Marine Electronic Engineering
نوشته های یک مهندس الکترونیک دریایی

این نوع ماهواره ها می توانند برای پیدا کردن محل کشتی ها، هواپیماها و حتی اتومبیل هایی که مجهز به نوعی دریافت کننده باشندمورد استفاده قرار گیرند. طرز کار آن هابه این ترتیب است که به طور دائم سیگنال های رادیویی به زمین می فرستند.این سیگنال ها اطلاعاتی دارند که دریافت کننده از طریق آن ها می تواند موقیت ماهواره را پیدا نموده و با تجزیه و تحلیل آن ها سرعت و جهت حرکت ماهواره را محاسبه و زمان رسیدن سیگنال برای دریافت را تعیین نمایند.

با استفاده از این اطلاعات، دریافت کننده می تواند محل خود را روی زمین محاسبه نمایند. بعضی از این سیستم ها قادرند چند ماهواره را بطور همزمان مورد شناسایی قرار دهند تا اینکه بتوانند موقعیت دقیق تری با استفاده از اطلاعات بدست آمده،در اختیار استفاده کننده قرار دهند.

اطلاعاتي كه يك ماهواره جی پی اس (GPS)  ارسال مي كند چيست ؟

سيگنـال (GPS)  شـــــامــل : يـــك كد شبه تصادفي Pseudo Random Code، داده اي بنام ephemeris و يك داده تقويــــمي بنام almanac مي باشد.
كد شبه تصادفي مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات ( كد شتاسايي ماهواره ) مي باشد. هرماهواره باكدي مخصوص شناسايي مي شود : RPN Random Code Pseudo اين عددي است بين 1و 32 . اين عدد درگيرنده هر جی پی اس نمايش داده ميشود .دليل اينكه تعداد اين شناسه ها بيش از 24 مي باشد امكان تسهيل درنگهداري شبكه جی پی اس (GPS)  باشد . زيرا ممكن است يك ماهواره پرتاب شود و شروع بكار نمايد قبل از اينكه ماهواره قبلي از رده خارج شده باشد . به اين دليل ازيك عدد ديگر بين 1و 32 براي شناسايي اين ماهواره جديد استفاده مي شود .

داده Ephemeris دائماً بوسيله ماهوارها ارسال ميگردد وحاوي اطلاعاتي درمورد : وضعيت خود ماهواره (سالم يا ناسالم) و تاريخ وزمان فعلي مي باشد . گيرنده جی پی اس بدون وجود اين بخش از پيام درمورد زمان وتاريخ فعلي دركي ندارد . اين بخش پيام نكته اساسی برای تعين مكان مي باشد.

Almanac داده أي را انتقال مي دهد كه نشان دهنده اطلاعات مداري براي هرماهواره وتمام ماهوارهاي ديگر سيستم مي باشد . حال ميتوان شيوه كار جی پی اس (GPS)  را بهتر بررسي كرد . هرماهواره پيامي را ارسال مي كند كه بــطور ســــــاده مي گويد :

من ماهواره شماره X هستم ، موقعيت فعلي من Y است ، و اين پيام در زمان ارسال شده است.
هر چند كه اين شكل ساده شده پيام ارسالي است ولي مي تواند كل طرز كار سيستم را بيان نمايد . گيرنده جی پی اس پيام را مي خواند و داده هاي almanac و ephemeris را جهت استفاده بعدي ذخيــره مي نمايد . اين اطـلاعـات مي توانند براي تصحيح و يا تنظيم ساعت دروني  نيز به كار روند .

حال براي تعيين موقعيت ، گيرنده جی پی اس زمانهاي دريافت شده را با زمان خود مقايسه مي كند . تفاوت اين دو مشخص كننده فاصله گيرنده جی پی اس از ماهواره مزبور مي باشد . اين عملي است كه دقيقاً يك گيرنده جی پی اس انجام مي دهد . با استفاده از حداقل سه ماهواره يا بيشتر ، جی پی اس مي تواند طول و عرض جغرافيايي مكان خود را تعيين نمايد . ( كه آن را تعيين دو بعدي مي نامند . ) و با تبادل با چهار ( و يا بيشتر ) ماهواره يك جی پی اس مي تواند موقعيت سه بعدي مكان خود را تعيين نمايد كه شامل طول و عرض جغرافيايي و ارتفاع مي باشد . با انجام پشت سر هم اين محاسبات ، جی پی اس  مي تواند سرعت و جهت حركت خود را نيز به دقت مشخص نمايد .


نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا اولین ماهواره ناوبری را به نام ترانزیت در سال 1960 مورد استفاده قرار داد که این ماهواره در سال 1996 از سرویس خارج گردید.

نیروی هوایی آمریکا نیز سیستم دیگری را در مورد استفاده قرار می دهد که به آن ناو استار یا جی پی اس می گویند. این سیستم که از 24 ماهواره تشکیل شده است و بر پایه چگونگی دریافت و نوع دریافت کننده می تواند اطلاعات مکانی را از 100 متر تا کمتر از 1 سانتی متر در اختیار استفاده کنندگان قرار دهد.

سیستم دیگری که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد "گلوناس" می باشد که متعلق به فدراسیون روسیه است. این سیستم نیز از 24 ماهواره تشکیل گردیده و دقتی برابر با جی پی اس در اختیار استفاده کنندگانش قرار می دهد. دیگر سیستم مورد استفاده که از 2002 شروع به پرتاب ماهواره های خود نموده، سیستم گالیله است که توسط آژانس فضایی اروپا مورد استفاده قرار خواهد گرفت

 

همانگونه که گفته شد، این سیستم از 24 ماهواره تشکیل شده است که به وسیله ایستگاه های زمینی پشتیبانی می گردند. جی پی اس می تواند اطلاعات دقیق مکانی، سرعت و همچنین زمان را در تمام نقاط جهان بدون اثر پذیری از شرایط هوا به استفاده کنندگان ارایه نماید. این ماهوارهها به وسیله موشک های دلتا در مدار زمین قرار گرفته اند و بطور دائم اطلاعات مکانی ماهواره ها را به اضافه زمان دقیق، به زمین مخابره می نماید. این اطلاعات به استفاده کنندگان نظامی و تجاری این اجازه را می دهد که از اطلاعات موجود، جهت یافتن مکان دقیق خود روی زمین استفاده نمایند. این طرح به وسیله وزارت دفاع آمریکا در سال 1973 شروع گردید و هدف از آن به وجود آوردن یک سیستم فراگیر جهانی برای راهنمایی هواپیماها، کشتی ها، خودرو ها و سربازان آمریکایی در جهان بود. بطوری که بتواند به محدودیت های سیستم ناوبری مورد استفاده در جهان، خاتمه داده و اطلاعات دقیق تری در اختیار وسایل حمل و نقل بگذارد تا راحت تر و دقیق تر فاصله بین قاره ها و کشورها پیموده شود. از آنجا که این سیستم توانسته با دستگاه های دریافت کننده ارزان قیمت و کوچک، کاربردهای مختلفی از قبیل ناوبری و نقشه برداری داشته باشد، روز به روز استفاده کنندگان بیشتری در بعد نظامی و تجاری به خود جلب می نماید.

به عبارت دیگر این سیستم، مکان گیرنده را به وسیله تفاوت زمان سیگنال فرستاده شده و  سیگنال دریافتی مشخص می نماید. ساعتهایی اتمی که زمان را به شکل فوق العاده دقیقی محاسبه می نماید در این ماهواره ها قرار دارند که این زمان دقیق، برای گیرنده زمینی، مخابره می شود. بدین ترتیب گیرنده می تواند بطور دائم زمان ارسال سیگنال را مشخص نماید. این سیگنال حاوی اطلاعاتی است که گیرنده برای محاسبه مکان فضایی ماهواره نسبت به زمین و معین کردن مختصات خود به آن نیاز دارد. گیرنده، تفاوت زمان ارسال سیگنال و زمان دریافت آن را به عنوان فاصله خود از ماهواره محاسبه می کند. این سیگنال بایستی نسبت به تاخیر که در سرعت انتشار آن به وسیله یونیسفر و توروپوسفر در جو زمین به وجود می آید محاسبات لازم را انجام دهد تا بتواند فاصله موجود را به دقیق ترین وجه ممکن محاسبه نماید.

ماهواره ها به طوری در مدار قرار دارند که گیرنده زمینی بتواند حداقل بطور همزمان، سه ماهواره را در دید خود داشته باشد و بدین ترتیب با اطلاعاتی که گیرنده از حداقل سه ماهواره همزمان بدست می آورد می تواند موقعیت سه بعدی خود را مشخص نماید. برای همگام شدن سه  ماهواره دریافتی، گیرنده زمینی بایستی مجهز به ساعت اتمی باشد تا بتواند محاسبات زمانی خود را انجام دهد. از آنجا که استفاده از ساعت اتمی، باعث افزایش دقت گیرنده زمینی می شود، بنابراین سیستم ماهواره جی پی اس طوری طراحی شده اند که همزمان گیرنده های زمینی بتواند چهار ماهواره را در دید خود داشته باشند تا به این وسیله ساعت اتمی منتفی گردد و از طرفی با استفاده از چهار ماهواره همزمان، گیرنده می تواند طول، عرض، ارتفاع، و زمان را محاسبه نماید. اجزای سیستم جی پی اس عبارت اند از:

ماهوراه ها:


تعداد 24 ماهواره با زمان بندی یک دور، برابر با 12 ساعت گردش به دور زمین.
این ماهواره ها که به وسیله موشک دلتا از دماغه کاناورال در فلوریدای آمریکا به فضا پرتاب شده اند مداری دایره ای در ارتفاع 20100 کیلومتری طی می نمایند و نیروی خود را از سلول های خورشیدی که روی آن ها تعبیه شده به دست می آورند.
هر ماهواره علاوه بر دستگاه های کنترل شونده دارای تعداد 4 دستگاه ساعت اتمی می باشد.

قسمت کنترل زمینی

این قسمت شامل ایستگاه اصلی کنترل در پایگاه هوایی فالکن در کلرادو اسپرینگ و ایستگاه های نظارت در همین پایگاه، ایستگاهی در هاوایی و نیز ایستگاهی در جزیره ای در اقیانوس آرام می باشد.

این ایستگاه ها عمل نظارت بر ماهواره جی پی اس را به عهده دارند تا بتواند با استفاده از اطلاعات دریافتی، رفتار ماهواره را از نظر زمان و گردش مداری پیش بینی نمایند. این پیش بینی ها به ماهواره فرستاده می شود تا از این طریق استفاده کنندگان بتوانند تصمیمات لازم را اجرا نمایند و همچنین قسمت کنترل تلاش دارد تا ماهواره را از نظر زمان ومدار چرخش در محدوده مورد قبول نگه دارد.

گیرنده زمینی
GPS MONITOR
گیرنده زمینی به ابزار و دستگاهی گفته می شود که استفاده کننده سیستم به وسیله آن می تواند اطلاعات ماهواره را دریافت نماید.



ارسال توسط مدیر وبلاگ

ابزار رایگان وبلاگ

طراحی سایت