سامانه های موقعیت یاب جهانی چگونه کار می کنند؟

امروزه سیستم های موقعیت یاب جهانی در بسیاری از امور دارای کاربری بوده و امور مختلفی از زندگی انسان با کمک این فناوری انجام می شود. این سیستم که در بین عموم مردم با نام جی پی اس شناخته می شود، در حقیقت مخفف شده عبارت Global Positioning System است که به معنی سیستم یا سامانه موقعیت یاب جهانی بوده و امروزه انواع مختلفی از این سامانه که توسط کشورهای مختلف طراحی شده اند، وجود دارد اما به دلیلی اینکه سامانه جی پی اس برای نخستین بار توسط ایالات متحده آمریکا ارائه شد، نام جی پی اس برای اشاره به  سامانه  ساخته توسط  آمریکا به کار رفته و سامانه های دیگر هر یک دارای نام منحصر به فرد خود هستند.

این سامانه ها بر پایه عملکرد تعیین موقعیت افراد به کمک امواج ماهواره ای عمل می کند. به بیان ساده، امواج ماهواره ای از طریق دستگاهی که در اختیار شما قرار دارد ( دستگاه های ویژه ارتباط با جی پی اس ؛ موبایل یا سایر گجت های مرتبط ) موقعیت شما را روی کره زمین شناسائی کرده و با تطبیق موقعیت زمانی شما و استفاده از دست کم دو ماهواره مختلف، طول و عرض جغرافیائی محلی که شما در آن قرار دارید شناسائی شده و در صورت وجود ارتباط با ماهواره سوم، ارتفاع محلی که در آن قرار دارید نیز محاسبه می شود.

این سامانه ها بر پایه عملکرد تعیین موقعیت افراد به کمک امواج ماهواره ای عمل می کند. به بیان ساده، امواج ماهواره ای از طریق دستگاهی که در اختیار شما قرار دارد ( دستگاه های ویژه ارتباط با جی پی اس ؛ موبایل یا سایر گجت های مرتبط ) موقعیت شما را روی کره زمین شناسائی کرده و با تطبیق موقعیت زمانی شما و استفاده از دست کم دو ماهواره مختلف، طول و عرض جغرافیائی محلی که شما در آن قرار دارید شناسائی شده و در صورت وجود ارتباط با ماهواره سوم، ارتفاع محلی که در آن قرار دارید نیز محاسبه می شود. در حقیقت هر چه تعداد ماهواره های مرتبط با شما در یک موقعیت جغرافیائی بیشتر باشد، تعیین موقعیت شما با دقت بالاتری انجام خواهد شد. در حال حاضر صدها ماهواره مرتبط با تعیین موقعیت جهانی در مدار زمین در حال چرخش هستند که البته هر گروه از آن ها متعلق به سامانه ویژه ای بوده و به طور کلی هر چه تعداد ماهواره های مستقر در مدار زمین و ایستگاه های پردازش زمینی یک سیستم موقعیت یاب جهانی ، بیشتر باشد، تعیین موقعیت انجام شده توسط آن سامانه، دقیق تر خواهد بود.

امروزه پر کاربردترین سیستم های مختصاتی مورد استفاده در سامانه های موقعیت یاب جهانی Lat-Lon و UTM هستند البته نمونه های متعدد دیگری نیز در قالب اپلیکیشن های ارائه شده در تلفن های همراه نیز وجود دارد که کاربردی بسیار آسان دارند. در حال حاضر سیستم های ناوبری متعددی در گوشه و کنار جهان به کمک جی پی اس فعالیت کرده و بسیاری از خودروها در گوشه و کتار جهان به کمک این سامانه مسیر خود را پیدا می کنند. از سوی دیگر استفاده از سامانه های موقعیت یاب جهانی برای کشتی ها و هواپیماها نقشی حیاتی داشته و بخش مهمی از تعیین مسیرهای این وسایل نقلیه به کمک این سامانه ها انجام می شود. در گذشته ای نه چندان دور از سیستم موقعیت یاب جهانی تنها برای تعیین مختصات جغرافیائی یک محل استفاده می شد اما امروزه با توسعه سیستم فوق الذکر از این فناوری در امور مختلفی استفاده می شود که از جمله مهمترین آن ها می توان به به پروژه های نقشه برداری، طرح های عمرانی و شهر سازی و جاده سازی، تعیین موقعیت و مسیر یابی در طبیعت و برخی رشته های ورزشی مانند کوهنوردی، قایق رانی و کایت سواری، کنترل ترافیک، انجام عملیات نجات در شرایط اضطراری و وقوع بلایای طبیعی و … است.

همانطور که گفته شد در حال حاضر سامانه های موقعیت یاب جهانی متعددی در حال فعالیت است که در این بخش به برخی از مهمترین آن ها اشاراه می کنیم.

سامانه جی پی اس (ایالات متحده آمریکا)

این سامانه در حقیقت برای نخستین بار در دهه هشتاد میلادی توسط مهندسین آمریکائی و با هدف استفاده در مانورهای نظامی طراحی شد. ایده نخستین این سامانه در سال 1973 ارائه شده و نخستین ماهواره سیستم جی پی اس در سال 1978 به مدار زمین پرتاب شد. بر اساس اطلاعات رسمی موجود در سامانه رسمی جی پی اس، این اختراع حاصل همکاری گروهی از دانشمندان آزمایشگاه فیزیک پیشرفته ایالات متحده آمریکا بود که سرپرستی این عملیات بر عهده ایوان ای گتینگ، برادفورد پارکینوسن و راجر ال استون قرار داشت.

رفته رفته و با توجه به قابلیت های متنوع سیستم فوق الذکر ، انحصار استفاده نظامی از آن برداشته شده و روز به روز توسعه پیدا کرد. این سیستم در حال حاضر دارای 24 ماهواره اصلی و 8 ماهواره غیر اصلی در نقاط مختلف مدار زمین است که به طور دائم در حال حرکت در مدار بوده و به دور زمین می چرخند. به همین دلیل در برخی منابع تعداد ماهواره های سیستم جی پی اس را 24 تا 32 عدد ذکر می کنند. از جمله مزایای این سیستم، عدم نیاز به اتصال به اینترنت بوده و به کمک گیرنده های ویزه ای می توان در هر نقطه ای از کره زمین به ماهواره های سامانه جی پی اس متصل شده و نسبت به تعیین موقعیت خود اقدام کرد. البته در حال حاضر امکان استفاده از این سامانه به کمک سیستم های مخابراتی تلفن همراه و اینترنت نیز وجود دارد که سبب افزایش دقت آن خواهد شد.

سامانه جی پی اس در حال حاضر دارای سه بخش اصلی است که عبارتند از: بخش فضائی ؛ بخش کنترل و هدایت زمینی و سیستم های مورد استفاده توسط کاربران. امروزه سیستم موقعیت یاب جهانی جی پی اس، بیشترین سهم از کاربران این سیستم ها را در مقایسه با نمونه های مشابه به خود اختصاص داده و بسیاری از گجت ها و سیستم های مخابراتی به طور پیش فرض با این سامانه در ارتباط هستند.

سامانه موقعیت یاب جهانی بیدو(چین)

کشور چین طی سال های اخیر به طور جدی در حال گسترش شبکه جهانی موقعیت یاب ماهواره ای خود با نام بیدو BeiDou Navigation Satellite System (BDS) است.

امروزه و با توجه به گسترده شدن مناطق تحت پوشش سیستم بیدو؛ رفته رفته می توان این سیستم را به عنوان یک سیستم رقیب و جایگزین سیستم موقعیت یاب جهانی آمریکا یعنی جی پی اس و سیستم مشابه ساخته شده توسط روسیه با نام گلوناس، به شمار آورد.  پیش بینی می شود این سیستم موقعیت یاب جهانی تا سال 2020 میلادی تمامی کره زمین را تحت پوشش قرار دهد.

موضوعی که باید به آن توجه داشت این است که سیستم موقعیت یاب جهانی بیدو هنوز به نسبت جی پی اس دارای نواقصی بوده و البته باید اذعان داشت که این پروژه در سال 1994 میلادی و حدود بیست سال پس از شروع پروژه جی پی اس ، آغاز شده است و به نسبت آن بسیار جدید تر است.  نخستین ماهواره این سیستم در سال 2000 میلادی به مدار زمین فرستاده شده و رفته رفته تکمیل تر شد.

گفته می شود سازمان فضائی چین در نظر دارد سیستم موقعیت یاب ماهواره ای بیدو را به گونه ای توسعه دهد که امکان استفاده از آن در بیشتر مناطق دنیا وجود داشته و بتوان از آن برای مصارف متعددی از جمله سرویس های پیام کوتاه ، موقعیت یابی  و …. استفاده کرد.

بر اساس اظهارات مقامات چینی ، این کشور در نظر دارد تا سال 2018 امکان استفاده از سیستم موقعیت یاب ماهواره ای بیدو را در بیشتر نقاط جهان امکان پذیر کرده و تا سال 2020  پروژه خود را به پایان رسانده و تمامی نقاط کره زمین را تحت پوشش این سیستم قرار دهد.  به تازگی سیستم بیدو نخستین پایگاه زمینی بین المللی خود را کشور لائوس راه اندازی کرد که این موضوع می تواند در توسعه سیستم موقعیت یاب جهانی بیدو بسیار تاثیر گذار باشد. به هر حال آن چه که مسلم است، ظهور رقبای قدرتمندی برای جی پی اس در سال های اخیر بوده که انحصار این سامانه را از ایالات متحده آمریکا گرفته است. امروزه بخش بزرگی از کاربران اینترنت و تلفن همراه در کشور چین و برخی از کشورهای شرق آسیا از سامانه بیدو استفاده می کنند.

سامانه موقعیت یاب جهانی گلوناس ( روسیه )

روسیه و آمریکا در تاریخ معاصر جهان همواره رقبایی سرسخت برای یکدیگر محسوب شده و در تمامی امور نظامی و غیر نظامی با یکدیگر دست و پنجه نرم می کنند. همزمان با راه اندازی و استفاده از سیستم موقعیت یاب جهانی جی پی اس در ایالات متحده امریکا، روسیه نیز سیستم مشابهی را راه اندازی کرد که البته استفاده رسمی از آن سال ها پس از گسترش و موفقیت جی پی اس انجام شد.  سیستم موقعیت یاب جهانی روسیه با نام  گلوناس (GLONASS) یا سامانه ماهواره‌ ای ناوبری جهانی (Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya sistema) ، یک سامانه ناوبری ماهواره‌ ای بر مبنای موج ‌های رادیویی است که به وسیله نیروی دفاعی هوا- فضای روسیه برای دولت روسیه فعالیت می‌ کند. در واقع گلوناس ، هم مکمل و هم جایگزینی برای سامانه موقعیت ‌یاب جهانی ایالات متحده امریکا (جی پی اس) است و تنها سامانه جایگزین ناوبری محسوب می شود که از لحاظ پوشش و دقت با جی پی اس قابل مقایسه ‌است.

البته گلوناس معتقد است که موقعیت ‌یابی او از همتای امریکاییش ، موقعیت ‌یاب جهانی جی پی اس دقیق تر است چرا که جی پی اس به اندازه کافی سرزمین های مختلف جهان را پوشش نمی دهد.

گفتنی است روسیه ( اتحاد جماهیر شوروی ) از سال 1976 میلادی در حال توسعه دادن سیستم موقعیت یابی گلوناس (GLONASS) است که این موضوع از از همان زمان جزء  دستور العمل های اصلی  وزارت دفاع این کشور بوده است. نخستین ماهواره سامانه گلوناس  در سال 1982 وارد مدار زمین شد. در سال 1993 ماهواره های متعددی به سامانه  گلوناس اضافه شده و با قرار گرفتن دوازده ماهواره در مدار، این پروژه در دسامبر سال 1995 میلادی به طور رسمی مورد بهره برداری قرار گرفت.

قابل توجه است که از سال 2000 به بعد با روی کار آمدن ولادیمیر پوتین به عنوان ریاست جمهوری روسیه، نوسازی گلوناس (GLONASS) در بالاترین اولویت دولت این کشور قرار گرفته و بودجه آن افزایش یافت  کشور روسیه تا سال 2011 با فرستادن 12 ماهواره دیگر ، تعداد ماهواره های گلوناس را به بیست و چهار ماهواره رساند و با این شرایط توانست کل زمین را پوشش دهد.

در حال حاضر سیستم  موقعیت یاب گلوناس (GLONASS) شامل 30 ماهواره ، از جمله 24  فضاپیمای عملیاتی، سه قطعه یدکی و یک پلت فرم در مرحله آزمایش پرواز است. در کشور روسیه، نوزده ایستگاه زمینی مصرف کننده با یک سیگنال ناوبری با دقت یک متر تدارک دیده شده اند. سه  ایستگاه پردازنده زمینی سامانه گلوناس نیز در قطب جنوب و یک ایستگاه نیز در برزیل واقع شده است. به این ترتیب روسیه با دارا بودن سامانه ای به قدرتمندی جی پی اس که گفته می شود در برخی موارد از ان دقیق تر محسوب می شود، زنگ خطر را برای ایالات متحده آمریکا به صدا در آورده است. امروزه هزاران نفر در گوشه و کنار جهان به کمک سامانه موقعیت یاب جهانی گلوناس، مسیر خود را پیدا کرده و از خدمات این سامانه استفاده می کنند.

سامانه موقعیت یاب جهانی گالیلئو (اتحادیه اروپا)

این سامانه که توسط اتحادیه اروپا و برخی از دیگر کشورهای جهان مانند عربستان سعودی، اوکراین، هندوستان، کره جنوبی و …. راه اندازی شده است، در مقایسه با سامانه های پیشین که توسط کشورهای چین، روسیه و آمریکا طراحی شده اند دارای دقت پوشش بسیار کمتری است. البته این سامانه به نسبت جی پی اس و گلوناس بسیار جدیدتر محسوب شده و یکی از اعضای جوان سامانه های موقعیت یاب جهانی به شمار می رود.

این پروژه با سرمایه ای بالغ بر 20 میلیارد یورو آغاز به کار کرده و نام آن نیز از ستاره شناس مشهور ایتالیائی که برای نخستین بار به کروی بودن زمین پی برد، اخذ شده است. هدف اصلی راه اندازی این سامانه؛ بی نیاز شدن کشورهای اتحادیه اروپا و سایر مشارکت کنندگان در این پروژه از سامانه های متعلق به روسیه و ایالات متحده امریکا است زیرا پردازش و کنترل سامانه های فوق در اختیار این دو کشور بوده و در صورت بروز جنگ یا هر مساله دیگری ؛ آمریکا و روسیه می توانند به سادگی امکان دسترسی سایر کشورهای جهان به خدمات سامانه های خود را قطع کنند که این موضوع موجب بروز مشکلات متعددی برای آن ها خواهد شد.

در حال حاضر دو ایستگاه اصلی سامانه موقعیت یاب جهانی گالیلئو در شهر مونیخ آلمان و فوچینوی ایتالیا قرار دارد.

در خاتمه لازم به توضیح است که کشورهای دیگری مانند ژاپن و هندوستان نیز در حال توسعه سامانه های مخصوص خود هستند که در مقایسه با موارد گفته شده در  این گزارش،  دارای سطح پوشش بسیار کمتری بوده و در حوزه منطقه ای عمل می کنند. برای نمونه سامانه موقعیت یاب ژاپن به نام    QZSS تنها با هدف پوشش جزایر مختلف این کشور طراحی شده است.

گرداوری و ترجمه گزارش: احسان محمدحسینی

No tags for this post.