سامانه‌های موقعیت‌یاب، ضرورت زندگی روی زمین
علاوه بر کاربردهای مستقیم ، بالا بردن سطح دانش و فناوری و تجاری‌سازی خدمات ناشی از آن، انگیزه‌های بسیار قوی را در برنامه‌ریزی و دستیابی به این نوع سامانه‌ها در کشورهای صنعتی و حتی کمترصنعتی جهان ایجاد کرده است.
سامانه‌های موقعیت‌یابی زمین-پایه با رویکرد تعیین مختصات نقطه‌ای نامعلوم به صورت مطلق و مستقل از اندازه‌گیری‌های قبلی یا موقعیت‌‌های گذشته انجام میگیرد. لذا فناوری‌های متعددی پدید آمده‌اند تا با زاویه، فاصله، فاصله مجازی یا ترکیبی از این اطلاعات را ارائه کنند. موقعیت‌یابی در سامانه‌های با منابع گسیل چندگانه بر پایه نظریه منحنی‌های هذلولی صورت میگیرد.
لورن (loran)، امگا، دکا و چایکا از معروف‌ترین سامانه‌های منطقه‌ای زمینی هستند. سابقه پیدایش سامانه لورن و اولین نسل آن یعنی لورن-آ به جنگ جهانی دوم و توسط ایالات متحده آمریکا برمی‌گردد. پس از لورن-آ و لورن-بی با امکان ارسال پالس‌های هم‌فاز از فرستنده‌ها مطرح شد و دقت موقعیت‌یابی را افزیش داد. اما این دو نسل دارای دقت کافی در مسیرهای طولانی نبودند که در نتیجه جستجو برای یافتن باند فرکانسی با پایداری بیشتر منجر به پیدایش نسل تازه‌تری به نام لورن-سی شد.
هر چند که ظهور سامانه جی‌پی‌اس با خدمات عالی و قیمت ارزان خطر بسیار بالقوه‌ای برای سامانه‌های زمین‌پایه محسوب می‌شد و حتی آنها را تا مرز تعطیلی کامل نیز پیش برد، اما تایید آسیب‌پذیری جی‌پی‌اس باعث شد که لورن-سی به عنوان پشتیبان سامانه ماهواره‌ای به کار خود ادامه دهد. آخرین نسل لورن با نام لورن بهبودیافته یا لورن-ای دقت مکانیابی را از حدود ۴۵۰ متر به نزدیک ۲۰ متر ارتقا داد.
استفاده از فرکانس پایین رادیویی در فرستنده‌های لورن باعث می‌شود که سیگنال از طریق انتشار امواج زمینی در فواصل دورتر از افق رادیویی نیز دریافت شود. اما از آنجا که این فرکانس‌ها تحت تاثیر نویزهای اتمسفری و عوامل محیطی مانند باد و باران قرار می‌گیرند، باید برای غلبه بر آنها از فرستنده‌های پرقدرت استفاده کرد.
به طور خلاصه سامانه لورن شامل زنجیره‌ای از سه فرستنده یا بیشتر بوده که صدها مایل با هم فاصله دارند. در این زنجیره یک فرستنده به عنوان ایستگاه اصلی و بقیه به عنوان ایستگاه‌های ثانویه در نظر گرفته می‌شوند. این ایستگاه‌ها پالس‌های رادیویی را در فواصل زمانی مشخصی ارسال می‌کنند. در این هنگام گیرنده اختلاف زمانی دریافت این پالس‌ها را اندازه‌گیری می‌کند. اختلاف زمانی دریافت سیگنال از هر زوج ایستگاه اصلی و فرعی در هر نقطه از ناحیه پوشش، معیاری از اختلاف فاصله این نقطه از آن دو ایستگاه است. مکان هندسی نقاطی که دارای اختلاف زمانی برابر از یک زوج ایستگاه اصلی-ثانویه هستند، به شکل هذلولی است که نقطة تقاطع دو یا چند منحنی، موقعیت کاربر یا گیرنده را مشخص می‌کند. گیرنده‌های پیشرفتة لورن می‌توانند سرعت یا مسیر وسیله نقلیه را نیز تعیین کنند.
اجزای یک سامانه لورن به طور کلی عبارتند از فرستنده اصلی، فرستنده‌های ثانویه، ایستگاه کنترل و پایش، گیرنده و نقشه‌های چاپی یا دیجیتالی لورن. این نقشه‌های در حقیقت برای تبدیل پارامتر اختلاف زمانی به طول و عرض جغرافیایی بکار می‌روند. انتشار مؤثر امواج در باندهای پایین فرکانسی، نیاز به بکارگیری آنتن‌های بسیار بلند در حد 200 متر ارتفاع دارد.
فاصله زمانی بین ارسال موفق پالس‌ها توسط ایستگاه اصلی، به نام فاصلة تکرار گروه (GRI) شناخته می‌شود. لذا با توجه به یکسان بودن فرکانس فرستنده‌های اکثر زنجیره‌های لورن، تنها پارامتر تمیزدهنده یک زنجیره خاص همین GRI است. توان سیگنال‌های رسیده به گیرنده در مقایسه با سامانه‌های فضایی بسیار زیادتر و حتی تا چند برابر است. بنابراین یکی دیگر از ویژگی‌های کاملاً مثبت و رقابت‌پذیر سامانه‌های زمینی، مقاومت بالای آنها در مقابل امواج اختلالی و جمینگ است. هم‌اکنون قارة آمریکا و آب‌های ساحلی آن، اروپای شمال غربی، غرب روسیه و برخی از مناطق قارة آسیا توسط ۷۹ فرستنده آمریکایی و روسی تحت پوشش قرار دارند.
سامانه‌های موقعیت‌یابی، ناوبری و زمان‌سنجی اعم از زمین‌پایه، مکمل و یا فضاپایه امروزه کاربرد بسیار حیاتی و اجتناب‌ناپذیری در ابعاد مختلف زندگی بشر پیدا کرده‌اند.
سامانه موقعیت‌یابی ملی، ضرورت، برنامه‌ریزی
سامانه‌های موقعیت‌یابی، ناوبری و زمان‌سنجی اعم از زمین‌پایه، مکمل و یا فضاپایه امروزه کاربرد بسیار حیاتی و اجتناب‌ناپذیری در ابعاد مختلف زندگی بشر پیدا کرده‌اند. علاوه بر کاربردهای مستقیم ، بالا بردن سطح دانش و فناوری و تجاری‌سازی خدمات ناشی از آن، انگیزه‌های بسیار قوی را در برنامه‌ریزی و دستیابی به این نوع سامانه‌ها در کشورهای صنعتی و حتی کمترصنعتی جهان ایجاد نموده است.
از جمله کاربردهای نظامی آن می‌توان به ناوبری سربازان، ردیابی اهداف، نجات افراد، به‌روزرسانی نقشه‌ها، و هدایت موشک‌ها و تسلیحات اشاره کرد. همچنین کاربردهای غیرنظامی نیز شامل صنایع تاسیساتی، منابع طبیعی و کشاورزی، کاربردهای مهندسی عمران، پایش تغییر شکل ساختمان‌هاي لرزه‌نگاری زمینی و دریایی، نقشه‌برداری زمینی و دریایی و بالاخره ناوبری وسایل نقلیه هستند.
برای سربازی که در تاریکی شب و در قلمرو دشمن عملیات انجام می‌دهد، بزرگ‌ترین چالش، ناوبری در سرزمین ناشناخته و فاقد نشانه‌های زمینی طبیعی قابل تشخیص است. در این شرایط، گیرنده‌های موقعیت‌یابی اهمیتی بسیار بیشتر از قطب‌نماهای متداول دارند. همچنین تعیین موقعیت دقیق و سریع زخمیان جنگی و یا حوادث می‌تواند باعث کاهش چشمگیر زمان رسیدن نیروهای واکنش سریع و نجات جان انسان‌های زیادی شود.
ترکیب روش‌های ناوبری ماهواره‌ای با اینرسی و یا موقعیت‌یابی تفاضلی، منجر به پیشرفت و هدایت‌پذیرشدن سامانه‌های تسلیحاتی جهت هدفگیری شده است. امروزه سامانه‌های جدید مراقبت و فاصله‌یابی در خط مقدم جبهه به سربازان این امکان را می‌دهد تا موقعیت و فاصله دقیق خود تا نیروهای را مشخص کرده و مناسب‌ترین و دقیق‌ترین سلاح خمپاره‌انداز و توپخانه را برای انهدام آن انتخاب کنند.
شرکت‌های تاسیساتی نیاز خود به نقشه‌های دقیق و به‌روزشده از تاسیسات آب، برق و گاز را با استفاده از سامانه‌های ترکیبی GPS/GIS مرتفع می‌کنند. اطلاعاتی مانند موقعیت خطوط لوله گاز و مشخصه‌های آن توسط یک سامانه GIS برای تولید نقشه‌های جدید به کار می‌رود. کاربرد موقعیت‌یابی در کشاورزی دقیق می‌تواند شامل مکان گردآوری نمونه‌های خاک، کنترل کاربرد مواد شیمیایی و نمایش برداشت محصول باشد.
قابلیت موقعیت‌یابی در فراهم کردن دقت بی‌درنگ و کمتر از متر و سانتی‌متر و با هزینه کم، انقلابی در صنعت مهندسی عمران ایجاد کرده است. البته در اینجا نباید از نقش کمکی و پشتیبان فناوری‌های دیگر مانند مخابرات بی‌سیم، شبکه‌های رایانه‌ای، فاصله‌یاب‌های لیزری و غیره غافل بود. همچنین در بررسی تغییر‌شکل ساختمان‌ها، پل‌ها و سدها که در بازه‌های در حد میلیمتر رخ می‌دهد، داده‌های جی‌پی‌اس باید به صورت مکمل با حسگرهای زمین‌شناسی و انواع خاصی از ایستگاه‌های مجموعه‌ای ترکیب گردند.
آنچه هم‌اکنون نیز برای استفاده‌کنندگان از وسایل نقلیه در درون و برون شهرها بسیار ملموس و کاربردی شده است، ترکیب داده‌های موقعیت‌یابی با نقشه‌های دیجیتالی راه‌هاست که به کمک آن تعیین و انتخاب مسیر به صورت الکترونیکی صورت گرفته و مقصدهای معین و یا خواسته شده را معرفی و بهترین مسیر دستیابی را به کمک الگوریتم‌های بهینه‌سازی به راکب نقلیه و سرنشینان نشان می‌دهند.
متاسفانه موضوع موقعیت‌یابی و ناوبری در کشور ماهواره‌ای هنوز آن جایگاه شایسته و لزوم کاربری خود را چه در کاربری‌های خاص و صنعتی و چه در کاربردهای عمومی نیافته است. از مهم‌ترین دلایل آن می‌توان به عدم فرهنگ‌سازی فنی و کاربری، اهمیت ندادن عموم جامعه به مسألة دقت، سرعت و صرفه‌جویی در منابع انرژی، نبود متولی خاص در این حوزه، و بالاخره عدم‌اطمینان کافی به صحت و دقت داده‌های ارسال شده توسط سامانه‌های بیگانه اشاره داشت.
اما به هر حال عزم جدی و روند پرشتاب کشورهای پیشرفتة دنیا در تمامی عرصه‌های فناورانه، دانشی و کاربردی و تجاری موقعیت‌یابی نشان‌دهنده اهمیت بسیار بالای این موضوع و همه‌گیرشدن آن در آینده نزدیک است که شاید عقب ماندن از این قافله دیگر قابل جبران نباشد. خوشبختانه کشور ماهواره‌ای که هم‌اکنون دیگر یک کشور فضایی محسوب می‌شود، می‌تواند با اعتماد به نفس بسیار خوبی در این حوزه وارد شده و برنامه‌ریزی منسجمی انجام دهد.
در بخش ناوبری زمین‌پایه، اکنون این فناوری به اوج بلوغ علمی و فنی خود در دنیا رسیده و با تجربه قابل‌ملاحظه‌ای که در سطح بین‌الملل و منابع دانشی باز وجود دارد، این کار دیگر در حد یک مهندسی معکوس و چه بسا کپی‌سازی تلقی می‌شود. اما استقلال آن نسبت به ناوبری فضاپایه و همچنین امنیت مناسب آن در برابر اختلالات الکترونیکی از ویژگی‌های منحصر به فرد این نوع روش موقعیت‌یابی به شمار می‌رود. به همین دلیل، بخش بسیار وسیعی از نیازهای غیرنظامی و چه بسا نظامی را بتوان با روش لورن بهبودیافته مرتفع ساخته و پاسخ داد.
در بخش موقعیت‌یابی فضاپایه نیز شاید سریع‌ترین و به صرفه‌ترین روش، استفاده از سامانه‌های منطقه‌ای باشد که با استفاده از تعداد کمی ماهواره در مدارهای خاص مانند GEO و HEO، پوشش مکانی دلخواه و زمانی پیوسته را فراهم می‌آورد. گذشته از دید علمی و کاربردی، با شرایط و چالش‌های بین‌المللی خاصی که کشور ماهواره‌ای دارد، از دیدگاه امنیت ملی نیز مسأله استقلال از سامانه‌های ناوبری بیگانه می‌تواند انگیزه ورود به بحث موقعیت‌یابی بومی را تکمیل کند.
البته به عنوان یک گام میانی می‌توان کار روی سامانه‌های مکمل را نیز مانند دیگر کشورها در دستور کار قرار داد تا رشد مناسب فنی و دانشی برای گام بعدی به وجود آید.
No tags for this post.
