ماهواره چگونه کار می کنند.

ماهواره یا «قمر مصنوعی» به دستگاه‌های ساخت بشر گفته می‌شود که در مدارهایی در فضا به گرد زمین یا سیارات دیگر می‌چرخند.

نخستین ماهواره اسپوتنیک ۱ بود که در سال ۱۹۵۷ در مدار زمین قرار گرفت.

اهمیت ماهواره‌ها برای مخابرات و بررسی منابع زمینی و پژوهش و کاربردهای نظامی و جاسوسی روزافزون است.

نخستین ماهواره مخابراتی تله‌استار بود که در سال ۱۹۶۲ در مدار قرار گرفت و ارسال و دریافت برنامه‌های تلویزیونی را بین آمریکا و اروپا ممکن کرد.

ماهواره‌ها از نظر کاربرد به چهار دسته تقسیم بندی می‌‌شوند.

ماهواره‌های جاسوسی یا نظامی
ماهوارهای منابع طبیعی که شامل ماهواره‌های هواشناسی و ماهواره‌های منابع زمینی است.
ماهواره‌های تعیین موقعیت جهانی مانند جی پی اس
ماهواره‌های مخابراتی

ماهواره

ایده استفاده از ماهواره های ساخت دست بشر، برای اولین بار در پایان جنگ جهانی دوم بر سر زبان‌ها افتاد .دانشمند، ریاضی دان و نویسنده مشهور انگلیسی آرتور سی کلارک Arthur C Clarke یکی از بزرگ‌ترین خالقان داستان های تخیلی، برای اولین بار پیشنهاد قرار دادن یک ماهواره ارتباطی را در مدار ژیوسنکرون زمین Geostationary Orbit یا مدار کلارک که در فاصله تقریبا ۳۶۰۰۰ کیلومتری سطح زمین و بالای خط استوا (جایی که قابلیت دسترسی به تقریبا ۴۰٪ سطح زمین در آن مکان وجود دارد) قراردارد، را جهت پوشش سیگنال های رادیو یی و تلوزیونی را داد.

ماهواره ای که در مدار ژیوسنکرون زمین و در بالای خط استوا و هماهنگ با سرعت زمین و با زاویه ای ثابت، حرکت می کند، قسمت مشخصی از سطح زمین را بطور ثابت پوشش می دهد.از یک ایستگاه زمینی نیز بصورت یک نقطه ثابت، قابل رویت است .ماه، خورشید، و دیگر ستارگان و سیارات منظومه شمسی باعث تا ثیر گذاری بروی ماهواره در مدار خود می‌شود که احتمال جابخایی از مکان خود را دارد. برای جلوگیری از این مسیله، موتور های مخصوصی که بوسیله ایستگاه های زمینی کنترل می شوند، کمک می کنند که ماهواره‌ها در مکان خود ثابت باقی بمانند.

جهت برقراری ارتباط از یک ایستگاه زمینی، معمولاً احتیاج به یک دیش بزرگ که بنام Uplink Antenna معروف است، می باشد و باعث تمرکز اطلاعات ارسالی به ماهواره می‌شود . در ارتباط بین ماهواره و ایستگاه زمینی معمولاً از دو نوع موج و فرکانس متفاوت استفاده می‌شود .یکی برای Uplink و دیگری برای Downlink . دیش نصب شده بروی ماهواره، سیگنال ارسالی ازایستگاه زمینی را دریافت کرده و به یک دستگاه گیرنده می رساند و پس از یک سری پردازش، به فرستنده ماهواره انتقال میدهد و از طریق آنتن فرستنده ماهواره، مجدداً به سمت زمین باز تابش داده می‌شود .

سیگنال ارسالی به سطح زمین، بوسیله دیش های معمولی، دریافت و جمع آوری شده و به دستگاه گیرنده ماهواره، از طریق LNB انتقال پیدا می کند .

قدرت سیگنال دریافتی بر روی زمین، نسبت به فاصله و زاویه و …. ماهواره و نقطه گیرندگی، متفاوت بوده و بصورت یک الگوی خاص به نام سایه ماهواره یا footprint معرفی می‌شود .

همیشه قدرت سیگنال ماهواره در مرکز سایه، بیشترین مقدار را دارا می باشد و در گوشه ها، از کمترین مقدار، برخوردار است. توجه به این نکته لازم است که دریافت سیگنال در خارج است سایه، احتیاج به دیش های بزرگ تر، دارد . امواج سانتی متری، جهت ارسال سیگنال ماهواره به زمین، مورد استفاده قرار می گیرد که محدوده فرکانسی آنها بین ۳-۳۰ MHz می باشد .

دلیل اصلی استفاده از این امواج رادیویی کوتاه، انتشار راحت امواج و تاثیرات کم نویز و مزاحمت های فرکانسی است . البته فرکانسهای بالاتر از ۱۵ Ghz، بصورت وحشتناکی بوسیله اکسیژن هواوبخار آب تضعیف می گردند. ماهواره‌ها سیگنالهای ارسالی خود را بصورت قطبی و با دو حالت افقی و عمودی ارسال می کنندو گاهی اوقات نیز بصورت دورانی، چپ گرد و راست گرد. در سیستمهای دیجیتال، امکان ارسال DATA و چندین شبکه تلویزیونی و رادیویی بروی یک فرکانس وجود دارد .

لغت ماهواره طبق تعریف , به سفینه ای گفته می‌شود که درمداری به دوریک سیاره معمولاً زمین درحال گردش باشد. در عصری که ما در آن زندگی می کنیم , ماهواره وتکنولوژی وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشری نفوذکرده وبه پیش می تازدکه نقش تعیین کننده آن درسیرتحولات تمدن بشری ,قابل توجه است .بخشی ازتحقیقات وپژوهشهای علمی -تخصصی که درآزمایشگاههای مسقتر در فضا انجام می‌شود , هرگز نمی‌توانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد. این تحقیقات که بسیارمتعدد ومتنوع است ,درتخصصهای پزشکی , داروسازی , مهندسی مواد, مهندسی ژنتیک ودهها مورددیگر, تا به حال دستاوردهای بسیار ارزنده ای را به جوامع بشری عرضه کرده است .ماهواره‌ها که در فضا درحال گردشند, می توانند اطلاعات باارزشی در اختیارانسان قرار دهند که منجربه تحولات شگرفی در زمینه های گوناگون شود. ماهواره های کشف منابع زمینی هواشناسی , مخابراتی , پژوهشی ونظامی ازاین نوعند.

اجزای سیستم ماهواره ای مخابرات

سیستم ماهواره ای مخابرات مجموعه ای است از ایستگاههای فضایی و ایستگاههای زمینی به منظور ایجادارتباطات رادیویی .بخشی ازاین سیستم ماهواره ای می تواند تنها ازیک ماهواره و .ایستگاههای زمینی مربوطه تشکیل می‌شود. این مجموعه , یک (شبکه ماهواره ای) نامیده می‌شود

ایستگاههای فضایی

ایستگاه فضایی شبکه ماهواره ای مخابرات , از ماهواره (بخش اصلی شبکه) و دستگاههای. جانبی تشکیل شده است

ساختمان ماهواره

ماهواره از دوبخش تجهیزات مخابراتی وغیرمخابراتی تشکیل شده است. زیرسیستمهای مخابراتی , آنتنها و تکرارکننده‌ها هستند. در بخش مخابراتی , دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرارکننده های رله رادیویی را .انجام می دهد و (ترانسپاندر) نام دارد ترانسپاندرها سیگنالهای فرستاده شده از زمین را دریافت وپس ازتقویت وتغییرفرکانس آنها را به زمین می فرستند.آنتنهای مربوط به این ترانسپاندرها طوری طراحی شده‌اند که فقط قسمت‌هایی ازسطح زمین را که. درون شبکه ماهواره ای قرار دارند, پوشش می دهد یک ماهواره معمولاً آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنالهای فرمان صادره از زمین به کار می رود زیرا آنتنهای دیگر ماهواره احتمال دارد به سوی زمین نباشند. آنتن همه جهته همچنین برای کنترل سیستمهای فرعی در زمان پرتاب ماهواره و تعیین موقعیت آن به کارمی رود.بخش غیرمخابراتی ماهواره که در واقع قسمت پشتیبانی فنی آن است شامل سیستم کنترل حرارتی , سیستم کنترل موقعیت ومدار, ساختمان مکانیکی ,سیستم منبع تغذیه وموتور. اوج است

سیستم کنترل حرارتی ماهواره

این سیستم باید درجه حرارت دستگاهها و تجهیزات درون ماهواره را در حد متعادل و متعارف .حفظ کند

سیستم کنترل موقعیت ومدار

کنترل موقعیت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهای رادیویی آنتن را برای منطقه .موردنظر درروی زمین ثابت نگه می دارد

ساختمان مکانیکی

ساختمان ماهواره باید به گونه ای طراحی شده باشد که بتواند نیروهایی را که بر اثر فشارهای دینامیکی در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد می‌شود , تحمل کند. بدنه ماهواره معمولاً از آلیاژ آلومینیوم سبک ساخته می‌شود که شامل سلولهای خورشیدی و منعکس کننده های آنتن نیز هست .این قسمت ازترکیب موادی مانند فیبرکربن که دارای استحکام وثبات ساختمانی خاصی است .ساخته می‌شود

سیستم منبع تغذیه

منبع اصلی تغذیه معمولاً سلولهای خورشیدی هستند. انرژی خورشیدی جذب شده برای شارژکردن .باتریهای ذخیره نیزمورداستفاده قرارمی گیرد.این باتریهاازنوع نیکل -کادمیم هستند

موتوراوج

نقش موتوراوج ایجاد مدار دایره ای شکل وجلوگیری ازانحرافات مداری ماهواره است .بعضی مواقع با.استفاده ازموتوراوج , ماهواره هارادرمدار ثابت مستقرمی کنند

ایستگاههای زمینی : ایستگاههای زمینی سیستمهای ماهواره ای مخابرات براساس نوع استفاده ازآنهاعبارت اند از: ایستگاههای ثابت ,ایستگاههای سیار.ایستگاههی زمینی ماهواره معمولاً ازچند قسمت تشکیل شده اند. آنتن , فرستنده , گیرنده , سیستمهای کنترل برقراری ارتباط ومنابع تغذیه مورد لزوم ایستگاه هر یک ازاجزای فوق شامل قسمت‌های مختلفی اند که متناسب با نوع ایستگاه زمینی , حجم وتجهیزات .آنها متفاوت خواهدبود

آنتن ایستگاههای زمینی

به طور کلی آنتن فرستنده , انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش می کند. سپس آنتن گیرنده این امواج رامی گیردوبه انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در هر سیستم مخابرات رادیویی , آنتن نقش حساس و مهمی دارد, زیرا با انتخاب آنتنهای مناسب ونصب وتنظیم صحیح آنهامی توان تاحدزیادی بازدهی سیستم رابالا برد. علایم و سیگنالهای فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهای بزرگ یا کوچک دریافت می‌شودوسپس به دستگاه تقویت کننده انتقال می یابد. ایستگاههای زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه های مختلــــــف هستنــــد. این آنتنها اطــــلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می فرستند یا از فضا دریافت می کننـــد. آنتن ایستگا ههای زمینی در ابعــــاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته می شوند که قطرنوع قدیمی آنها به بیش از ۳۰۰ تن می رسد. از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره درمحدوده فرکانسهای مگاهرتزوگیگاهرتزاست

ماخذ:ARTMehr Eng.Group

اسپوتنیک ۱
اسپوتنیک ۱ (از روسی Cпутник به معنی ماهواره) اولین ماهواره ساخت انسان بود که در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ در مدار قرار گرفت. کشور شوروی با پرتاب این ماهواره به فضا در دوران جنگ سرد باعث شگفتی کشورهای غرب و ایالات متحده امریکا شد. پرتاب اسپوتنیک ۱ که بخشی از برنامه اسپوتنیک شوروی بود به آغاز عصر فضا و مسابقه فضائی منجر گردید.

مشخصات

این ماهواره به اندازه توپ بسکتبال و وزن آن در حدود ۸۳ کیلوگرم بود. اسپوتنیک ۱ دارای ۲ فرستنده رادیویی در طول موج‌های ۲۰ و ۴۰ مگاهرتز بود و در مداری بیضوی در ارتفاع متوسط ۲۵۰ کیلومتر به مدت ۹۸ دقیقه به دور کره زمین چرخید.

تلستار

 

 

 

تلستار نخستین ماهواره مخابراتی بود که در سال ۱۹۶۲ در مدار زمین قرار گرفت.

این ماهواره متعلق به شرکت ای‌تی‌اندتی بود و ناسا با یک موشک دلتا آن را به فضا پرتاب کرد.

 

 

 

تلستار برای مخابره برنامه‌های تلویزیونی طرح شده بود ولی به انتقال مکالمات تلفنی

نیز می‌پرداخت.

 

 

ماهواره ها چگونه کار میکنند 

 
مقدمه

لایه یونسفر در فرکانس حدود 30 مگا هرتز بصورت شفاف عمل می‌کند. علائم ارسالی بر روی این فرکانس مستقیما از میان آن می‌گذرد و در فضای بیرون گم می‌شوند. این فرکانسها همچنین در خط مستقیم دید حرکت می‌کنند. به این دلایل برای مقاصد ارتباطی آنها را باید به طریقه‌های گوناگون بکار گرفت. فرکانسهای 30 تا 300 مگاهرتز بسیار مفید و کارامد هستند، چون انتشار آنها با وجود محدود بودن پایدار است.

این امواج با چنین فرکانسی برای امواج تلویزیون کارآمدند، زیرا فرکانسهای بالای آنها اجازه حمل مقادیر فراوانی از اطلاعات مورد لزوم را می‌دهد و برای پخش صدای دارای کیفیت بالا نیز سودمند می‌باشد. علت این امر این است که در این محدوده از فرکانس برای کانالهای پهن جا وجود دارد. قسمتی از باند UHF را که بین 790 تا 960 مگاهرتز قرار دارد، می‌توان برای مرتبط ساختن ایستگاههایی با فاصله بیش از 320 کیلومتر به شیوه به اصطلاح پراکندگی در لایه تروپوسفر زمین بکار برد.

این شیوه به توانایی گیرنده دور دست در گرفتن بخش کوچکی از علائم فرکانس UHF که به دلیل ناپیوستگیهای بالای لایه تروپوسفر پراکنده شده بستگی دارد. یعنی علائم در جایی پراکنده می‌شوند که تغییرات شدید و تندی در ضریب شکست هوا وجود دارد.
امواج مایکروویو چه نوع امواجی هستند؟
فرکانسهای بین 3000 تا 12000 مگاهرتز برای رابطه‌ای در خط مستقیم که در آن پیام رسانی از طریق آنتنهایی بر فراز برجهای بلند ارسال می شود بکار می‌رود. ایستگاههای تکرار کننده را که ساختاری برج مانند دارند نیز در فواصل 40 تا 48 کیلومتری (معمولا بالای تپه‌ها) کار می‌گذارند. این ایستگاهها امواج را می گیرند تقویت می‌کنند و دوباره به مسیر خود می‌فرستند. بخش مربوط به امواج مایکروویو برای ارتباط مراکز پرجمعیت بسیار مفید است، چون فرکانس بالا به معنای آن است که امکان حمل باند عریضی از طریق مدولاسیون وجود دارد و این نیز به این معنی است که هزاران کانال تلفن را می‌توان روی یک فرکانس مایکروویو فرستاد.

باند عریض این نوع فرکانس اجازه می‌دهد که علائم ارسالی تلویزیون سیاه و سفید و تلویزیون رنگی بر روی یک موج حامل منفرد ارسال شوند و چون این امواج دارای طول موج بسیار کوتاه هستند، برای متمرکز کردن علائم رسیده می‌توان از بازتابنده‌های بسیار کوچک و اجزای هدایت مستقیم بهره گرفت.


ماهواره چیست؟
دستگاههای ارتباطی ماهواره‌ها در باند مایکروویو عمل می‌کنند، در واقع ماهواره‌ها صرفا ایستگاه مایکروویو غول پیکری است در مدار زمین که با کمک پایگاه زمینی بازپخش می‌شود. این مدار تقریبا دایره‌ای شکل در ارتفاع 36800 کیلومتری بالای خط استوا قرار دارد و در این فاصله سرعت ماهواره با سرعت زمین برابر است و نیروی خود را بوسیله سلولهای خورشیدی از خورشید می‌گیرد. نیروی جاذبه زمین شتاب زاویه شی قرار گرفته در مدار را دقیقا بی اثر می‌سازد. در این فاصله دور چرخش ماهواره‌ها با حرکت دورانی زمین کاملا همزمان و برابر است و باعث می‌شود ماهواره نسبت به نقطه مفروض روی زمین ثابت بماند.

ایستگاه زمینی در کشور اطلاعات را با فرکانس 6 گیگاهرتز ارسال می‌کند. این فرکانس فرکانس UPLINK نامیده می‌شود. سپس ماهواره امواج تابیده شده را گرفته و با ارسال آن به نقطه دیگر که بر روی فرکانس حامل متفاوت DownLink برابر 4 گیگا هرتز است عمل انتقال اطلاعات از فرستنده به گیرنده را انجام می‌دهد. در واقع ماهواره اطلاعات گرفته شده را به سمت مقصد تقویت و رله می‌کند. آنتن ماهواره ، ترانسپوندر نام دارد. از مدار همزمان با زمین هر نقطه از زمین بجز قطبین در Line of sight است و هر ماهواره می‌تواند تقریبا 40 % از سطح زمین را بپوشاند.




آنتن ماهواره‌ها را طوری می‌شود طراحی کرد که علائم پیام رسانی ضعیفتر به تمام این ناحیه فرستاده شود و یا علائم قویتر را در نواحی کوچکتری متمرکز کند. بر حسب مورد این امکان وجود دارد که از ایستگاه زمینی در کشوری فرضی به چندین ایستگاه زمینی دیگر واقع در کشورهای گوناگون علائم ارسال کرد. بطور مثال: وقتی برنامه‌ای تلویزیونی در تمام شهرها و دهکده‌های یک یا چند کشور پخش شود، در این حالت ماهواره ، ماهواره پخش برنامه است. ولی وقتی علائم ارسال ماهواره در سطح گسترده‌ای از زمین انتشار یابد، ایستگاههای زمینی باید آنتنهای بسیار بزرگ و پیچیده‌ای داشته باشند. هنگامی که علائم ارسالی ماهواره در محدوده کوچکترین متمرکز می‌شوند و به حد کافی قوی هستند، می توان از ایستگاههای زمینی کوچکتر ساده‌تر و ارزانتر استفاده کرد.
مکان ماهواره‌ها
از آنجایی که ماهواره‌ها برای جلوگیری از تداخل امواج رادیویی باید جدا از هم باشند، لذا شماره مکانهای مداری در مدار همزمان با زمین که امکان استفاده آن برای ارتباطات وجود دارد محدود است. از اینرو جای شگفتی نیست که وظیفه مدیریت در امور دستیابی به مدار و استفاده از فرکانسها برای انواع روز افزون و متنوع کاربردهای زمینی و ماهواره‌ای بوسیله شمار روز افزونی از کشورها بی‌نهایت دشوار شده است. از سویی استفاده از ماهواره‌ها در کشورهای متمدن و پیشرفته به عملکرد دقیق و عملیات روز به روز دقیقتر نه تنها از نظر بکار گیری شیوه خودشان ، بلکه از نظر همسایگانشان در مدار همزمان با زمین نیاز می‌باشد.

برخی از ماهواره‌ها نیز در مدار ناهمزمان با چرخش زمین (non - geosynchronous) قرار داده می‌شوند. در ماهواره‌های ناهمزمان با مدار زمین ، ماهواره دیگر در دید ایستگاه زمینی نیست، زیرا که سطح افق زمین را پشت سر می‌گذارد و از دیدرس خارج می‌شود. در نتیجه برای اینکه ارسال همواره ادامه یابد به چندین ماهواره از این نوع نیاز است و چون نگهداری و ادامه کار چنین شیوه ارتباطی بسیار پیچیده و گران است، لذا کاربران و متخصصان طراحی ماهواره‌ها بیشتر جذب ماهواره همزمان با زمین می‌شود.


فرکانسهای بالای فرکانس مایکروویو چه نوع فرکانسهایی هستند؟
با کشف لیزر برای نخستین بار آن قسمت از محدوده فرکانسی که بالاتر از باند فرکانسهای مایکروویو بودند به منظور حمل پیامهای بی‌سیم در نظر گرفته شدند. پرتو های لیزری تحت تأثیر عواملی مانند مه - غبار — خرابی وضع هوا و روزهای بسیار داغ به شدت ضعیف می‌شوند. اگر چه لیزر برای حمل اطلاعات تا مسافتهای کوتاه خط ارتباطی بسیار عالی ایجاد می‌کند، ولی چون پرتو لیزر خاصیت هدایت شونده بالایی دارد باز داشتن یا سد کردن آن بسیار دشوار است. این امر سبب می‌شود برای ارتش و بعضی از مقاصد نظامی که شیوه‌های آنها باید دارای حفظ اسرار باشد بسیار سودمند است. در ضمن دستگاه لیزر برای کاربردهای ارتباط سیار از سبکی و قابلیت حمل خوبی برخوردار است.

برخلاف امواج رادیویی ، امواج نوری را نمی‌توان با ایجاد جریانهای متناوب در سیمها تولید کرد. آنها تنها با فرآیند‌هایی که داخل اتم روی می‌دهد بوجود می‌آیند. فناوری تار نوری مشابه موج رسان فلزی مایکروویو برای پرتو تابانی الکترومغناطیسی در ناحیه نور مرئی تعریف شده است. این شیوه بطور کلی شامل رشته‌ای شیشه‌ای با نازکی موی انسان است که از هدر رفتن انرژی نور در مسافت طولانی جلوگیری می‌کند. همچنین بر خلاف پرتوی نور معمولی پرتوی نور لیزری تکفام است، یعنی فقط دارای یک فرکانس تنها است. پرتوی لیزر دارای گستره پهن فرکانس است که خاصیت گسیختگی نور را ندارد، به همین دلیل آنها را می‌توان دقیقا به همان طریق که با فرکانسهای مایکروویو تعدیل می‌شوند و تغییر نوسان می‌دهند را با پیامهای تلفنی و اطلاعات و علائم تصویری تعدیل کرد.

به هر حال چون فرکانس آنها خیلی بالاتر است به تناسب آن می‌توان تعداد بیشتری از امواج و کانالها را انتقال دهند. بطور کلی مقایسه بین شیوه‌های مختلف ارسال امکان پذیر می‌باشد. روابط بین فرستنده و گیرنده خواه انتشار از روی سیم و خواه از هوا به نوع ساخت شیوه ارتباطی بستگی دارد و به همین ترتیب باند به فرکانس بکار رفته به شرایط حل مسأله ارتباطاتی وابسته است. بیشتر فرکانسهای در دسترس را مقررات ملی و توافقهای بین المللی تعیین می‌کنند. اگر چه تصمیمات مربوط به شیوه‌ها و نحوه ارسال امری فنی به شمار می‌آید، ولی در اکثر اوقات ملاحظات سیاسی آن را در بر می‌گیرد

 

 

شاید trilateration کمی پیچیده و سخت به نظر برسد، اما در واقع کاری بسیار ساده است. تصور کنید فردی به شما بگوید ۳۶۰ کیلومتر تا کرمان، ۷۲۰ کیلومتر تا بندرعباس و ۳۵۵ کیلومتر تا اصفهان فاصله دارید. با این اطلاعات شما می توانید روی نقشه مشخص کنید که در کدام شهر هستید که چنین فاصله ای از تمام این نقاط دارد.
نارنجی: ما اکنون هم در آینده زندگی می کنیم. دقت کرده اید که شما هر لحظه برای پیدا کردن موقعیت تان در هر نقطه دنیا تنها کافی است نگاهی به یک ابزار کوچک در کف دست تان بیندازید. فرقی ندارد که در وسط دریا باشید، میان صحرا باشید. مشغول گشت و گذار در جنگل های آمازون هستید یا اینکه در آسمان ها پرواز می کنید. دیگر لازم نیست که با ستارگان مسیرتان را بیابید یا اینکه نقشه خوانی و کار با قطب نما را آموزش ببینید.

تقریبا تمامی ابزارهای کوچک همراه شما با ارتباط سریع و رایگان ماهواره ای می توانند مختصات دقیق تان را در هر نقطه ای از کره زمین مشخص کنند. اما آیا تا کنون اندیشیده اید که ابزاری همگانی و به ظاهر ساده همچون GPS چگونه کار می کند؟

در واقع ابزارهای مجهز به GPS با ماهواره ها ارتباط برقرار نمی کنند و اطلاعاتی برای آنها ارسال نمی کنند. بلکه تنها به دریافت اطلاعات از ماهواره می پردازند. اطلاعاتی که دائما در حال ارسال توسط ماهواره است. و البته GPS تنها شیوه ای نیست که ابزارهای همراه می توانند موقعیت شما را تشخیص دهند.

به گمانم شما هم کنجکاو شده اید و سوالات زیادی در ذهن تان شکل گرفته است. پس در ادامه مطلب با نارنجی همراه باشید تا بیشتر به این موضوع پرداخته و شیوه کار GPS را مورد بررسی قرار دهیم.

از ماهواره ها تا کف دست شما

سیستم موقعیت یاب جهانی GPS توسط ایالات متحده آمریکا و با مقاصد نظامی تولید گردید، اما سرانجام استفاده از آن برای غیرنظامیان هم آزاد اعلام شد. حداقل ۲۴ ماهوراه GPS به صورت دائمی در مدار اطراف زمین در حال گردش بوده و مرتبا داده های لازم را به سمت زمین ارسال می کنند.

این ماهواره ها به صورتی در مدار قرار گرفته و نظم داده شده اند که همواره و در هر نقطه ای از زمین حداقل ۴ ماهواره در آسمان قابل مشاهده و در دسترس باشند. البته شما با چشم نمی توانید آنها را ببینید اما یک ارتباط رادیویی مستقیم میان محل قرارگیری شما با آنها وجود دارد. به همین دلیل است که برای استفاده از جی پی اس شما باید یک ارتباط بدون واسطه و مستقیم با آسمان بالای سرتان داشته باشید. و معمولا موانعی همچون ساختمان ها و تونل ها می توانند باعث قطع این سیگنال ها شوند.

ماهواره های GPS دائما در حال مخابره سیگنال های رادیویی به سمت زمین هستند. هر یک از این اطلاعات مخابره شده شامل موقعیت جغرافیایی ماهواره جی پی اس و زمان ارسال سیگنال است. هر ماهواره هم دارای یک ساعت اتمی درونی بوده و لذا زمان مخابره شده بسیار دقیق است.

جی پی اس چگونه موقعیت شما را مشخص می کند؟

یک دستگاه با جی پی اس داخلی (خواه یک جی پی اس ویژه ماشین یا یک اسمارت فون)‌ تنها به عنوان یک گیرنده GPS عمل می کند. در واقع دستگاه جی پی اس به هیچ عنوان برای تعیین موقعیت شما با ماهواره ها ارتباطی برقرار نمی کند. بلکه فقط به سیگنال های رادیویی که از سوی ماهواره ها در حال ارسال هستند، گوش می دهد.

یک گیرنده جی پی اس سیگنال های ارسالی توسط حداقل ۴ یا تعداد بیشتری از ماهواره ها را دریافت می کند. سیگنال ماهواره های نزدیک تر، زودتر دریافت می شوند. در حالی که سیگنال ماهوراه های دورتر، زمان بیشتری برای دریافت لازم دارند. البته این تفاوت زمانی بسیار کم است. اما بسته به موقعیت دستگاه گیرنده شما می تواند کمی طول بکشد.

با مقایسه میان زمانی که سیگنال ارسال شده و زمانی که سیگنال توسط دستگاه شما دریافت شده است، گیرنده می تواند مسافت تقریبی شما را از هر ۴ ماهواره تخمین بزند. سپس با trilateration یا سه جانبه گیری، گیرنده موقعیت دقیق خودش و در نتیجه شما را بر روی کره زمین مشخص می کند!

شاید trilateration کمی پیچیده و سخت به نظر برسد، اما در واقع کاری بسیار ساده است. تصور کنید فردی به شما بگوید ۳۶۰ کیلومتر تا کرمان، ۷۲۰ کیلومتر تا بندرعباس و ۳۵۵ کیلومتر تا اصفهان فاصله دارید. با این اطلاعات شما می توانید روی نقشه مشخص کنید که در کدام شهر هستید که چنین فاصله ای از تمام این نقاط دارد. و اگر به جای ۳ شهر به شما نام و فاصله با ۴ شهر را بگویند، این تخمین و پیدا کردن جای تان روی نقشه می تواند دقیق تر گردد. این همان کاری است که در هر بار استفاده شما از گیرنده جی پی اس، این دستگاه با دقت بسیار بالا انجام می دهد.

جایگزین های GPS

البته ماهواره جی پی اس تنها راهی نیست که ابزارهای همراه ما برای تخمین موقعیت فعلی مان از آن بهره می برند. بسیاری از اسمارت فون های امروزی از شیوه trilateration و اطلاعات توان دکل های مخابراتی هم برای پیدا کردن موقعیت استفاده می کنند. در این شیوه هم از تفاوت میان قدرت سیگنال های دریافتی از هر یک از دکل های مخابراتی اطراف تلفن همراه، زمان دریافت سیگنال از هر دکل و همچنین زاویه قرار گیری شما نسبت به آن دکل برای تخمین موقعیت فعلی تان استفاده می شود. البته دقت این روش به اندازه استفاده از ماهواره نیست، اما هنگامی که سیگنال های دریافتی ضعیف باشند و یا اینکه در فضای سرپوشیده باشید، کاربرد فراوانی دارد.

شیوه دیگر هم که در برخی از ابزارها و اسمارت فون های جدید استفاده می شود، بهره گیری از سیستم موقعیت یابی بر پایه WiFi یا WPS برای تعیین موقعیت مکانی است. ماشین های گوگل استریت که در گوشه و کنار دنیا مشغول رانندگی و ضبط تصاویر هستند، همزمان نام اکسس پوینت و مودم های وای فای اطراف خودشان، به همراه قدرت سیگنال هر یک را بر روی موقعیت های درون نقشه ثبت می کنند. علاوه بر این گوگل هر زمان که بتواند، اطلاعات دریافتی از اسمارت فون های متصل به شبکه های وای فای را که همزمان از شبکه موبایل یا جی پی اس استفاده کرده اند به سرور های خود اضافه می کند.

آنگاه هنگام استفاده از خدمات گوگل استریت و گوگل مپز بر روی موبایل تان، اسمارت فون شما به اسکن شبکه های بیسیم اطراف می پردازد. سپس لیستی از نام ها و قدرت سیگنال را به سرورهای گوگل می فرستد. گوگل با استفاده از پایگاه داده های خود و اطلاعات از قبل ثبت شده می تواند تخمین بزند که شما در نزدیکی کدام شبکه بیسیم قرار دارید، لذا به درستی موقعیت فعلی تان را تشخیص می دهد. این سیستم حتی در مکان های داخلی و سرپوشیده که جی پی اس جوابگو نیست هم نسبتا خوب عمل می کند.

البته سیستم GPS تنها شبکه ماهواره ها نیست که می تواند برای تشخیص موقعیت مورد استفاده قرار گیرد. روسیه سیستم اختصاصی خود با نام GLONASS را در اختیار دارد و چین هم سیستم خود با نام BDS را راه اندازی نموده است. اروپا هم مشغول کار بر روی جایگزین اختصاصی خود برای جی پی اس با نام Galileo است. از آنجایی که کنترل کامل ماهواره های جی پی اس اکنون در اختیار یک کشور است، به نظر می رسد که این چشم و هم چشمی و راه اندازی سیستم های موقعیت یابی اختصاصی روز به روز گسترش بیشتری هم پیدا کند.

جی پی اس به خودی خود یک تهدید و نگرانی از نظر حریم خصوصی به شمار نمی رود. برای مثال اگر شما یک دستگاه جی پی اس قدیمی روی ماشین تان داشته باشید، این ابزار اصلا قادر نخواهد بود که موقعیت شما را برای کسی مخابره و ارسال کند. اما هنگامی که جی پی اس با تکنولوژی های انتقال اطلاعات ادغام می شود می تواند یک مشکل بالقوه برای حریم خصوصی به شمار برود.

ابزارهای ردیاب GPS تنها از یک گیرنده جی پی اس استفاده نمی کنند، بلکه آنها اطلاعات جی پی اس را درون خود جمع آوری کرده و سپس آنها را از طرق گوناگون از جمله شبکه موبایل، ارتباط ماهواره ای یا حتی شبکه های اینترنت وای فای انتقال می دهند. و البته موبایل های امروزی به راحتی می توانند توسط سازندگان دستگاه و یا حتی برنامه نویسان خبره، اطلاعات جی پی اس شما را از طریق اینترنت به هر نقطه ای از دنیا مخابره کنند.
آیفون و آی پد حرکات شما را زیر نظر دارند

چرا سرعت اتصال جی پی اس در اسمارت فون های جدید بیشتر است؟

در واقع این به دلیل همان نیروی کمکی اسمارت فون های جدید است که این گونه سریع جی پی اس آنها را راه می اندازد. اگر دقت کرده باشید، اغلب اسمارت فون های جدید از A-GPS یا Assisted GPS بهره می برند. در اینجا شما با یک جی پی اس استاندارد سر و کار دارید که به شبکه سلولار یا همان شبکه موبایل منطقه ای تان هم متصل است و دسترسی دارد.

یکی از روش های افزایش کارایی توسط A-GPS، فراهم کردن سرعت بسیار بیشتر time to first fix یا TTFF برای گیرنده جی پی اس است. این اصطلاح در گیرنده های جی پی اس به مدت زمان لازم به دریافت اولین سیگنال، آماده سازی داده ها و محاسبه موقعیت گفته می شود. A-GPS با دریافت و ذخیره اطلاعات لازم در خصوص موقعیت ماهواره ها ( almanac ) از طریق شبکه های موبایل، باعث می شود که هنگام انجام TTFF، دانلود اطلاعات زیاد از طریق ماهواره لازم نباشد و سرعت اتصال بالا رود.

اگر دقت کرده باشید هنگام باز کردن گوگل مپز روی اسمارت فون تان، ابتدا یک دایره بزرگ موقعیت شما را نشان می دهد و آنگاه با استفاده از موقعیت دکل های مخابراتی و ماهواره های جی پی اس، این دایره کوچک تر شده و تخمین دقیق تری از مکان شما به نمایش در می آید. 

 

جی پی اس چیست و چگونه کار می کند ؟

 

جی‌پی‌اس,جی پی اس چیست,جی‌پی‌اس چگونه کار می کند

جی پی اس چیست و چگونه کار می کند ؟
جی‌پی‌اس یا سیستم موقعیت‌یاب جهانی (Global Positioning Systems)، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره‌ای است که از شبکه‌ای با حداقل ۲۴ ماهواره تشکیل شده است. این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شده‌اند. جی‌پی‌اس 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 شبانه‌روز در دسترس است و استفاده از آن رایگان است.
علاوه بر جی‌پی‌اس، دو سیستم کمابیش مشابه دیگر نیز وجود دارد: سیستم گلوناس که دولت شوروی ساخته و اکنون به‌دست کشور روسیه اداره می‌شود و سیستم گالیله که کشورهای اروپائی آن را برای وابسته نبودن به سیستم آمریکائی جی‌پی‌اس ساخته اند.
قطب نماهایی که با نیروی مغناطیسی زمین جهت یابی می‌‌کنند، به تدریج جای خود را به گیرنده‌های جی‌پی‌اس خواهند داد؛ جی‌پی‌اس، سامانه‌ای است که به کمک گروهی از ماهواره‌ها جهت یابی می‌‌کند. ماهواره‌هایی که هرکدام در مدارهای خود به دور زمین در گردشند؛ این ماهواره‌ها با ایستگاه‌های ویژه‌ای بر روی زمین در تماس اند و همواره موقعیت آن‌ها در فضا مشخص است. دستگاه گیرندهٔ جی‌پی‌اس شما، با ارتباط با تعدادی از این ماهواره ها، فاصلهٔ شمارا تا آن‌ها تعین می‌‌کند و سپس موقعیت دقیق شما روی زمین بدست می‌‌آید.
در واقع اساس کار این سامانه، فرستادن سیگنال‌های رادیویی با فرکانس بالا و به طور پیوسته است که زمان و مکان ماهواره را نسبت به زمین مشخص می‌‌کند و یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس روی زمین، با گرفتن این اطلاعات از سه ماهواره یا بیشتر، آن‌ها را پردازش می‌‌کند و موقعیت کاربر را در هر نقطهٔ زمین، در هر ساعتی از شبانه روز و در هر وضعیت آب و هوایی به او نشان می‌‌دهد.
با چندین اندازه گیری متعدد، گیرنده به محاسبهٔ سرعت، مدت زمان سفر، فاصلهٔ شما تا مقصد، مختصات جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا)، زمان طلوع و غروب خورشید و ماه (در تقویم نجومی)، تعداد ماهواره ها، زمان محلی و ... می‌‌پردازد و آن را در اختیار کاربر قرار می‌‌دهد. به طور میانگین، هشت ماهواره از 24 ماهواره، در اطراف هر نقطه از کرهٔ خاکی که باشید در آسمان گشت می‌‌زنند.
هرچه گیرندهٔ شما به ماهواره‌های بیشتری وصل شود، اطلاعات دقیق تری را برای شما محاسبه می‌‌کند. جی‌پی‌اس،

/ 0 نظر / 206 بازدید