تعيين موقعيت از نيازهاي اولية بشر بوده است و اين كه انسان بداند در چه نقطه‏اي از كرة زمين واقع است و يا در چه فاصله و چه زاويه‏اي نسبت به مبدأ يا مقصد حركت خود قرار دارد،براي او اهميت داشته است .

نگاهي گذرا به تاريخچة اين موضوع، بيانگر اين است كه انسان در مقاطع گوناگون و براي كاربردهاي متفاوت، روشهاي بسيار متنوعي ابداع كرده است كه استفاده از ستارگان،شاخصهاي زميني(كوه،رودخانه،ساختمان)، قطب نما،اختلاف فاصلة زماني، دريافت صوت و نوري كه بطور همزمان ايجاد مي‏شود، شمارش دور چرخهاي خودرو و نيز روشهاي اندازه گيري شتاب خطي و زاويه‏اي، نمونه هايي از اين روشها هستند. اين روشها امروزه نيز بعضاً مورد استفاده قرار مي‏گيرند،ليكن دقت، سهولت اندازه گيري، در دسترس بودن و هزينة كاربري اين روشها را محدود مي‏كند.


سيستم تعيين موقعيت جهاني G.P.S

NAVIGATION  SYSTEM WITH TIME AND RANGING GLOBAL POSITIONING  SYSTEM

NAV STAR GPS   يك سيستم ناوبري راديويي -  ماهواره‏اي است كه اطلاعات مربوط به موقعيت دقيق سه بعدي و زمان را براي استفاده كنندگاني كه به گيرنده هايي خاص مجهز باشند، فراهم مي‏آورد. اين سيستم پيوسته در كلية نقاط سطح زمين در دسترس است و شرايط آب و هوايي بر آن تأثيري ندارد.

سيستم GPS از سال 1983 بصورت روشي براي حل مسائل نقشه برداري و ژئودزي در جهان مطرح شد. امروزه اين سيستم جايگزين تمامي سيستمهاي تعيين موقعيت قبلي مانند سيستم دوربينهاي بالستيك، داپلر، ايزشال و . . . شده است.

مفهوم اساسي ناوبري، « اندازه گيري شبه فاصله » بين موقعيت زميني و حداقل 4 ماهوارهاست. با مشخص بودن مختصات ماهواره در يك سيستم مرجع مناسب، مي‏توان مختصات آنتن گيرنده را به روش ترفيع فضايي تعيين كرد . GPS مانند ديگر سيستمهاي پيش از خود (داپلر) نقشه برداري زمين به زمين را به اندازه گيري از فضا به زمين تغيير داده است.

اين سيستم در كلية فعاليتهاي نقشه برداري نظير نقشه‏برداري كاداستر، هيدروگرافي، فتوگرامتري و . . . كاربرد دارد. در كارهاي دقيق نظير جابجايي سدها و تعيين تغيير شكل و جابجايي زمين نيز مي‏توان از GPS استفاده كرد.

اجزاي GPS :

1) بخش فضايي كه ماهواره هاي فعال هستند و تا سال 1995 بخش فضايي سيستم «تعيين موقعيت جهاني» 26 ماهوارة فعال داشت كه در 6 مدار تقريباً دايره‏اي شكل با زاوية ميل 55 درجه قرار دارند. ارتفاع مدار اين ماهواره ها حدود 20200KMS و حداكثر ارتفاع آنها 26000 كيلومتر است. دورة گردش مداري آنها 11 ساعت و 58 دقيقه است و ماهواره ها هر روز 4 دقيقه زودتر از روز قبل نسبت به   (UTC)  UNIVERSAL   COORDINATED  TIME  در وضعيت  فضايي يكساني قرار مي‏گيرند. هر يك از اين ماهواره ها به سبب ارتفاع زيادشان بخش بزرگي از زمين را پوشش مي‏دهند و الكتريسيته مورد نياز اين ماهواره ها از دو صفحة متشكل از باتري هاي خورشيدي به مساحت 7.2 متر مربع يا m2 تامين مي‏شود.

2) بخش كنترل كه براي كنترل سيستم ، زمان و پيش بيني مدار به كار مي‏رود. مركز كنترل فعاليت ماهواره‏اي اين سيستم اكنون در پايگاه نيروي هوايي FALCOM در ايالت كلرادو آمريكا قرار دارد. مأموريت عمدة بخش كنترل، هماهنگ كردن پيغامهاي ناوبري ماهواره هاست. براي اين منظور تعدادي ايستگاه ناظر، ماهواره هاي در معرض ديد را در تمام مدت شبانه روز ردگيري مي‏كنند.

3) بخش كاربر كه به انواع گوناگون گيرنده ها مجهز است.

امروزه گيرنده هاي GPS با دقتهاي بسيار متفاوت و با قيمتهاي مختلف در بازار عرضه مي‏شوند. گيرنده هاي دستي و معمولي با دقت (ضريب خطا) 10 تا15 متر در شرايط عادي و معمولاً در 95 درصد از اوقات، موقعيت خود را اندازه گيري مي‏كنند. گيرنده هاي خاص با دقت هاي بالاتر براي كاربردهاي خاص نيز عرضه شده‏اند.

گيرنده هاي مورد استفاده در نقشه برداري تا دقتهاي نزديك به ميلي متر عمل مي‏كنند

روشهاي نقشه برداري با GPS  :

شيوه هاي مختلف نقشه برداري به كمك GPS وجود دارد كه بوسيلة آنها مي‏توان مختصات دقيق نقاط ثابت و متحرك(در زمان مشاهداتي اندك) را تعيين نمود.

با GPS ، نقشه بردار مي‏تواند اختلاف مختصات بين دو نقطه از زمين را در صورت معلوم بودن مختصات يكي از آنها تعيين كند. GPS از ديد نقشه برداري يك سيستم تعيين مختصات نسبي است و اگر نقطه‏اي در مختصات سيستم ژئودتيك جهاني  (WGS 84) معلوم باشد، مختصات نقطة دوم نيز در همان سيستم تعيين خواهد شد.

1)   روش ايستايي و ايستايي سريع : در اين روش گيرنده در طي مسير خاموش است و تنها مختصات نقاطي اندازه گيري مي‏شود كه گيرنده در آنها مستقر شده‏است.

2)   روش نيمه كينماتيك ( ايست – رو) : در اين روش گيرنده در حين حركت بين نقاط مورد نظر ، ارتباط با ماهواره را حفظ مي‏كند ولي مختصات مسير تعيين نمي‏شود.

3)     روش كينماتيك خالص (متحرك) : مختصات مسير در حاليكه گيرنده در حركت است ، تعيين مي‏شود.

خصوصيات GPS :

*       اقدام به عمليات در هر شرايط آب و هوايي، در شب و روز امكان پذير است.

*       نيازي به امكان ديد بين ايستگاههاي مجاور وجود ندارد.

*       توانايي ارتباط همزمان با چند ماهواره و تعيين موقعيت آني با دقت بسيار بالا وجود دارد.

با توجه به نكات فوق برتري GPS نسبت به روشهاي زميني مشخص مي‏گردد. اما در استفاده از اين سيستم مشكلاتي نيز وجود دارد ، از جمله اينكه چون كنترل انتشار سيگنالهاي ماهواره‏اي در دست آمريكا مي‏باشد، اين كشور مي‏تواند در صورت لزوم مشكلاتي در امر استفاده از اين سيستم ايجاد نمايد كه نمونة بارز آن استفاده‏از سيگنالهاي ساختگي در بحران خليج فارس مي‏باشد.

دريافت اطلاعات براي تعيين موقعيت :

1)     دريافت اطلاعات دقيق (P.P.S)                                                                  Presice Positioning Service

2)     دريافت اطلاعات با دقتي كمتر از   Standard Positioning Service   

استفاده از  P.P.S) ) مختص آمريكا و هم پيمانانش و (S.P.S) براي ساير كشورها مي‏باشد.

ماهواره هاي تعيين موقعيت جهاني ديگر كشورها :                                                                          

اروپا نيز يك سري ماهواره براي تعيين موقعيت جهاني و اهداف ناوبري (همانند GPS ) دارد كه (G.N.S.S )  GLOBAL  NAVIGATION  SATELLITE  SYSTEM نام دارد ماهواره هاي روسي (GLONASS) نيز همانند GPS و GNSS جهت اهداف ناوبري و مطالعات ژئودتيكي استفاده مي‏شود. گيرنده هايي نيز وجود دارند كه مي‏توانند پيامهاي GLONASS  و GPS و GNSS  و GPS را دريافت و پردازش كنند. يعني نرم افزار اين گيرنده ها به گونه‏اي طراحي و ساخته شده است كه قابليت جابجايي سيستم مختصات، يعني انتقال موقعيت ماهوارة GPS به سيستم SGS85  و يا انتقال موقعيت ماهواره GLONASS  به سيستم WGS84  و همچنين جابجايي بين زمان GPS و GLONASS  و GNSS  را داشته باشد.

از اين نوع گيرنده ها مي‏توان به GG24  ، ساخته شركت اشتك اشاره نمود.

توضيحات :

1)   سيستم ماهواره‏اي NAV STAR / GPS  در ابتدا به منظور ناوبري اهداف نظامي طراحي و ساخته شده بود.

2)  اولين ماهوارة GLONASS  روسها در سال 1982 يعني 5/4 سال بعد از پرتاب اولين نسل ماهوارة GPS ، به فضا پرتاب شد و هم اكنون 24 ماهوارة  GLONASS  در فضا در حال گردش مي‏باشند.

3)  از روش داپلر (DOPPLER)  براي تعيين نقاط استفاده مي‏شده است. بدين ترتيب كه عدد داپلر را تعيين مي‏كردند كه اين عدد خود اندازه‏اي براي اختلاف فاصلة ماهواره در دو موقعيت S2,S1 در دو زمان T2,T1 با ايستگاه زمين NI است.