جیپیاس چگونه کار میکند؟ امروزه تقریباً همه ما از GPS یا سیستم موقعیتیابی جهانی استفاده میکنیم؛ از مسیریابی با تلفن همراه گرفته تا پیدا کردن خودرو، ردیابی وسایل نقلیه و حتی استفاده در هواپیماها و کشتیها. اما شاید این سؤال برای بسیاری از ما پیش آمده باشد که GPS چگونه میتواند در چند ثانیه محل دقیق ما را روی زمین مشخص کند؟
GPS در واقع یک سیستم پیچیده از ماهوارهها، گیرندهها و محاسبات ریاضی است که با استفاده از امواج رادیویی، موقعیت یک دستگاه را تعیین میکند. در ادامه با نحوه کار این فناوری بیشتر آشنا میشویم.
GPS چیست؟
GPS مخفف عبارت Global Positioning System به معنای «سیستم موقعیتیابی جهانی» است. این سیستم توسط ایالات متحده توسعه داده شد و از مجموعهای از ماهوارههایی تشکیل شده است که در اطراف زمین حرکت میکنند.
ماهوارههای GPS دائماً سیگنالهایی را به سمت زمین ارسال میکنند. گیرندههایی مانند گوشی هوشمند، ساعت هوشمند یا دستگاه مسیریاب خودرو این سیگنالها را دریافت کرده و با تحلیل آنها میتوانند موقعیت تقریبی دستگاه را محاسبه کنند.
GPS چگونه موقعیت ما را پیدا میکند؟
اساس کار GPS بر اندازهگیری زمان رسیدن سیگنالها است.
هر ماهواره GPS اطلاعاتی مانند موقعیت فعلی خود و زمان دقیق ارسال سیگنال را به زمین میفرستد. گیرنده GPS نیز زمان دریافت سیگنال را ثبت میکند. از آنجا که امواج رادیویی با سرعت بسیار زیادی، تقریباً برابر با سرعت نور، حرکت میکنند، دستگاه میتواند با محاسبه اختلاف زمان ارسال و دریافت، فاصله خود از ماهواره را به دست آورد.
برای مثال، اگر دستگاه بداند یک سیگنال چه زمانی از ماهواره ارسال شده و چه زمانی به آن رسیده است، میتواند محاسبه کند که ماهواره در چه فاصلهای قرار دارد.
چرا GPS به چند ماهواره نیاز دارد؟
یک ماهواره بهتنهایی نمیتواند موقعیت دقیق یک دستگاه را مشخص کند. تصور کنید در یک نقطه ایستادهاید و میدانید از یک مکان مشخص، مثلاً ۲۰۰ کیلومتر فاصله دارید. در این صورت میتوانید در هر نقطهای روی یک دایره با شعاع ۲۰۰ کیلومتر قرار داشته باشید.
اگر فاصله خود را از یک ماهواره دیگر نیز بدانید، محدوده احتمالی موقعیت شما کوچکتر میشود. با استفاده از ماهواره سوم، موقعیت دقیقتر مشخص خواهد شد.
در عمل، گیرندههای GPS معمولاً از حداقل چهار ماهواره برای تعیین موقعیت دقیق سهبعدی و اصلاح خطای ساعت استفاده میکنند.
نقش چهارمین ماهواره چیست؟
گیرنده GPS موجود در گوشی یا دستگاه مسیریاب، یک ساعت بسیار دقیق اتمی مانند ساعت موجود در ماهوارهها ندارد. حتی یک خطای بسیار کوچک در اندازهگیری زمان میتواند باعث خطای قابلتوجه در موقعیتیابی شود.
ماهواره چهارم به سیستم کمک میکند تا علاوه بر تعیین عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی و ارتفاع، خطای ساعت گیرنده را نیز محاسبه و اصلاح کند.
به همین دلیل، دریافت سیگنال از چند ماهواره باعث افزایش دقت موقعیتیابی میشود.
GPS از چه بخشهایی تشکیل شده است؟
سیستم GPS را میتوان به سه بخش اصلی تقسیم کرد:
۱. بخش فضایی
این بخش شامل ماهوارههایی است که در مدار زمین قرار دارند. این ماهوارهها بهطور مداوم سیگنالهای حاوی اطلاعات زمان و موقعیت خود را ارسال میکنند.
۲. بخش کنترل زمینی
ایستگاههای زمینی وظیفه نظارت بر ماهوارهها را بر عهده دارند. آنها موقعیت و وضعیت ماهوارهها را بررسی کرده و اطلاعات لازم را برای بهروزرسانی دادههای آنها ارسال میکنند.
۳. بخش کاربر
این بخش شامل گیرندههای GPS است؛ مانند گوشیهای هوشمند، دستگاههای مسیریابی خودرو، برخی ساعتهای هوشمند و تجهیزات مختلف دیگر. گیرنده سیگنالهای ماهوارهای را دریافت و با استفاده از آنها موقعیت خود را محاسبه میکند.
آیا GPS به اینترنت نیاز دارد؟
خود GPS برای تعیین موقعیت به اینترنت نیاز ندارد. گیرنده GPS میتواند سیگنال ماهوارهها را مستقیماً دریافت کند.
بااینحال، تلفنهای هوشمند معمولاً برای سریعتر شدن موقعیتیابی و ارائه امکاناتی مانند نمایش نقشه، دریافت اطلاعات ترافیکی و جستوجوی مکانها از اینترنت و شبکه تلفن همراه نیز استفاده میکنند.
به همین دلیل ممکن است تصور کنیم GPS به اینترنت وابسته است، در حالی که این دو فناوری از نظر عملکرد با یکدیگر تفاوت دارند.
چه عواملی دقت GPS را کاهش میدهند؟
دقت GPS همیشه یکسان نیست. عواملی مانند ساختمانهای بلند، کوهها، درختان متراکم، شرایط جوی و موانع فیزیکی میتوانند دریافت سیگنال را دشوار کنند.
همچنین سیگنال GPS هنگام عبور از جو زمین ممکن است کمی دچار تغییر شود. گیرندههای پیشرفته با استفاده از روشهای مختلف میتوانند بسیاری از این خطاها را کاهش دهند.
در محیطهای باز معمولاً دریافت سیگنال ماهوارهها بهتر است و موقعیت با دقت بیشتری تعیین میشود.
