هاي خورشيد گرفتگي و يا مواقعي كه در سايه زمين حركت مي كنند به همراه دارند. راكت هاي كوچكي نيز ماهواره ها را در مسير صحيح نگاه مي دارد. به اين ماهواره ها Navstar گفته مي شود. Uاطلاعات ارسال شده از ماهواره ها هر ماهواره جي پي اس به طور مستقل اطلاعات زير را توسط ا نتن هاي تعبيه شده بروي بدنش به زمين ارسال مي كند 1) امواج حامل 1-1 موج حامل L1 با فركانس 1575 مگاهرتز 2-1 موج حامل L2 بافركانس 1227 مگاهرتز 3-1 موج حامل L5 (فعال نشده) 2) كدهاي اطلاعاتي 1-2 كد غير نگامي C/A 2-2 كد دقيق P 3-2 كد سري Y
به طور كلي گيرنده هاي جي پي اس از ا نتن تنظيم كننده فركانس دريافتي پردازشگر داده ها و ساعت بسيار دقيق متشكل شده است. اين گونه گيرنده ها داراي يك نمايشگر جهت نمايش اطلاعات از قبيل موقعيت مكانيكي سرعت و... به كاربران مي باشند در نسل جديد گيرنده ها: ا نتن تنظيم كننده فركانس دريافتي پردازشگر داده ها و ساعت در يك پك كه نام ا ن گيرنده مي باشد قرار دارد علاوه برا ن راديو مودم جهت ارتباط راديويي بين دو دستگاه هم مي تواند درون اين گيرنده باشد. كنترلر در اين دستگاه ها تنها نقش ذخيره و وارد كردن اطلاعات را دارد. حال به بررسي محتواي موج L1 و L2 مي پردازيم. سيگنال جي پي اس شامل يك كد شبكه تصادفي PRN) ( داده اي به نام افمريز (ephemeris) و يك داده تقويمي به نام ا لما ن ك almanac مي باشد اما ماهيت اين اطلاعات چيست
U - كد شبكه تصادفي مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات (كد شناسايي ماهواره) مي باشد. هر ماهواره با كدي مخصوص شناسايي مي شود. اين كد بين 1 تا 32 مي باشد و در صفحه نمايش گيرنده جي پي اس يا كنترلر به عنوان شماره ماهواره نمايش داده مي شود. - افمريز داي ما بوسيله ماهواره ها ارسال مي گردد و حاوي اطلاعاتي در مورد وضعيت خود ماهواره (سالم يا ناسالم) تاريخ و زمان فعلي مي باشد گيرنده جي پي اس بدون وجود افمريز دركي از تاريخ و زمان ندارد و تاريخ و زمان ناته اساسي براي تعيين موقعيت يا positioning مي باشد. - ا لمانك ها داده اي را انتقال مي دهد كه نشان دهنده اطلاعات مداري براي هر ماهواره و تمام ماهواره هاي ديگر سيستم مي باشد. پس بصورت كلي هر پيامي را كه ماهواره ارسال مي كند بيانگر اين مطلب است كه: Uمن ماهواره شماره X هستم Y فعلي من Uموقعيت استU almanac و Uاين پيام در زمان T ephemeris ارسال شده است. U PRN تعيين موقعيت براي تعيين موقعيت X و Y و يا طول و عرض جغرافيايي حداقل بايد سه ماهواره در ا سمان محل باشد. در صورتيكه ارتفاع نقطه نيز مورد نياز باشد بايد از چهار ماهواره استفاده كرد امروزه در بعضي از مكان هاي ايران قادر به دريافت اطلاعات 10 ماهواره جي پي اس و 10 ماهواره گلوناس بصورت همزمان مي باشيم. مجموع اين تعداد در حداقل به 10 ماهواره مي رسد. هرچه تعداد ماهواره هاي قابل مشاهده بيشتر شود معادلات اساسي تعيين موقعيت بيشتر خواهد شد و بنابراين زمان لازم براي تعيين موقعيت يك نقطه كاهش يافته و دقت تعيين موقعيت نيز افزايش خواهد يافت. نكته مهمي كه مي بايست مورد توجه قرارگيرد اين است كه ارتفاعي كه جي پي اس به ما مي دهد ب ا ارتفاع موجود در نقشه ها فرق مي كند. ارتفاع جي پي اس نسبت به سطح مبنايي به نام بيضوي است در حالي كه ارتفاع مرجوع در نقشه ها ارتفاع ارتومتريك است كه از سطح دريا هاي ا زاد محاسبه مي شود. روش هاي تعيين موقعيت بااستفاده از گيرنده هاي جي پي اس بصورت تك ي تفاضلي و ا ن ي مي باشد كه در قسمت هاي بعد توضيح داده خواهد شد. براي تعيين موقعيت ماهواره از روي افمريز ها زمان دريافت شده را با زمان خود مقايسه مي نمايد. تفاوت اين دو و مشخص كننده فاصله گيرنده جي پي اس از ماهواره مزبور مي باشد. اين عملي است كه دقيقا يك گيرنده جي پي اس انجام مي دهد. بااستفاده از حداقل چهار ماهواره گيرنده بين خود ماهواره اقدام به تشكيل معادله كرده و با
حل اين معادلات مي تواند (h و λ وϕ ) كه همان عرض جغرافيايي طول جغرافيايي و ارتفاع از بيضوي را تعيين نمايد. با انجام پشت سرهم اين محاسبات جي پي اس مي تواند سرعت و جهت حركت خود را نيز به دقت مشخص نمايد. تقسيم بندي جي پي اس ها از لحاظ نوع گيرنده 1- گيرنده هاي ناوبري اين گيرنده ها دريافت كننده موج L1 و قابليت بازگشايي كد C/A را دارند. دقت تعيين موقعيت مسطحاتي در اين دستگاه ها 3-5 متر برحسب تعداد و وضعيت ماهواره ها و 2-3 متر در تعيين موقعيت ارتفاعي در صورت استفاده از بارومتر مي باشد. اين دستگاه ها كه نام ا ن ها را با نام جي پي اس هاي دستي مي شناسيم در مقاصد شناسايي تا مسيريابي كوهنوردي حمل و نقل شهري و... مي باشند. كاربري اين گيرنده ها براي اهداف غير نظامي بوده و همه كاربران مي توانند از ا ن استفاده نمايند. از برندهاي معروف اين دستگاه ها مي توان گارمين و ماژلان را نام برد. جي پي اس دستي جي پي اس دستي گيرنده هاي GIS گارمين ماژلان -2 نسل جديد اين گيرنده ها امواج L1 و L2 را دريافت مي نمايند و قابليت رمز گشايي كد P C/A و L2C را دارند. دقت تعيين موقعيت مسطحاتي در اين روش 1-3 متر بر حسب تعداد و وضعيت ماهواره ها مي باشد. اما تفاوت اصلي اين گيرنده ها با گيرنده هاي ناوبري موارد زير مي باشد. مورد اول قابليت انجام كار تفاضلي و انجام پس پردازش با استفاده از دو دستگاه و رسيدن به دقت 30 تا 70 سانتي متر در تعيين موقعيت مسطحاتي مي باشد. تفاوت بعدي اين دستگاه ها در استفاده از نرم افزار Windows Mobile و قادر ساختن دستگاه به استفاده از نرم افزار هاي جي ا ي اس بر روي دستگاه ها مي باشد.
كاربري اين گيرنده ها براي مقاصد GIS شهري خطوط لوله حريم جاده تعيين موقعيت دكل هاي برق و مخابرات تعيين دريچه هاي مخابرات برق فاضلاب شهري و... و نقشه برداري فاز صفر و يك مي باشد. لايكا ماژلان تريمبل Zeno 5 Mobile Mapper GeoXH 3- گيرنده هاي نقشه برداري تك فركانس اين گيرنده ها دريافت كننده موج L1 و رمز گشايي كد C/A مي باشند و كاربرد اصلي ا ن ها در انتشار ايستگاه ها يا شبكه نقاط نقشه برداري مي باشند. دقت تعيين موقعيت مختصات بصورت يك دستگاه تك( single ) 1 ت ا 3 متر مي باشد اما قدرت اصلي اين دستگاه ها در تعيين موقعيت تفاضلي مي باشد. (روش تفاضلي در قسمت هاي بعدي توضيح داده خواهد شد) دقت تعيين موقعيت مسطحاتي در روش تفاضلي دردستگاه هاي تك فركانس بعد از پردازش كمتر از يك سانتي متر خواهد بود. كاربري اين دستگاه ها همانطور كه گفته شد براي تكثير شبكه نقاط نقشه برداري مي باشد. باتوجه به اين كه اين گيرنده ها فقط دريافت كننده موج L1 مي باشند و در صورت قطع ارتباط ماهواره نيازمند زمان براي توجيه مجدد مي باشند براي عمليات برداشت نقاط شهري مناسب نمي باشند. اما در خارج از شهر و در مناطق دشت و تپه ماهواره با توجه به برقراري ديد ا سماني مناسب امكان برداشت نقاط با در نظر گرفتن دقت 1 تا 2 سانتي متر وجود دارد.
لايكا كوليدا تريمبل SR20 K7 R3 4- گيرنده هاي دو فركانس اين دستگاه ها گيرنده امواج L1 و L2 و رمز گشايي كد هاي P C/A و L2C م ي با ش ند. كاربرد اين دستگاه ها در انتشار نقاط نقشه برداري برداشت پياده سازي نقاط و بسياري ار كار هاي نقشه برداري م ي با ش د. د ق ت تع ي ين موقعيت مسطحاتي 3 تا 5 ميليمتر و در حالت تفا ضلي و 1 تا 3 سانتيمتر مي باشد. اين دستگاه ها قابليت ارسال تصحيحات از ايستگاه مرجع به دستگاه در حال برداشت را دارد. تصحيحات مي تواند توسط راديو مودم سيم كارت و سيستم اينترنت (GPRS) ارسال شود. مزيت اصلي اين دستگاه ها در دريافت موج L2 مي باشد. دريافت اين موج باعث مي شود دستگاه هاي دو فركانس رنج كاري بيشتري را نسبت به دستگاه هاي تك فركانسه پوشش دهد ضمن ا ن كه در صورت قطع ارتباط با ماهواره زماني كمتر از يك دقيقه نياز به توجيه مجدد دستگاه مي باشد. زمان مورد نياز به مشاهده در اين دستگاه ها نيز كمتر از تك فركانس مي باشد.
Ashtec Promark500 Leica System 1230 ATX 5- گيرنده هاي سه فركانس اين دستگاه ها علاوه بر امواج L1 وL2 قابليت دريافت موج L5 كه در سال 2018 فعال مي شود را دارد. اين موج جهت بهبود كيفيت اطلاعات دريافتي و بهينه سازي امواج استفاده مي شود. فركانس اين موج مشابه فركانس موج L1 بوده و ا ن را اصطلاحا موج اميد به زندگي نام گزاري كرده اند. از لحاظ كارايي و كاربري اين سيستم ها مشابه سيستم دو فركانس مي باشد اما در ا ينده پس از راه اندازي موج L5 كارايي اين سيستم ها از لحاظ كيفيت اطلاعات پردازش شده بهتر خواهد بود. Leica VIVA GS15 SOKKIA GRX1 KOLIDA K9T TRIMBLE R8
كاربرد هاي سامانه جي پي اس كاربردهاي سامانه جي پي اس شامل موارد زير مي شود: كاربرد هاي زميني شامل: نقشه برداري از زمين كنترل حمل و نقل و ترافيك پايش و بررسي جابه جايي ها و نشست هاي زمين پيش بيني زلزله كنترل جا به جايي سد ها و برج هاي بلند پيش بيني وضع هوا ) از طريق اندازه گيري ميزان انرژي موج فرستاده شده از سوي جي پي اس پس از عبور لايه هاي جو و ابر هاي موجود در منطقه مورد نظر) و... مي باشد. كاربرد هاي دريايي شامل: ناوبري كشتي ها هيدروگرافي ) ا ب نگاري) تعيين سكوهاي دريايي نفتي تعيين موقعيت جزاير مرجاني مين يابي و... كاربردهاي هوايي شامل: فوتوگرامتري ) اندازه گيري از روي عكس هاي هوايي) كنترل حمل و نقل ناوبري هدايت و كنترل كليه وسايل پرنده نظير هواپيما بالگرد كنترل ماهواره هاي سنجش از دور و... تهران خيابان سهروردي شمالي خيابان هويزه شرقي پلاك 43 واحد 4 تلفن: 02188508171