همه سیستم‌های ناوبری داخل خودرو، برنامه‌های رانندگی و برنامه‌های ناوبری تلفن همراه مانند Google Maps همگی به GPS متکی هستند تا ما را از نقطه A به نقطه B برساند. اما GPS چیست و چگونه کار می‌کند؟
سیستم موقعیت یاب جهانی چیست؟
سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) یک سیستم ناوبری متعلق به دولت ایالات متحده است که از سه بخش اصلی تشکیل شده است:
- Space Segment یک سیستم ناوبری از حداقل ۳۱ ماهواره است که ۲۴ (یا بیشتر) از آنها معمولاً در حال پرواز و عملیاتی هستند. این ماهواره ها در مدار زمین در ارتفاع 12550 مایلی پرواز می کنند. هر ماهواره منفرد معمولاً دو بار در روز دور زمین می چرخد.
- بخش کنترل یک شبکه بین المللی از ایستگاه های کنترل است که ماهواره ها را در مدار ردیابی، نظارت و نگهداری می کند. این ایستگاه های کنترلی همچنین می توانند داده ها یا دستورات را به ماهواره ها ارسال کنند. بخش کنترل از 16 ایستگاه مانیتور، دو ایستگاه اصلی کنترل (یکی اصلی و دیگری جایگزین) و 11 آنتن فرمان و کنترل (چهار آنتن زمینی و هفت ایستگاه ردیابی از راه دور شبکه کنترل ماهواره ای نیروی هوایی) تشکیل شده است.
- بخش کاربر برای غیرنظامیان و دستگاه‌های GPS ما است که به عنوان گیرنده‌های GPS نیز شناخته می‌شود زیرا سیگنال‌هایی را از ماهواره‌های موجود در مدار دریافت می‌کنند تا مکان‌های ما را مشخص کنند.
چه کسی GPS را اختراع کرد؟
چهار نفری که معمولاً به اختراع GPS نسبت داده می شوند عبارتند از: ایوان گتینگ، برادفورد پارکینسون، راجر ال ایستون، و گلدیس وست. به گفته Lemelson-MIT، این Getting بود که برای اولین بار GPS را به عنوان مفهومی که امروزه می شناسیم، تصور کرد که شامل استفاده از "سیستمی از ماهواره ها برای تولید داده های موقعیت یابی دقیق برای اجسام متحرک سریع مانند موشک ها و هواپیماها است.""
کمک پارکینسون به GPS در سال 1972 بود، زمانی که او نقش اصلی را در هدایت برنامه GPS وزارت دفاع ایالات متحده بر عهده گرفت. در این نقش، پارکینسون توانست ایده های اصلی گتینگ را بسازد. تا سال 1978، پروژه توسعه GPS پارکینسون، معروف به سیستم NAVSTAR GPS، در عرض سه متر تکمیل و دقیق بود.
راجر ال ایستون نیز به توسعه GPS کمک کرد و او را "پدر GPS" نامیده اند. مشارکت ایستون نتیجه حل مشکل مربوط به ردیابی ماهواره ها بود. ایستون در تلاشی برای همگام‌سازی زمان‌بندی ایستگاه‌های ردیابی، یک سیستم ناوبری مبتنی بر زمان را با قرار دادن ساعت‌ها در ماهواره‌ها توسعه داد که به آنها اجازه می‌دهد مکان دقیق‌تر کاربران را روی زمین تشخیص دهند. ایستون این سیستم را "Timation" نامید و وزارت دفاع ایالات متحده در نهایت ویژگی های آن را در توسعه سیستم موقعیت یاب جهانی گنجاند.
آخرین اما نه کم اهمیت، ریاضی دان گلدیس وست نیز به خاطر مشارکتش در توسعه GPS اعتبار دارد. سهم وست کار او در توسعه مدلی از زمین بود که تغییرات شکل زمین ناشی از گرانش و سایر نیروها را در بر می گرفت. مدل زمین غرب به طور گسترده به عنوان یک عنصر اساسی پروژه GPS در نظر گرفته می شود.
GPS چگونه کار می کند و چگونه مدیریت می شود؟
سیستم موقعیت یاب جهانی بر رابطه بین ماهواره‌های GPS و گیرنده‌های دستگاه‌های مجهز به GPS متکی است. به گفته شرکت فناوری جی‌پی‌اس گارمین، یک شرکت فناوری جی‌پی‌اس، «سیستم موقعیت‌یابی جهانی» زمانی کار می‌کند که ماهواره‌های GPS «یک سیگنال منحصر به فرد و پارامترهای مداری را ارسال می‌کنند که به دستگاه‌های GPS امکان رمزگشایی و محاسبه مکان دقیق ماهواره را می‌دهد».
از این انتقال، دستگاه‌های GPS می‌توانند موقعیت مکانی کاربران را با اندازه‌گیری مدت زمان دریافت سیگنال محاسبه کنند.سپس این محاسبه با اندازه‌گیری فاصله از چندین ماهواره دیگر ترکیب می‌شود. برای محاسبه صحیح طول و عرض جغرافیایی یک شخص، یک دستگاه GPS باید سیگنال حداقل از سه ماهواره دریافت کند. محاسبه ارتفاع به سیگنال حداقل چهار ماهواره نیاز دارد. اکثر دستگاه‌های گیرنده GPS سیگنال‌های حداقل هشت ماهواره را دریافت و ردیابی می‌کنند، اما این تعداد می‌تواند بر اساس موقعیت مکانی شما و زمان آن متفاوت باشد.
طبق گزارش GPS.gov، سیستم موقعیت یابی جهانی توسط نیروی هوایی ایالات متحده نگهداری و اداره می شود. نیروی هوایی ایالات متحده 24 ماهواره و ایستگاه کنترل واقع در سراسر جهان را که این سیستم را تشکیل می دهند "توسعه، نگهداری و راه اندازی" می کند.
فراتر از سیستم‌های GPS خودرو: استفاده‌های روزمره برای GPS
GPS فقط برای یافتن راه خانه نیست. کاربردهای دیگر GPS عبارتند از:
- پوشیدنی‌های GPS، مانند ساعت‌های GPS، می‌توانند برای ردیابی کودکان، حیوانات خانگی و افراد مسن استفاده شوند.
- پهپادهای کنترل‌شده با GPS برای فیلم‌برداری از عکس‌های دید پرنده در فیلم‌ها استفاده می‌شوند. GPS همچنین در صنعت فیلم برای جستجوی مکان استفاده می شود.
- Geocaching می‌تواند برای راه‌اندازی شکار رفتگر با پنهان کردن موارد در مکان‌های خاص، سپس آپلود نقشه‌ها به صورت آنلاین برای جستجوی سایر نقشه‌ها با دستگاه‌های GPS استفاده شود.
- شرکت برق محلی شما ممکن است از GPS برای ردیابی قطعی برق استفاده کند.
