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 نما هایی 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 ماهواره ها جهت یابی می‌‌کند. ماهواره هایی که هرکدام در مدارهای خود به دور زمین در گردشند؛ این ماهواره ها با ایستگاه‌های ویژه‌ای بر روی زمین در تماس اند و همواره موقعیت آن ها در فضا مشخص است. دستگاه گیرندهٔ جی‌پی‌اس شما، با ارتباط با تعدادی از این ماهواره ها، فاصلهٔ شمارا تا آن ها تعین می‌‌کند و سپس موقعیت دقیق شما روی زمین بدست می‌‌آید. در واقع اساس کار این سامانه، فرستادن سیگنال های 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، آن ها 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، در ابتدا تنها استفادهٔ نظامی داشته است، ولی از سال 1980 به بعد تصمیم گرفته شد تا از آن در فعالیت های غیر نظامی هم استفاده شود ؛ تا جایی که امروزه حتی در ماهی گیری و شکار هم مورد استفاده قرار می‌‌گیرد. این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شده‌اند.

نحوهٔ کار

ماهواره‌های این سیستم، در مدارهای دقیق هر روز ۲ بار به‌دور زمین می‌‌گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می‌کنند. گیرنده‌های جی‌پی‌اس این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می‌کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می‌‌کند. از اختلاف این دو زمان، فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می‌‌گردد. این عمل را با داده‌های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می‌کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با تقریب ناچیز معین می‌‌کند.

گیرنده به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل ۳ ماهواره برای محاسبه ۲ بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل ۴ ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره‌ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطلاعات مفید دیگر، می‌نماید.

ماهواره‌های جی پی اس

۲۴ عدد ماهواره جی‌پی‌اس در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش می‌کنند. هر ماهواره دقیقاً طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین می‌‌گردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهواره‌ها نیروی خود را از خورشید تامین می‌کنند. همچنین باتری‌هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می‌کنند به‌همراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره‌ها را در مسیر صحیح نگاه می‌دارد. به این ماهواره‌ها NAVSTAR نیز گفته می‌شود.

در اینجا به برخی مشخصه‌های جالب این سیستم اشاره می‌‌کنیم:

• اولین ماهواره جی‌پی‌اس در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
• در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
• عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین می‌گردد.
• هر ماهواره حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طول باتری‌های خورشیدی آن ۵.۵ متر است.
• انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.

گیرنده جی پی اس

بهای گیرنده‌های جی‌پی‌اس کاهش پیدا کرده و هم اکنون در ایران با بهایی معادل یک گوشی متوسط تلفن همراه نیز می‌‌توان گیرنده جی‌پی‌اس تهیه کرد. در کشورهای توسعه یافته از این سیستم برای راهبری خودرو، کشتی و انواع وسایل نقلیه بهره گیری می‌شود.

انواع گیرنده‌های جی‌پی‌اس

گیرنده‌های جی‌پی‌اس انواع گوناگونی دارند و انتخاب هرکدام از آن ها بستگی به موارد استفادهٔ شما دارد؛ برای نمونه این که می‌‌خواهید در داخل خودرو آن را نصب کنید یا اینکه آن را در کوله پشتی خود قرار دهید گزینه‌های متعددی را پیش روی شما می‌‌گذارد.

گیرندهٔ بیسیک جی‌پی‌اس _ بیسیک : این گیرنده ها در واقع از ساده‌ترین و کم قیمت‌ترین گونه ها هستند (اغلب کمتر از $100 us) یک گیرندهٔ بیسیک (پایه) می‌‌تواند بسیار دقیق تر از گیرنده‌های گران قیمت باشد، اما باید این مساله را هم در نظر داشت که این گیرنده ها بسیاری از ویژگی های دستگاه‌های گران قیمت را ندارند. ویژگی قابل توجهی که کمبود آن بیشتر حس می‌شود، نداشتن قابلیت نقشه برداری یا Mapping است که بعدا شرح داده خواهد شد. در زیر تعدادی از امکانات این گیرنده‌های ساده آمده است:

o موقعیت یابی؛ تعیین طول جغرافیایی و عرض جغرافیایی که در واقع ویژگی اصلی یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس است. o تعیین جهت؛ با یک قطب نما ی الکترونیکی. o تعیین ارتفاع از سطح دریا های آزاد؛ البته باید توجه داشت که دقت در اندازه گیری ارتفاع به خوبی دقت در موقعیت یابی نیست. o زمان دقیق. o موقعیت ماهواره ها و قدرت سیگنال ها. o توانایی محاسبهٔ مسافت پیموده شده. o توانایی ذخیره سازی مسیر پیموده شده ؛ که با استفاده از نقطه گذاری در صفحهٔ نمایشگر انجام می‌شود. o توانایی هدایت و مسیر یابی. o یافتن مسیری که در گذشته آن را پیموده اید.

• گیرنده‌های دستی جی‌پی‌اس _ نقشه بردار : همانطور که از نام این گیرنده بر می‌‌آید گیرندهٔ نقشه بردار از قابلیت نمایش نقشه برخوردار است. این گیرنده ها ابعاد بزرگ تری نسبت به گیرنده‌های قبلی دارند. با اتصال این گیرنده به یک رایانه شخصی نقشهٔ دلخواهتان را به گیرنده می‌‌دهید. جزئیات نقشه نیز بستگی به اندازه و نیز رزولوشن نمایشگر دارد. این گیرنده ها فشارسنج، قطب نمای الکترونیکی، بازی و سالنامه هم دارند. اگرچه این گیرنده ها باید خیلی گران قیمت تر از نمونهٔ قبلی باشند، ولی افزایش قیمت نسبتا کمی دارند و افزودن یک نمایشگر بزرگ تر برای شرکت تولید کننده هزینهٔ زیادی را در بر ندارد. قیمت این گیرنده ها از 150 دلار آمریکا شروع می‌شود. نقشه هایی که قابلیت بار کردن (upload) داشته باشند در یک سی‌دی قرار دارند که در هنگام خرید دستگاه به شما داده می‌شود. با استفاده از نصب نرم افزار نقشه در رایانه شخصی خود می‌‌توانید به انتخاب یک یا چند مسیر بپردازید و بعد از علامت گذاری نقشه آن را به گیرندهٔ نقشه بردار خود بدهید. ولی در این میان باید توجه کرد که دستگاه‌های دستی، ظرفیت محدودی دارند و تنها مقدار مشخصی از اطلاعات را می‌‌توانید در آن ها ذخیره کنید. مدل هایی از این گیرنده ها وجود دارند که می‌‌توان به آن ها کارت حافظه اضافه کرد ( که معمولا از حافظهٔ SD یا از حافظهٔ CF استفاده می‌شود). پس اگر به ذخیرهٔ مقدار بیشتری از اطلاعات نیاز دارید به یک کارت حافظه هم احتیاج پیدا می‌‌کنید. یک دستگاه پی‌دی‌ای • گیرنده‌های جی‌پی‌اس برای خودرو : این گیرنده ها بزرگ تر از گیرنده‌های دستی هستند و نمایشگری نسبتا بزرگ دارند تا راننده در هنگام رانندگی به سادگی آن را بخواند. این گیرنده ها با استفاده از برق خودرو کار می‌کنند و بنابراین تنها در داخل خودرو قابل استفاده هستند. ویژگی جالبی که معمولا در این دستگاه ها وجود دارد، راهنمایی های صوتی دستگاه است و به راننده اجازه می‌‌دهد بدون اینکه چشم خود را از جاده بردارد، با گوش دادن به صدای دستگاه طبق نقشه پیش برود. قیمت این دستگاه از 500 دلار آمریکا شروع می‌شود. بسیاری از کارخانه‌های تولید خودرو با سفارش مشتری، یک دستگاه جی‌پی‌اس بر روی خودروهای فروشی خود نصب می‌‌کنند. آن ها ثابت هستند و از زیبایی و نیز ایمنی بیشتری برخوردارند. قیمت تمام شدهٔ آن ها بیشتر از گیرندهٔ جی‌پی‌اس ای است که بعدا خودتان در خودرو نصب می‌‌کنید.

• گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای یک دستگاه پی‌دی‌ای : برتری استفاده از یک دستگاه پی‌دی‌ای (PDA) بعنوان یک جی‌پی‌اس، نمایشگری بزرگ است که افزون بر راحتی در مطالعهٔ نقشه، جزئیات بیشتری را نیز قابل مشاهده می‌‌سازد. همچنین همانند جی‌پی‌اس هایی که در داخل خودرو نصب می‌‌شوند، می‌‌توانند به صورت صوتی راهنمایی کنند. برای استفاده از یک دستگاه پی‌دی‌ای بعنوان جی‌پی‌اس و اتصال پی‌دی‌ای به گیرندهٔ جی‌پی‌اس چندین راه مختلف وجود دارد:

o استفاده از Sleeve : وسیله‌ای است که با قرار دادن پی‌دی‌ای در آن، عملکردهای متفاوتی را می‌‌توان برای پی‌دی‌ای فراهم ساخت. برای این کار به حافظهٔ CF و یا اسلات PCMCIA هم احتیاج داریم. یک Sleeve می‌‌تواند کارت حافظهٔ اضافی، باتری اضافی، یک دوربین و یک تلفن را به دستگاه شما متصل کند و مهم تر از همه بعنوان یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای دستگاه شما عمل کند. همچنین یک اسلات CF دیگر هم برای شما فراهم می‌‌کند که این اجازه را به شما می‌‌دهد تا بتوانید به کارهای دیگری در کنار استفاده از جی‌پی‌اس بپردازید. عملکرد یک Sleeve جی‌پی‌اس درست همانند عملکرد یک CF جی‌پی‌اس است.

o حافظهٔ CF : یکی از حافظه‌های متداول برای پی‌دی‌ای است که می‌‌تواند مستقیما بوسیلهٔ اسلات مخصوص CF که در پی‌دی‌ای وجود دارد یا با استفاده از Sleeve به دستگاه متصل شود. یک کارت CF جی‌پی‌اس انتخاب نسبتا ارزان قیمتی است. ولی مشکلی در اینجا وجود دارد و آن این است که یک CF جی‌پی‌اس به سرعت باتری های پی‌دی‌ای شما را مصرف می‌‌کند و باید به فکر چاره باشید. o بلوتوث جی‌پی‌اس : فن آوری بلوتوث این اجازه را به ما می‌‌دهد ارتباطی بدون سیم را بین چند دستگاه فراهم کنیم. شما می‌‌توانید پی‌دی‌ای خود را در دست گرفته و به گیرندهٔ جی‌پی‌اس ای که در کوله پشتی تان قرار داده اید بصورت بی سیم متصل شوید. استفاده از یک بلوتوث جی‌پی‌اس همچنین برای داخل خودرو بسیار مناسب است چرا که با قرار دادن آن در جلوی داشبورد دید بهتری از آسمان را برای گیرندهٔ تان فراهم می‌‌کنید. o اتصال پی‌دی‌ای به گیرندهٔ دستی جی‌پی‌اس با استفاده از کابل: به بیشتر گیرنده‌های دستی، کابلی جهت اتصال به پی‌دی‌ای وصل می‌شود. با این روش می‌‌توانید با قیمتی مناسب هم در داخل خودرو و هم در خارج آن از دستگاه موقعیت یاب خود استفاده کنید. دستگاه پی‌دی‌ای با نمایشگر خوب و نسبتا بزرگی که دارد برای مشاهدهٔ نقشه ها مناسب است. o اتصال پی‌دی‌ای به گیرندهٔ جی‌پی‌اس خودرو با استفاده از کابل: می‌‌توانید با انتخاب گیرنده ها ی موسوم به موشواره (mouse) برای خودرو و یک پی‌دی‌ای از یک جی‌پی‌اس خوب بهره مند شوید. اگر می‌‌خواهید از جی‌پی‌اس خود تنها درون خودرو استفاده کنید، این مورد بهترین انتخاب است. گیرندهٔ موشواره برق خود را از خودرو تامین می‌‌کند و باتری های پی‌دی‌ای شما بیشتر دوام خواهند آورد. همچنین این گیرنده یک کابل دوشاخه (Y) دارد که برق پی‌دی‌ای شما را نیز تامین می‌‌کند. گذشته از این ها، ویژگی بسیار خوب گیرنده‌های موشواره، حداقل قیمت آن ها است. • گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای رایانه کیفی (لپ‌تاپ): تقریبا همانند یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس برای دستگاه پی‌دی‌ای است با این تفاوت که در اینجا دیگر نیازی به استفاده از Sleeve یا چیزی شبیه به آن نیست. بخاطر داشته باشید که اگر شما بخواهیداز یک CF جی‌پی‌اس بعنوان گیرندهٔ لَپ‌تاپ خود استفاده کنید، CF جی‌پی‌اس شما با اتصال مستقیم به لپ‌تاپ از آن بیرون می‌‌زند و بنابراین اگر بخواهید در حالی که روی صندلی خودرو نشسته اید از جی‌پی‌اس هم استفاده کنید ،گیرندهٔ جی‌پی‌اس شما دید خوبی از آسمان نخواهد داشت و به خوبی وضعیتی که گیرنده را مستقیما زیر آسمان قرار می‌‌دهید عمل نخواهد کرد.

کاربردها

در برخی از کشورها روی بعضی از خودروها دستگاه جی‌پی‌اس وجود دارد که با آن می‌توان مسیر پیشنهادی به نشانی مورد نظر را دنبال کرد. هر چه نقشه‌های منطقه‌ای که در حافظه گیرنده بارگذاری می‌شود دقیق‌تر باشد، سرویسهایی که از جی‌پی‌اس می‌‌توان دریافت داشت نیز ارتقا می‌یابد. برای مثال، می‌‌توان از جی‌پی‌اس مسیر نزدیک‌نرین پمپ بنزین، تعمیرگاه و یا ایستگاه قطار را دریافت کرد. دقت مکان‌یابی این سیستم در حد چند متر است، که بسته به کیفیت گیرنده تغییر می‌‌کند.

از سیستم موقعیت‌یاب جهانی می‌‌توان در کارهایی چون نقشه برداری و مساحی، پروژه‌های عمرانی، کوهنوردی، کایت سواری، سفر در مناطق ناشناخته، کشتی‌رانی و قایقرانی، عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زمین‌لرزه و هر فعالیت دیگر که نیازمند محل‌یابی باشد، بهره برد.

در عرصه نظامی از جی‌پی‌اس برای هدایت موشک کروز و بمب هوشمند استفاده می‌شود.

برنامه‌های نقشه بردار

نرم افزاری که در دستگاه خود نصب می‌‌کنید می‌‌تواند اطلاعات گوناگونی را در اختیار شما قرار دهد ؛ نام خیابان ها و محله ها، مکان فرودگاه، بانک ها، دستگاه‌های خودپرداز (ATM)، مکان های تفریحی، پمپ بنزین، اورژانس، هتل، پارکینگ، رستوران، … از این نمونه اند. همچنین برخی از آن ها این امکان را دارند که سرعت مشخصی را به آن ها بدهید و هرگاه که از آن فراتر رفتید به شما اخطار داده شود. نرم افزارهایی نیز وجود دارند که نقشه را برای شما می‌‌خوانند و راهنماییتان می‌‌کنند.

چیزهایی که قبل از استفاده از یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس، باید بدانید…

بسیار توصیه شده است در زمانی که از یک گیرندهٔ جی‌پی‌اس استفاده می‌‌کنید، یک نقشهٔ کاغذی و یک قطب نما هم همراه داشته باشید. اگر در مکان ناشناخته‌ای باشید و ناگهان متوجه شوید گیرندهٔ جی‌پی‌اس شما آسیب دیده است یا شرایط جوی بسیار نامناسبی پیش آمده است یا طوفان های خورشیدی باعث کار نکردن ماهواره‌های جی‌پی‌اس شده اند، چه کار می‌‌کنید؟ شما همواره باید یک نسخه پشتیبان از مسیر پیموده شده داشته باشید. همچنین نقشهٔ کاغذی و قطب نمای مغناطیسی دیگر احتیاجی به باتری ندارند و اگر باتری دستگاه‌های الکترونیکی شما تمام شوند این راهنمایان قدیمی به یاری شما خواهند شتافت. از طرف دیگر با داشتن یک نقشهٔ کاغذی کار شما هم ساده تر می‌شود (حتی اگر گیرندهٔ شما نقشه بردار باشد) و با یک نگاه کلی تصویر بزرگ تری از هر منطقه‌ای که در آن هستید و یا می‌‌خواهید به آن سفر کنید بدست می‌‌آورید.