mmb1343
عضو جدید
سیستم موقعیت یاب جهانی
سیستم موقعیت یاب جهانی
ب
مقدمه :
بشر اولیه همیشه به دنبال روشهای مناسبی جهت پیدا کردن مسیر خود بوده است .انسانهای اولیه این کار را با سنگ چین کردن و در نظر گرفتن علائم طبیعی انجام میدادند ولی این علائم به مرور زمان از بین می رفت .در اوائل قرن هفدهم کشورها فقط عرض جغرافیایی را می توانستند محاسبه کنند و این کار را با محاسبه زاویه ستاره شمالی با خط افق انجام می دادند . ولی به هیچ وجه نمی توانستند طول جغرافیایی را اندازه گیری کنند وبه همین خاطر بسیاری از کشتیها در اثر ناوبری اشتباه گم می شدند و دیگر هرگز پیدا نمی شدند .همچنین آن زمان مصادف با جنگهای بین کشورهای اسپانیا , ایتالیا ,فرانسه ,انگلستان و سایرکشورها بود و حتی در ملاقات کشتی های تجاری آن ها جنگ وخونریزی رخ می داد .در نهایت بشر با اختراع ساعت توانست طول جغرافیایی را محاسبه نماید .مبداء طول جغرافیایی طبق قرارداد بین کشورهاگرینویچ می باشد، Time Greenwich Mean یا همان GMT . طبق این قرارداد کره زمین به 360 درجه تقسیم شده و هر ساعت ١۵ درجه خواهد بود .برای مثال کشور ما ایران ٣٠:٣٠ +ساعت نسبت به گرینویچ جلوتر است .بشر هر روز به دنبال پیدا کردن راه جدیدی جهت ناوبری مطمئن تر بود. در دوران جنگ سرد و پس از حمله غافلگیرانه به Pearl harbor در ٧دسامبر ١٩۴١ آمریکاییها احساس خطر کردند و با دلیل نگرانی از آغاز جنگ ناگهانی و از دست دادن مستعمراتشان شروع به طراحی GPS نمودند. GPSهای اولیه بسیار پیچیده بودند و کار با آنها بسیار سخت بود. GPSها به مرور زمان بسیار پیشرفته تر شدند ولی این دستگاه فقط به در اختیار وزارت دفاع آمریکا بود و هیچ سازمانی دیگر قادر به استفاده از این تکنولوژی نبود .پس از سقوط هواپیمای ٠٠٧ کره ای در روسیه به خاطرناوبری اشتباه ، دولت آمریکا استفاده از GPS را برای عموم آزاد اعلام کرد.
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image003.gif
1- GPS و کاربری آن
1-1 : تاريخچه GPS
GPS داراي تاريخچه و سیر تکاملي جالبي مي باشد و اخیرا استفاده از آن موجب اکتشافات قابل توجهي شده است .اما قبل از اين که بیشتر راجع به GPS بدانیم، لازم است مطالبی را در مورد ناوبري مرور کنیم.
ناوبري (Navigation) چیست ؟
از زمان ماقبل تاريخ مردم سعي مي کردند يک راه قابل اطمینان پیدا کنند که به آنها بگويد کجا هستند و حتي آنها را به جايیکه مي روند راهنمايي کرده و سپس به خانه بازگرداند .مردمان غارنشین وقتي که براي تهیه غذا به شکار مي رفتند، احتمالا از سنگ ها و شاخه هاي کوچک براي علامت گذاري مسیر خود استفاده مي کردند .
ملوانان نیز ابتدا سواحل را به دقت دنبال مي کردند تا از گم شدنشان جلوگیري کنند .وقتي دريا نوردان اولیه در درياهاي باز( اقیانوس ها )کشتیراني کردند، دريافتند که مي توانند مسیر خود را با دنبال کردن ستاره ها ترسیم کنند .فینیقی هاي باستان از ستاره شمالي براي سفر به مصر و جزيره کرت استفاده مي کردند.بر طبق گفته هومر، الهه آتنا به اوديسه گفته است که هنگام سفر کردن در جزيره کالیپسو "دب اکبر را سمت راست خود قرار بده ". متأسفانه براي اوديسه و ديگر دريانوردان ستاره ها فقط در شب و تنها درشبهاي صاف قابل رؤيت هستند.
پیشرفت مهم بعدي در امر ناوبري کشف قطب نماي مغناطیسي و دستگاه زاويه ياب (***tant)بود.عقربه قطب نما همیشه نقطه شمالي را نمايش مي دهد، بنابراين همیشه دانستن جهت مسیري که در آن حرکت مي کنیم را ممکن مي سازد.
اواخرسال 1959 و اوایل سالهای 1960 ، نیروی دریایی آمریکا از دو سیستم موقعیت یاب و ناوبری ماهواره ای به نام های ترانزیت و تایمیشن پشتیبانی می کرد.ترانزیت در سال 1964 کاربردی شد، اما پروژه تایمیشن هیچ وقت به مرحله عمل نرسید. دراین زمان ، نیروی هوایی آمریکا تحقیقاتی را روی سیستمی به نام سیستم 621 ب انجام داد. همانطور که این سیستم درحال آزمایش بود ، وزارت دفاع آمریکا در آپریل سال 1973 ، نیروی هوایی را مامور کار تا سیستم تایمیشین و 621 ب را باهم ادغام کرده و سیستم دفاع ناوبری ماهواره ای DNSS را ایجاد کند.این سیستم مفهوم موقعیت یابی جهانی را عرضه داشت و سیستم GPS نیز زاییده این ایده بود. درمورد هزینه های ساخت پروژه باید گفت که این ماهوراهها توسط شرکت راکول اینترنشنال با هزینه ای بالغ بر 40 میلیون دلار ساخته شده اند که این بدون احتساب هزینه شاتل و تجهیزات جانبی می باشد.
2-1 : GPS چیست؟
( Global Positioning System ) GPS یک سیستم مكان يابي جهاني) سیستم هدايت ناوبري ماهواره اي ( است شامل شبكه اي از ٢٤ ماهواره درگردش كه درفاصله ١١ هزارمايلي ودر شش مدارمختلف قراردارند ..ودرعرض ٢٤ ساعت دوباركامل برگرد زمین مي گردند) باسرعتي درحدود ١٠٨ مايل درثانیه(.ماهواره هاي GPS به نام NAVSTARشناخته مي شوند.
j]
سیستم موقعیت ياب جهانی یا GPSاز معدود سیستمهایی است که امروزه قادر است موقعیت دقیق شما را بر روي زمین درهر زمان، درهر مکان و در هربیست و چهار ساعته در هر هوايي مشخص کند .ماهواره هاي GPSدر مداري به طول ١١٠٠٠ مايل دريايي بالاي زمین در حرکت بوده وپیوسته بوسیله ايستگاه هاي زمیني در سراسر جهان نظارت ميشوند.
jpg[/IMG]
ماهواره ها سیگنال هايي مي فرستند که براي هر کس با کارگیري گیرنده GPS قابل شناسايي مي باشد.با يک گیرنده GPS مي توان موقعیت خود را با دقت بالا تعیین نمود .دقت مکاني در هرمکان از يک متر تا ١٠٠ متر بسته به نوع تجهیزات متفاوت مي باشد.
فراگیري ماهیت اصلي اين ماهواره ها لازمه هرگونه آشنايي با GPS مي باشد . اولین ماھواره GPS درفوريه ١٩٧٨ پرتاب شد .وزن هرماهواره تقريباً ٢٠٠٠ پاوند مي باشد . وداراي صفات آفتابي به طول 17 f (۵/۵ متر )و انرژي مصرفي هر ماهواره، كمتر از ۵٠ وات است.هر ماهواره ٢ سیگنال به زمین ارسال مي كند:L1 و . L2 GPS هاي غیر نظامي از فركانس L1: 1575.42MHZ استفاده مي كننند. هر ماهواره حدوداً ١٠سال فعال مي ماند وجايگزيني ماهواره ها بموقع انجام شده و ماهواره هاي قبلی هم زباله فضایی می شوند. مسیر گردش ماهوارها آنها را بین عرض جغرافیايي ٦٠ درجه شمالي و ٦٠ درجه جنوبي قرارمي دهد .اين امر به معني آن است كه درهرنقطه از زمین ودرهرزمان مي توان سیگنال هاي ماهوارهاي را دريافت نمود وهرچه به قطب هاي شمال یا جنوب نزديك شويم همچنان ماهوارهاي GPS را خواهیم ديد .هرچند دقیقاً در بالاي سرما نخواهند بود واين در دقت وصحت عمل آنها در اين نقاط تاثیرمنفی مي گذارد.
يكي از بزرگترين مزاياي رهیابي بوسیله GPS نسبت به روشهاي ديگر زمیني آن است كه اين سیستم درهر شرايط جوي و بدون توجه به نوع كاربرد گیرنده GPSبخوبي كارمي كند. ٢۴ عدد ماهواره GPS در مدارهايي بفاصله ٢۴٠٠٠ هزار مايل از سطح دريا گردش مي كنند .هر ماهواره دقیقا طي ١٢ ساعت يك دور كامل بدور زمین مي گردد . سرعت هريك ٧٠٠٠ مايل بر ساعت است.اين ماهواره ها نیروي خود را از خورشید تامین مي كنند .همچنین باتري هايي نیز براي زمانهاي خورشید گرفتگي و يا مواقعي كه در سايه زمین حركت مي كنند بهمراه دارند .راكتهاي كوچكي نیز ماهواره ها را در مسیر صحیح نگاه مي دارد.به اين ماهواره ها نیز NAVSTAR گفته مي شود.
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image008.jpg
3-1 : GPS چگونه كار مي كند؟
ماهواره هاي اين سیستم، در مداراتي دقیق هر روز ٢ بار بدور زمین مي گردند و اطلاعاتي را به زمین مخابره مي كنند .گیرنده هاي GPS اين اطلاعات را دريافت كرده و با انجام محاسبات هندسي، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه مي كنند .در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دريافت آن مقايسه مي كند .از اختلاف اين دو زمان فاصله گیرنده از ماهواره تعیین ميگردد.حال اين عمل را با داده هاي دريافتي از چند ماهواره ديگر تكرارمي كند و بدين ترتیب محل دقیق گیرنده را با اختلافي ناچیز، معین مي كند.گیرنده به دريافت اطلاعات همزمان از حداقل ٣ ماهواره براي محاسبه ٢ بعدي(2D) و يافتن طول و عرض جغرافیايي، و همچنین دريافت اطلاعات حداقل ۴ ماهواره براي يافتن مختصات سه بعدي(3D) نیازمند است. با ادامه دريافت اطلاعات از ماهواره ها گیرنده GPS اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طي شده، فاصله باقي مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاري اطاعات مفید ديگر مي نمايد.
اساس کار جي پي اس تشکیل مثلث توسط ماهواره ها میباشد. مسیرها از فاصله هاي بسیار دور توسط ماهواره ها اندازه گیري میشوند.از لحاظ رياضي ما به ۴ ماهواره براي تخمین موقعیت دقیقي نیاز داريم که بااستفاده از روش هایي میتوانیم از ٣ ماھواره نیز استفاده کنیم.
[
براي ايجاد مثلث يک دريافت کننده جي پي اس مدت زمان طي مسافت سیگنال هاي راديویي را اندازه گیري میکند . فاصله يک ماهواره بر اساس مدت زماني که طول میکشد سیگنال از آن ماهواره به ما برسد محاسبه میشود .براي اندازه گیري مسافت، ما فرض میکنیم که هم ماهواره وهم رسیور ما در يک زمان مشخص کد تصادفي اي را ايجاد میکنند. مدت زماني که طول میکشد تا آن کد با کد روي رسیور ما منطبق شود وپس از آن مدت زماني که طول میکشد تا آن کد به ما برسد رامحاسبه میکنیم.آن مدت را در سرعت نور ضرب میکنیم و فاصله به دست میايد.
براي اندازه گیري اين زمان جي پي اس به يک زمان بندي دقیق که به وسیله برخي روشها حاصل میشود نیاز دارد .زمان بندي دقیق کلید محاسبه فاصله تا ماهواره میباشد.ماهواره هابه دلیل استفاده از ساعت اتمي بسیار دقیق هستند . ساعت هاي رسیور ها نیازنیست زياد دقیق باشند چون يک اندازه گیري ديگر از يک ماهواره ديگر خطاها را از بین میبرد. درکنار اين فاصله ما نیاز به دانستن محل دقیق در فضا داريم .مدارات بالاي جو و نمايش آنها سري هستند .به منظور استفاده از ماهواره ها به عنوان مرجع اندازه گیري نیازداريم که محل دقیق آنها را بدانیم.ماهواره هاي جي پي اس آنقدر بالا هستند که موقعیت آنها قابل پیشبیني میباشد .تغییرات کوچک در مدار آنها توسط وزارت دفاع محاسبه میشود.
در آخر ما بايد زمان تأخیر سیگنال را وقتي از جو عبور میکند محاسبه کرد.يونسفر و اتمسفر زمین تأخیراتي را در زمان رسیدن سیگنال به زمین ايجاد میکنند که به همین دلیل مکان اشتباه نشان داده میشود. بعضي از اين خطا ها توسط رياضي و مدل سازي قابل محاسبه هستند.نحوه آرايش ماهواره ها در جو میتواند اين اشتباه ها را بزرگ تر کند. GPS های مختلف میتوانند تقريباً تمام خطا ها را حذف کنند. اين ٢۴ ماهواره به گونه اي طراحي شده اند که در هر زماني حداقل ۴ ماهواره بالاي هر نقطه وجود داشته باشد . هر ماهواره يک ساعت اتمي و کامپیوتر و راديو همراه دارد .با درک موقعیت و زمان مربوط ماهواره به طور مداوم موقعیت و زمان آنرا ثبت میکند و درهر روز ماهواره يک بار موقعیت و زمان خود را با پايگاه زمیني چک میکند و خطا را به کمترین حد میرساند.
در زمین هر رسیور جي پي اس کامپیوتري دارد که موقعیت خودرا به وسیله ٣ ماهواره از ۴ ماهواره موجود به صورت مثلث تعیین میکند .اين نتیجه به صورت طول و عرض جغرافیايي تعیین میشود .اگر رسیور صفحه نمايشي داشته باشد که بتواند نقشه را نشان دهد موقعیت میتواند روي نقشه نشان داده شود.اگر هر ۴ ماهواره قابل دريافت باشند رسیور میتواند موقعیت جغرافیايي را بسیار خوب محاسبه کند.اگر شما در حال حرکت باشید رسیور میتواند سرعت و جهت حرکت شما را تخمین زده و زمان تقريبي رسیدن به مکان خاصي را به شما ارايه دهد.بعضي از رسیورهاي GPS توانايي ذخیره اطلاعات را براي استفاده در سیستم اطلاعاتي جغرافیايي و تهیه نقشه دارا میباشند.
4-1 : اطلاعاتي كه يك ماهواره GPS ارسال مي كند:
سیگنال GPS شامل : يك كد شبه تصادفي،Random Code Pseudo داده اي بنام ephemeriesويك داده تقويمي بنام almanac مي باشد.
كد شبه تصادفي(Pseudo code) مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات)كد شناسايي ماهواره ( مي باشد. هرماهواره باكدي مخصوص شناسايي مي شود RPN : (Pseudo Random Code ) . اين کد، عددي است بین ١و ٣٢ - اين عدد درگیرنده هر GPS نمايش داده میشود .دلیل اينكه تعداد اين شناسه ها بیش از ٢٤ مي باشد،امكان تسهیل درنگهداري شبكه است زيرا ممكن است يك ماهوارهGPS پرتاب شود و شروع بكار نمايد قبل از اينكه ماهواره قبلي از رده خارج شده باشد. به اين دلیل ازيك عدد ديگر بین ١و ٣٢ براي شناسايي اين ماهواره جديد استفاده مي شود.
داده Ephemris دائماً بوسیله ماهواره ها ارسال میگردد وحاوي اطلاعاتي درمورد :وضعیت خود ماهواره) سالم يا ناسالم(و تاريخ وزمان فعلي مي باشد. گیرنده GPS بدون وجود اين بخش از پیام . درمورد زمان وتاريخ فعلي دركي ندارد .اين بخش پیام نكته اساسي براي تعیین مكان مي باشد .
Almanac داده أي را انتقال مي دهد كه نشان دهنده اطلاعات مداري براي هرماهواره وتمام ماهواره هاي ديگر سیستم مي باشد.
[IMG
حال میتوان شیوه كار GPS را بهتر بررسي كرد. هرماهواره پیامي را ارسال مي كند كه بطور ساده مي گويد: من ماھواره شماره X هستم. است ، موقعیت فعلي من Y است و این پیام در زمان Z ارسال شده است. هر چند كه اين شكل ساده شده پیام ارسالي است ولي مي تواند كل طرز كار سیستم را بیان نمايد. گیرنده GPS پیام را مي خواند و داده هاي ephemeris وalmanac را جهت استفاده بعدي ذخیره مي نمايد .اين اطلاعات ميتوانند براي تصحیح و يا تنظیم ساعت درونی GPS نیز به كار روند. حال براي تعیین موقعیت ، گیرنده GPS زمانهاي دريافت شده را با زمان خود مقايسه مي كند .تفاوت اين دو مشخص كننده فاصله از ماهواره مزبور مي باشد .
اين عملي است كه دقیقاً گیرنده GPS انجام مي دهد .با استفاده از حداقل سه ماهواره يا بیشتر، يك گیرنده GPS مي تواند طول و عرض جغرافیايي مكان خود را تعیین نمايد ، (كه آن را تعیین دو بعدي مي نامند)و با تبادل با چهار ماهواره (یا بیشتر) ،GPS مي تواند موقعیت سه بعدي مكان خود را يك تعیین نمايد كه شامل طول و عرض جغرافیايي و ارتفاع مي باشد .با GPS ، انجام پشت سرهم اين محاسبات، GPS مي تواند سرعت و جهت حركت خود را نیز به دقت مشخص نمايد.
5-1 : منابع خطا در GPS :
يكي از عواملي كه بر روي دقت عمل يك GPS اثر مي گذارد شكل قرار گرفتن ماهواره ها نسبت به يكديگر مي باشد. (از نقطه نظر GPS )
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image013.jpg
اگر یک GPS با چهار ماهواره تبادل نمايد و هر چهار ماهواره در شمال و شرق GPS باشند طرح وهندسه اين ماهواره ها براي اين GPS بسیار ضعیف میباشد و شاید GPS قادر نباشد مكان يابي نمايد زیرا تمام اندازه گیري هاي فاصله در يك جهت عمومي قرار دارند .مثلث سازي ضعیف است وناحیه مشترك بدست آمده ازاشتراك اين مكان مسافت سنجي ها وسیع مي باشد (مكاني كه GPS براي موقعیت خود تصورمي كند بسیار وسیع مي باشد ودر نتیجه تعیین دقیق محل آن ممكن نیست.) دراين موقعیت ها حتي اگر GPS مکان یابی را انجام دهد وموقعیتي راگزارش نمايد دقت آن نمي تواند زياد خوب باشد. (کمتر از 100متر) اگر همین 4 ماهواره در 4 جهت شمال ، جنوب ، شرق و غرب (و با زواياي ٩٠ درجه) قرارداشته باشند ، طرح این 4 ماهواره برای گیرنده مزبوربهترین حالت می باشد. حالت مي باشد .چراكه جهات مسافت سنجي چهار جهت متفاوت و نقطه اشتراك اين مسافت سنجي ها بسیار كوچك مي باشد وهرچه اين نقطه اشتراك كوچكتر باشد به معني آن است كه بیشتر به نقطه واقعي حضورخود نزديك شده ايم .دراين موقعیت دقت عمل كمتر از 20 متر مي باشد.
طرح وهندسه قرارگرفتن ماهواره ها هنگامیكه GPS نزدیک ساختمانهاي بلند، قلل كوهها ، دره هاي عمیق ويا در وسايل نقلیه قرارگرفته باشد به مساله مهمتري تبديل مي گردد . اگر مانعي در رسیدن سیگنالھاي بعضي از ماھواره ها وجود داشته باشد GPS مي تواند از بقیه ماهواره ها براي مكان يابي خود استفاده نمايد .هرچه اين موانع بیشتر و شديدتر شوند مكان يابي نیز مشكل تر مي گردد يك گیرنده GPS نه تنها ماهوارهاي قابل استفاده را تشخیص مي دهد بلكه مكان آنها را درآسمان نیز تعین مي كند.(ارتفاع و زاويه)
[
منبع ديگرايجاد خطا چند مسیري مي باشد . چند مسیري نتیجه انعكاس سیگنال راديويي به وسیله يك شي مي باشد.اين پديده باعث ايجاد تصاوير سايه دار در تلويزيونها مي گردد هر چند در آنتنهاي جديد اين مشكل به وجود نمي آيد . بروز این اختلال برای GPS ها به اين شكل است كه امواج بعد از انعكاس به وسیله اشیاء (مانند ساختمانها يا زمین )به آنتن برسند .در اين صورت سیگنال مسیر بیشتري را تا رسیدن به آنتن GPS طي مي كند و اين باعث مي شود كه GPS فاصله تا ماهواره را بیشتر از آنچه هست محاسبه نمايد .كه باعث ايجاد خطا در مكان يابي نهايي مي گردد .در صورت بروز اين اختلال تقريباً 4متر بر خطاي نهايي افزوده مي شود.
[
منبع ديگري نیز براي ايجاد خطا ممكن است وجود داشته باشند. افزايش تاخیر ( delay )به دلیل اثرات جوي نیز مي تواند برروي دقت کار اثربگذارد.همچنین خطاهاي ساعت داخلي. GPS درهر دو این موارد گیرنده ها طوري طراحي شده اند كه اين اثرات را جبران نمایند .ولي خطاهاي كوچكي بر اساس همین اثرات همچنان بروز خواهند كرد .در عمل یک گیرنده دستی معمولی می تواند خطایی در حد چندمتر داشته باشد.
[IMG
ولی دقت يكGPS با سرویس DGPS (DIFFRENTIAL GPS ) می تواند بسیار تصحیح شده باشد.این سرویس با مبلغی اشتراک توسط سرویسهای سازمان Army Corps Of Engineers و از ايستگاههاي مخصوص ارسال ارائه می گردد.این ایستگاهها در فرکانس 283.5 -325KHz كار مي كنند. تنها هزينه استفاده از اين سرويس خريدن يك دامنه از اين سیگنالها می باشد. با اين كار يك گیرنده ديگر به GPS ما متصل می شود(از طريق يك كابل سه رشته اي) و عمل تصحیح را طبق يك روش استاندارد به نام RTCM- SC104 انجام می دهد.اشتراک سرویس DGPS از طریق امواجا ردیویی FM نیز موجود میباشد.
6-1 : چه کسانی از GPS استفاده می کنند؟
GPS ها دارای کاربردهای متنوعی درزمین ، دریا و هوا می باشند، اساسا GPS هرجایی قابل استفاه است مگر در نقاطی که امکان وصول امواج ماهواره در آنا نباشد ماند داخل ساختمانها ، غارها و نقاط زیر زمینی دیگر و یازیر دریا، کاربردهای هوایی GPS در رهیابی برای هوانوردی تجاری میباشد. در دریا نیز ماهیگیران ، قایقهای تجاری و دریانوردان حرفه ای از GPS برای رهیابی استفاه میکنند. استفاده های زمینی GPS بسیار گسترده تر می باشدمراکز علمی از GPS برای استفاه از قابلیت و دقع زمان سنجی اش و اطلاعت مانی اش استفاده می کنند.نقشه برداران ازGPS برای توسعه منطقه کاری خود بهره می برند. سایتهای گرانقیمت نقشه برداری دقتهایی تا یک متر را فراهم می آورند. استفاده تفریحی از GPS نیز به تعداد تمام ورزشهای تفریحی متنوع است . به عنوان مثال برای شکارچیان، برف نوردان، کوهنوردان و سیاحان و ...
درنهایت باید گفت هرکسی که می خواهد بداند در کجا قرار دارد، راهش به چه سمتی است و یا با جه سرعتی در حرکت است می تواند از یک GPS استفاده کند. درخودروها نیز وجود GPS به امری عادی بدل شده .سیستمهایی در حال تهیه است تا درکنار هر جاده ای با فشار یک کلید ، موقعیت به یک مرکز اورژانس انتقال یابد. سیستمهای دیگر موقعیت هر خودرو را دریک خیابان ترسیم می کند تا بهترین مسیر را برای رسیدن به مقصدی خاص به راننده پیشنهاد کند.
7-1 : گیرنده GPS
بسته به نوع مصرف و بودجه مي توان از طیف وسیع گیرنده هاي GPS بهره برد.همچنین، بايد از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروزجهت ناحیه مورد استفاده تان، اطمینان حاصل كنید .امروزه بهاي گیرنده هاي GPS بطور چشمگیري كاهش پیدا كرده است و به بهای معادل یک گوشی متوسط موبایل می توان تهیه کرد.بسیاری از گوشیها نیز امروزه از یک گیرنده GPS داخلی بهره می برند. از اين سیستم جهت كمك به راهبري خودرو، كشتي و انواع وسايل نقلیه نیز بهره گیري مي شود.هر چه نقشه هاي منطقه اي كه در حافظه گیرنده GPS بارگذاري ميشود، دقیق تر باشد ، سرويسھايي كه از GPS مي توان دريافت داشت نیز ارتقا مي يابد .براي مثال، مي توان ازGPS مسیرزنزديكنرين پمپ بنزين، تعمیرگاه و يا ايستگاه قطار را سوال نمود ومسیر پیشنهادي را دنبال كرد .دقت مكانیابي اين سیستم در حدچند متر مي باشد، كه بسته به كیفیت گیرنده تغییر مي كند.
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image022.jpg
از سیستم محل یابي جهاني مي توان در كارهايي چون نقشه برداري و مساحي، پروژه هاي عمراني، كوهنوردي، كايت سواري، سفر در مناطق ناشناخته، كشتي راني و قايقراني، عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زمین لرزه و هر فعالیت ديگر كه نیازمند محل يابي باشد، بهره برد.
هر كس كه بخواهد بداند كجاست و بكجا مي رود به اين سیستم نیازمند است، با توجه به نزول شديد بهاي گیرنده هاي اين سیستم و افزايش امكانات آنها، اين تكنولوژي در آينده نزديك بیش از پیش دراختیار همگان قرار خواهد گرفت.جي پي اس به وسیله وزارت دفاع امريکا به عنوان يک سیستم قابل اتکا و بدون خطا براي جهت يابي به وجود آمد.اين ماهواره ها ٢۴ساعت شبانه روز کار میکنند و به گونه اي طراحي شده اند که در مقابل هر گونه خراب کاري و جمینگ مقاوم باشند.جي پي ا س به هر مترمربع از زمین آدرسي منحصر به فرد اختصاص میدهد ووقتي با میکروکامپیوتر هاي امروز ترکیب میشود باعث به وجود آمدن موارد استفاده نامحدودي میشود.
8-1 : نگاهی دقیق تر به نحوه کارکرد GPS:
GPS دستگاهی صرفا گیرنده می باشد که اطلاعات بدست آمده از ماهواره های اطراف زمین را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و PTV شما را محاسبه می کند . P منظور موقعیت (POSITION) شما(درهرنقطه از کره خاکی و فضای اطراف)ست. T زمان محلی دقیق گیرنده است. V هم همان سرعت لحظه ای (VELOCITY) است. درون هر ماهواره 4 ساعت اتمی قرار دارد برای اطمینان از کارکرد حداقل یکی از آنها.این ماهواره ها کدهای 0 و 1 را برای دستگاه گیرنده می فرستند.مثلا در ثانیه 0 کد 00001001 و در ثانیه 01 کد بعدی را درفضا منتشر می کند. هر کدام از این کدها دوباره تکرار می شوند. مثلا دستگاه گیرنده شما کد 001 را در ثانیه اول می گیرد و دریک نانوثانیه بعد دوباره این کد را دریافت می کند. بنابراین تشخیص می ده که مثلا فاصله زمانی بین شما و ماهوراه برای امواجی که با سرعت نور حرکت می کنند مثلا 1 نانو ثانیه است .
اهمیت این زمان گیری برای چیست؟ با این جهت که فاصله ها بر اساس زمان سنجیده می شوند. در مثال بالا فاصله ما از ماهواره برابر است با : X=VT=300000110(-9) و از طرفی در داخل دستگاه گیرنده مکان هندسی شما یک کره به مرکز ماهواره و به شعاع X گرفته می شود که دربالا محاسبه شد. حال با گرفتن سیگنالها و فاصله از ماهواره دوم ، مکان هندسی درفضا یک کره دیگرخواهد شد. فصل مشترک این دو کره یک دایره است. با تخمین یک کره دیگرتوسط ماهواره سوم این فصل مشترک تبدیل به دو نقطه شده که از این دو یکی روی سطح زمین (زمین هم به عنوان کره چهارم درنظر گرفته می شود) و یکی درفضای بالای زمین است.حال موقعیت محلی گیرنده برای ماهواره مشخص شد و بدین ترتیب زمان گیرنده نیز با توجه به این موقعیت و ساعت GPS محاسبه می شود.سرعت چگونه محاسبه خواهد شد؟
این کار درگیرنده های قدیمی تر با تقسیم فاصله بین دو نقطه برزمان طی کردن مسیربین آن دو انجام می شد ، ولی درگیرنده های جدیدتر با استفاده از اثر داپلر و روابط آن محاسبه می گردد.لازم به ذکر است این موقعیت کشف شده به شرطی برای گیرنده مفهوم است که یک نقشه استاندارد (جهانی یا محلی) برروی آن LOAD شده باشد که نقشه معروف بین المللی سری WGS مانند WGS84 تقریبا روی تمامی گیرنده ها نصب می باشد و نقشه های محلی هم قابل تهیه از مراکز فروش و نصب توسط نرم افزار مربوطه گیرنده است.
9-1 : سخت افزار و نرم افزار GPS:
سخت افزار: مجموعه ای از تراشه ها و میکروها جهت انجام محاسبات خاص و پیچیده ای که انجام آن توسط شخص بسیار دشوار می باشد.
نرم افزار: شامل برنامه ای که دستگاه باآن کار می کند و درحقیقت این هم مانند یکی از برنامه های رایانه ای عادی است که به زبان C نوشته شده است.امروزه نرم افزارهای گیرنده به گونه ای طراحی می شوند که بتوانند اعمال متنوع زیر و شبیه آنرا انجام داد:
محاسبه طول و عرض جغرافیایی- ارتفاع- جهت حرکت- سرعت- زمان طلوع و غروب خورشید درنقاط مختلف جهان و در زمانهای مختلف-میانگین سرعت – بیشینه سرعت- میانگین شیب(پستی و بلندی مسیر و رسم آن (آلتیمتر و هیستوگراف))-سرعت عمودی – موقعیت و زمان مناسب برای ماهیگیری ، شکار ، چتربازی و... در مناطق مختلف- محاسبه مساحت یک منطقه غیر هندسی ویا نقاط ناشناخته –تراکینگ مسیر برای برگشت به مبدا از روی مسیر طی شده(مسیر رفت)
بد نیست به چند صفحه اصلی مورد استفاده در جی پی اس های معروف اشاره ای بکنیم.
[IMمعولا علائم و اصطلاحات در گیرنده های مختلف شبیه هم است.به عنوان مثال سری ETREX از کمپانی GARMIN صفحات اصلی از جمله صفحه SKYWIEVبرای دیدن موقعیت و شدت سیگنال دریافتی هر ماهواره،صفحه MAP برای دیدن موقعیت مکانی و یا مسیر طی شده (TRACK) روی نقشه ، صفحه POINTERکه جهت حرکت را نشان می دهد.صفحهHIGHWAY، رسم گرافیکی مسیر، صفحه TRIP COMPUTER ،سایر اطلاعات سفر مثل زمان و سرعت و... صفحه ELEVATION رسم گرافیکی ارتفاع و صفحه MENU که حاوی گزینهای تنظیم دستگاه و داده ها را داراست.
نرم افزار OZIEXPLORER یکی از نرم افزارهای است که از آن برای مدیریت داده های GPS ، دریافت و تبدیل اطلاعات مسیر ، نقطه مسیر ، تراکها و سایر اطلاعات دیگر و همچنین بارگذاری نقشه های محلی و بین المللی و سایر اطلاعات مسیر بر روی گیرنده های جی پی اس بکار می رود. نسخه ای از این نرم افزار که به پیوست این مقاله (لوح فشرده ) می باشد، از درگاه سریال RS232 پشتیبانی کرده و قادراست با کلیه جی پی اس هایی که از استاندارد دسترسی NMEA استفاده می کنند، به تبادل اطلاعات بپردازد.
10-1 : تعریف برخی اصطلاحات مورد استفاده در GPS :
WAYPOINT : نقطه ایست شامل مختصات جغرافیایی مشخص که شخص آنرا علامت زده و می تواند به آن یک نام اختصاص دهد و برای مراجعه به آن از GPS استفاده کند.
ROUTE : مسیر است تشکیل شده از چند WAYPOINT که از بهم ارتباط دادن آنها بوجود می آید.
TRACK: مسیر طی شده توسط شخص (ردپا) که بطور اتوماتیک توسط گیرنده GPS ثبت می شود.
BEARING : جهت حرکت را بین نقطه شروع و مقصد نشان می دهد.
GOTO: معمولا از این گزینه بصورت میانبر می توان به قسمتهای مختلف گفته شده در بالا و مسیرهای دیگری درمنوی اصلی اشاره کرد.
2- سیگنالینگ (SIGNALING) درجی پی اس :
1-2 : ساختار سیگنال جی‌پی‌اس :
سیگنال های جی‌پی‌اس، شامل سیگنال های مسافت یابی، به منظور اندازه گیری فاصله تا ماهواره مورداستفاده قرار می گرفت و داده های نجومی برای محاسبه موقعیت ماهواره در مدار استفاده می شد. سیگنال های جی‌پی‌اس همچنین اطلاعات در خصوص زمان و وضعیت منظومه ماهوارهای را در بر می گیرد.
[IM
2-2 : سیگنال های اصلی جی‌پی‌اس :
طرح اصلی جی‌پی‌اس، شامل دو کد مسافت یابی می باشد: کد عادی/اکتسابی یا C/A، که بدون هیچ گونه محدودیتی برای عموم آزاد است و کد کنترل شده دقت یا کد P، که معمولاً برای کاربردهای نظامی رزرو می شود.
1-2-2 : کد عادی / اکتسابی :
کد C/A، عددی شبه تصادفی و طولانی برابر با 1023 بیت می باشد (PRN) که هنگامی که با 023/1 مگابایت در ثانیه منتقل شد مخابره فرستاده شد، در هر یک هزارم ثانیه تکرار می شود. اعداد شبه تصادفی شامل ویژگی بارزی هستند؛ این اعداد تنها هنگامی که دقیقاً در یک ردیف هستند (در یک خط، هم تراز، هم سو)، با هم جفت می شوند و یا این که به شدت با هم همبستگی دادند (مرتبط هستند).
[IM
هر ماهواره تنها یک کدPRN منحصر به فرد را انتقال می دهد (مخابره می کند، می فرستد). به عبارت دیگر، هر کد PRN تا حد بسیار زیادی نسبت به کد دیگر از پارامترها یا بخش های مستقل ساخته شده است. این نوعی از دسترسی چندگانه طبقه بندی کد (CDMA) است که به دستگاه گیرنده امکان می دهد تا ماهواره های چندگانه بر روی فرکانس مشابه را تشخیص دهد.
2-2-2 : کد دقت(psude code) :
کد دقت، همچنین عددی شبه تصادفی (PRN) نیز می باشد، هرچندکه کد PRN کد P مرتبط با هر ماهواره دارای طولی برابر با 1012*1871/6 بایت (معادل 000،000،100،187،6) می باشد و تنها یک بار در هفته
تکرار می شود (با سرعت انتقال 23/10 مگابایت در ثانیه).
طول نهایی کد P، موجب افزایش همبستگی و حذف هرگونه ابهام دامنه ای درون منظومه شمسی می شود. اما، این کد آنقدر طولانی و پیچیده است که اعتقاد بر این بود که گیرنده نمی تواند به طور مستقیم این سیگنال را به تنهایی دریافت کند و از نظر زمانی با آن انطباق داشته باشد. انتظار بر این بود که گیرنده در ابتدا باید مانع کد C/A نسبتاً ساده شود و سپس، بعد از دستیابی به زمان جاری و موقعیت تقریبی، با کد P هماهنگ شود. با در نظر گرفتن این که C/A PRNها برای هر ماهواره منحصر به فرد هستند، عدد شبه تصادفی کد P در واقع بخش کوچکی از یک کد P اصلی به طول تقریبی 14 10*35/2 بیت (معادل 235،000،000،000،000 بیت) می باشد و هر ماهواره بخش اختصاص یافته کد اصلی اش را مکرراً ارسال می کند.
به منظور جلوگیری از استفاده کاربران غیرمجاز و یا به طور بالقوه مانع شدن از سیگنال های نظامی از طریق مراحلی که حقه بازی نامیده می شود، تصمیم گرفته شد که کد p به صورت رمز درآورده شود. برای رسیدن به این هدف، کد P با کد W، یک ترتیب ویژه رمزنگاری، تعدیل شد و در نتیجه آن، کد Yپدید آمد. کد Y همان چیزی است که ماهواره ها پس از آن که واحد ضد حقه بازی در وضعیت "وصل" تنظیم شد، ارسال می شود. سیگنال رمزنگاری شده با کد (P(Y نمایش داده می شود. جزییات کد W فاش نشده اند، اما این فرضیه بوجود آمده است که این کد در (به طور تقریبی) 20 کیلو هرتز با کد P به کار برده می شود.
3-2-2 : پیام جهت یابی :
علاوه بر کدهای مسافت یابی PRN، یک گیرنده نیاز دارد تا اطلاعات جزیی در خصوص موقعیت و شبکه هر ماهواره را بداند. در طرح جی‌پی‌اس چنین اطلاعاتی بر روی هر دوی کدهای مسافت یابی C/A و (P(Y در 50 بیت در ثانیه، تنظیم شده است که پیام جهت یابی نامیده می شود. پیام جهت یابی از سه جزء اصلی ساخته شده است. نخستین بخش، تاریخ و زمان جی‌پی‌اس به علاوه وضعیت ماهواره و علامتی از سلامت آن را شامل می شود. بخش دوم اطلاعات اوربیتال که اطلاعات نجومی نامیده می شود را در بر می گیرد و به گیرنده اجازه می دهد تا موقعیت ماهواره را محاسبه کند. سومین بخش، که تقویم نجومی نامیده می شود – شامل اطلاعات و وضعیت تمامی ماهواره ها را در خصوص موقعیت و اعداد PRN، می شود. از آنجایی که اطلاعات نجومی به میزان بسیار زیادی به تفصیل شرح داده شده است و اعتبار آن برای بیشتر از 30 دقیقه در نظر نگرفته شده، اطلاعات تقویم نجومی عمومی تر و برای هفته ها دارای اعتبار می باشد. تقویم نجومی در تعیین این که کدام ماهواره باید جستجو شود، به گیرنده کمک می کند و فقط یک بار، گیرنده هر سیگنال ماهواره را به نوبت به کار می برد، آن سپس داده های نجومی را مستقیماً از ماهواره انتقال می دهد.
jpg[/IMG]موقعیتی که با استفاده از هر ماهواره تثبیت می شود، را نمی توان محاسبه کرد تا زمانی که گیرنده یک کپی کامل و دقیق از اطلاعات نجومی ماهواره را دارد. پیام جهت یابی، خود از ساختاری 1500 بیتی ساخته شده است که به پنج زیرساختار 300 بیتی تقسیم شده است که هر کدام در 50 بیت در ثانیه منتقل می شوند (بنابراین هر زیرساختار به 6 ثانیه برای انتقال نیاز دارد.
• زیرساختار 1، تاریخ و زمان GPS به علاوه موقعیت و سلامت ماهواره را شامل می شود.
• زیرساختارهای 2 و 3، هنگامی که ترکیب می شوند، شامل انتقال داده های نجومی ماهواره می گردند.
• زیرساختارهای 4 و 5، هنگامی که ترکیب می شوند، 25/1ام تقویم نجومی را در بر می گیرد؛ بدین معنی که کل ارزش داده های 25 ساختار، برای کامل کردن 15000 بیتِ پیام تقویم نجومی مورد نیاز هستند.
4-2-2 : اطلاعات بسامد(FRECUENCY) :
برای کدهای مسافت یابی و پیام جهت یابی تا از ماهواره به گیرنده برسند، آنها باید در یک بسامد حامل تعدیل شوند. در مورد طرح GPS اصلی، دو بسامد مورد استفاده قرار می گیرند؛ یکی در 42/1575 مگاهرتز، کهL1 نامیده می شود، و دومی در 60/1227 مگاهرتز، که L2 نامگزاری شده است. کد C/A بر روی فرکانس L1 به عنوان یک سیگنال 023/1 مگاهرتزی منتقل می شود که یک شیوه مدولاسیون کلید انتقال فاز بی (BPSK) استفاده می کند.
jpg[/IMG]
کد(P(Y بر روی هر دوی فرکانس های L1 و L2 منتقل می شود که به عنوان یک سیگنال 23/10 مگاهرتزی از مدولاسیون BPSKی مشابهی استفاده می کند، هرچند که حامل کد(P(Y، یک چهارم حامل C/A است، و معنی آن این است که ˚90 خارج از فاز قرار دارد. گذشته از ... و پایداری افزایش یافته برای فرستادن پارازیت، منفعت بسیار مهم داشتن دو فرکانس که از یک ماهواره منتقل می شود، توانایی اندازه گیری مستقیم و بنابراین جابجا کردن و انتقال است، یعنی خطای تاخیر طبقه یونسفر برای آن ماهواره.
بدون چنین اندازه گیری، یک گیرنده جی‌پی‌اس باید از یک طرح عام استفاده کند و یا از منبعی دیگر تصحیحات طبقه یونسفر را دریافت کند (منبعی همانند سیستم افزایش فضای پهناور یا EGNOS). پیشرفت ها در فناوری، که در هر دوی ماهواره های جی‌پی‌اس و گیرنده های جی‌پی‌اس استفاده می شود، تاخیر طبقه یونسفر را به منبعی بزرگتر برای خطا در سیگنال، تبدیل می کند. توانایی گیرنده در انجام این اندازه گیری می تواند به طور معنی داری دقیق تر باشد و به طور نمونه به آن به عنوان یک گیرنده فرکانس دوگانه اشاره شود.
3-2 : سیگنالهای جی‌پی‌اس مدرن :
با داشتن توانایی کاملاً عملیاتی در دسترس در 17 جولای 1995، جی‌پی‌اس اهداف طرح اصلی خودش را کامل کرده است. اما پیشرفت های دیگر در فناوری و تقاضاهای جدید بر روی سیستم موجود، به تلاش برای "مدرن کردن" سیستم GPS منتهی شد. اعلام هایی از معاون رییس جمهور و خانه سفید در 1998، از وقوع آغاز این تغییرات خبر می داد و در سال 2000، کنگره آمریکا دوباره این تلاش را اعلام کرد که با نام GPS III به آن اشاره می شود. این پروژه ایستگاه های زمینی جدید و ماهواره های جدید را در بر می گیرد، با سیگنال های جهت یابی اضافی برای هر دوی کاربران نظامی و غیرنظامی و کمک می کند به بهبود دقت و در دسترس بودن برای همه کاربران. یک هدف 2013 برقرار شده است با انگیزه¬هایی که برای پیمان کاران پیشنهاد می شود اگر آنها بتوانند آن را تا 2011 کامل کنند.
1-3-2 : L2C :
یکی از نخستین اعلام ها، افزایش یک سیگنال جدید برای استفاده غیرنظامی بود، تا بر روی بسامدی متفاوت از بسامد L1 منتقل شود و برای سیگنال عادی اکتسابی (C/A) مورد استفاده قرار گیرد. سرانجام، این سیگنال L2C می باشد؛ و نام آن به این دلیل است که بر روی فرکانس L2 منتشر می شود. از آنجا که آن به سخت افزاری جدید بر روی ماهواره نیاز دارد، تنها به‌وسیله آنچه IIR-M مانع، نامیده می شد منتقل می گردد و سپس ماهواره ها را طراحی می کند. سیگنال L2C با فراهم آوردن بهبود دقت پیام رسانی به کار گرفته می شود که دنبال کردن سیگنال را آسان می کند و در مورد تداخل محلی، به عنوان یک سیگنال اضافی عمل می¬کند. برخلاف کد C/A، L2C دو رشته کد PRN متمایز را در بر می گیرد تا اطلاعات مسافت یابی را فراهم کند؛ کد مسافت تعدیل غیرنظامی (با نام CM) و کد مسافت طولانی غیرنظامی (با نام CL). کد CM 10230 بیت طول دارد و هر 20 هزارم ثانیه تکرار می شود. کد CL 767250 بیت طول دارد و هر 1500 هزارم ثانیه تکرار می شود. هر سیگنال در 511500 بیت در ثانیه منتقل می شود، اما آنها از یک سیگنال 1023000 بیت در ثانیه، در یکدیگر تسهیم شده اند. CM با پیام جهت یابی CNAV (که در ادامه آمده) تعدیل شده است، در صورتی که کد CL هیچ داده تعدیل شده ای را در بر نمی گیرد و توالی بدون داده نامیده می شود. کد طولانی، توالی بدون داده برای تقریباً 24 دسیبل همبستگی بزرگتر (معادل 250 برابر قوی تر) نسبت به کد L1 C/A فراهم است. هنگامی که با سیگنال C/A مقایسه شد، L2C 7/2 دسیبل بهبود داده ای بزرگتر دارد و 7/0 دسیبل ردیابی حامل بزرگتر، اگرچه قدرت انتقال آن 3/2 دسیبل ضعیف تر است.
2-3-2 : پیام جهت یابی CNAV :
داده CNAV نسخه جدیدتری از پیام اصلی جهت یابی NAV است. این داده نمایش درستی بالاتری را در بر دارد و ظاهراً داده دقیق تری نسبت به داده NAV می باشد. نوع مشابه اطلاعات (از قبیل زمان، موقعیت، داده های نجومی و تقویم نجومی) همچنان با استفاده از نوع جدید CNAV منتقل می شود، اما در عوض استفاده از یک طرح ساختار / زیرساختار، آن یک نمونه جدید بسته بندی کاذب را نشان می دهد که از بسته های پیام 12 ثانیه 300 بیتی ساخته شده است. در CNAV، از هر چهار بسته، یکی داده های نجومی است و حداقل یکی از چهار بسته داده های ساعت را شامل می شود، اما طراحی به انتقال انواع گسترده بسته ها اجازه می دهد. با یک منظومه 32 ماهواره ای، و نیازمندی های جاری آن چیزی که لازم است تا ارسال شود، کمتر از 75 درصد از پهنای باند استفاده شده است. و تنها بخش کوچکی از انواع بسته موجود مشخص شده اند. این امر سیستم را قادر می سازد تا رشد کند و به ترکیب پیشرفت ها بپردازد. تغییرات بسیار زیاد مهمی در پیام جدید CNAV وجود دارد که عبارت‌اند از:
• این پیام از تصحیح خطای ارسالی (FEC) در کد با نرخ 2/1 پیچیدگی، بنابراین هنگامی که پیام جهت یابی 25 بیت در ثانیه است، یک سیگنال 50 بیت در ثانیه ارسال می شود.
[IM
• اعداد هفته GPS اکنون با 13 بیت ارایه می شود، یا 8192 هفته، و تنها هر 157 سال تکرار می شود. بدین معنی که بازگشت بعدی به صفر، تا سال 2137 اتفاق نخواهد افتاد. این مقایسه بزرگ‌تری است نسبت به استفاده پیام L1 LAN از یک عدد هفتگی 10 بیت که هر 6/19 سال به صفر بر می گردد.
• بسته ای وجود دارد که جابجاسازی زمانی جی‌پی‌اس به GNSS را در بر می گیرد. این امر به توانایی ردو بدل کردن اطلاعات با سایر سیستم های انتقال زمان جهانی منجر می شود، از قبیل Galileo و GLONASS که هر دوی آنها حمایت می شوند.
• پهنای باند بسیار زیاد، به گنجایش یک بسته برای تصحیح تفاضلی کمک می کند، که در یک شیوه ساده در ماهواده مستقر بر سیستم های افزایش استفاده می شود و می تواند برای تصحیح داده ساعت L1 NAV به کار گرفته شود.
• هر بسته یک نشانه هشدار را دارا می باشد که اگر به داده های ماهواره نتوان اعتماد کرد، مستقر می شود. این بدین معنی است که اگر ماهواره غیرقابل استفاده است، کاربران هر 6 ثانیه شناخته می شوند. چنین آگاه سازی سریعی برای کاربردهای سلامت زندگی مهم است، برای مثال در هواپیمایی.
• در نهایت، سیستم به گونه ای طراحی شده است تا 63 ماهواره را مورد حمایت قرار دهد، در مقایسه با 32 در پیام L1 NAV
3-3-2 : اطلاعات بسامد L2C :
اثر فوری داشتن دو فرکانس غیرنظامی که منتقل می شود، این است که اکنون گیرنده های غیرنظامی می توانند به طور مستقیم خطای طبقه یونسفر را در شکلی مشابه به عنوان گیرنده های فرکانس دوگانه کد (P(Y، اندازه گیری کند. هرچندکه اگر یک کاربر تنها از سیگنال L2C استفاده کند، آنها می توانند انتظار داشته باشند که 65 درصد موقعیت عدم اطمینان نسبت به سیگنال L1 بیشتر باشد. که در IS-GPS-200D تعیین شده است.
4-3-2 : کد نظامی کد( M) :
یک جزء مهم فرایند نوین سازی، یک سیگنال نظامی جدید است. این سیگنال کد نظامی با کد M نامیده می شود و برای بهبود بیشتر دستیابی امن و ضد پارازیت سیگنال های GPS نظامی طراحی شده است. مورد جدید دیگر کد محرمانه (کنترل شده) است که اطلاعات کمی در خصوص آن منتشر شده است. این کد، کد PRN با طول ناشناخته که در 115/5 مگابایت در ثانیه انتقال داده می شود را شامل می شود.
بر خلاف کد (P(Y، کد M به گونه ای طراحی شده است که مستقل باشد؛ بدین معنی که یک کاربر می تواند موقعیت شان را تنها با استفاده از سیگنال کد M محاسبه کند. از طرح اصلی کد (P(Y، کاربران در ابتدا باید بر روی کد C/A قفل شوند و سپس آن اتصال را به کد (P(Y انتقال دهند. در مورد دوم، روش های دستیابی مستقیم ایجاد شدند که به برخی از کاربران اجازه میدهد تا به صورت خودگردان با کد (P(Y عمل کنند.
5-3-2 : پیام جهت یابی MNAV :
MNAV، پیام جهت یابی جدیدی است که کمی بیشتر در مورد آن می دانیم. همانند CNAV جدید، این MNAV جدید به جای آن که ساختاردهی شده باشد، بسته بندی شده است و به منظور بارهای داده ای بسیار منعطف می باشد. همچنین همانند CNAV می تواند از تصحیح خطای ازسالی (FEC) و یا بازیابی خطای پیشرفته (همانند CRC) استفاده کند.
اطلاعات فرکانس کد M کد M در فرکانس های مشابه L1 و L2 منتقل می شود پیش از این که با کد نظامی قبلی، کد (P(Y، استفاده شود. سیگنال جدید به گونه ای که اکثر انرژی اش را در مرزها (دور از حامل های (P(Y و C/A موجود) جای دهد، شکل داده شده است.
در تغییری عمده از طرح های قبلی جی‌پی‌اس، کد M در نظر گرفته می شود تا علاوه بر انتنی که کل زمین را پوشش دهد، از یک انتن هدایتی با صرفه بالا، منتشر شود. این سیگنال انتن هدایتی، که پرتو نقطه ای نامیده می شود، در نظر گرفته شده است تا یک منطقه خاص را هدف بگیرد (با چندین صد کیلومتر قطر) و مقاومت سیگنال محلی را تا 20 دسیبل افزایش دهد، یا به طور تقریبی تا 100 برابر آن را قوی تر کند.
اثر جانبی داشتن دو آنتن این است که ماهواره GPS پدیدار می شود تا دو ماهواره GPSای باشد که موقعیتی مشابه را نسبت به درون پرتو نقطه ای اشغال کند. در حالی که کل سیگنال کد M زمینی بر روی ماهواره های IIR-M مانع موجود است، آنتن های پرتو نقطه ای، تا زمانی که ماهواره های III مانع مستقر هستند (به طور آزمایشی در سال 2013)، مستقر نخواهد شد. یک اثر جانبی جالب از داشتن چنین ماهواره ای که چهار سیگنال جداگانه را منتقل می کند، این است که MNAV به طور بالقوه می تواند چهار کانال داده ای متفاوت را انتقال دهد، که پهنای باند داده ای ارایه می دهد.
شیوه مدولاسیون، حامل جابجاسازی دودویی است، که در مقابل کد 115/5 مگاهرتزی از یک زیرحامل 23/10 مگاهرتزی استفاده می کند. این سیگنال یک پهنای باند تقریباً 24 مگاهرتزی با لبه های باند جانبی جداگانه خواهد داشت. که این باندهای جانبی برای بهتر شدن دریافت سیگنال مورد استفاده قرار می گیرند.
6-3-2 : L5، امنیت زندگی :
سیگنال غیر نظامی امنیت زندگی به گونه ای برنامه ریزی شده است که با نخستین اجرای GPS IIF (2008) در دسترس باشد. دو کد مسافت یابی PRN بر روی L5 منتقل شده اند: کد درون فازی (با کد I5 مشخص می شود)؛ و کد چهارفازی (که با کد Q5 مشخص می شود) . هر دوی این کدها 10230 بیت طول دارند و در 23/10 مگابایت در ثانیه منتقل می شوند (هر یک هزارم ثانیه تکرار می گردند). به علاوه، I5 با کد نئومن-هوفمن 10 بیتی تعدیل می شود که از نظر زمانی در 1 کیلوهرتز سنجیده می شود و کد Q5 که با کد نئومن-هوفمن 20 بیتی تعدیل شده و هنچنین از نظر زمانی در 1 کیلوهرتز سنجیده می شود.
• بهبود ساختار سیگنالی برای افزایش عملکرد
• قدرت انتقال بالاتر نسبت به سیگنال L1/L2 (معادل 3 دسیبل یا از نظر قدرت، 2 برابر)
• پهنای باند گسترده، بهبود پردازشی 10 برابر را موجب می شود
• کدهای انتشار گسترده تر (10 برابر طولانی تر از C/A)
• از باند سرویس های جهت یابی رادیویی فضایی استفاده می کند
7-3-2 : پیام جهت یابی L5 :
داده L5 CNAV، شامل SV، زمان سیستم، داده رفتار زمان SV، پیام موقعیت و اطلاعات زمان و ... می شود. داده 50 بیت در ثانیه در یک رمزگذار با نرخ 2/1 پیچیدگی، کدگذاری می شود. توالی نمادی 100 نماد در ثانیه به دست آمده (sps)، پیمانه 2 است که تنها به کد I5 اضافه شد؛ سلسله بیتی حاصل جهت تعدیل حامل درون فازی (L5 (I5 استفاده می شود. این سیگنال تلفیق شده سیگنال داده ای L5 نامیده خواهد شد. حامل Q5 هیچ داده ای ندارد و سیگنال پایلوت L5 نامیده می شود.
8-3-2 : اطلاعات فرکانسی L5 :
باند جهت یابی هوانوردی بر روی فرکانس L5 منتشر می شود. هر دوی WRC-2000، جزء سیگنال فضایی را به این باند هوانوردی اضافه کردند بنابراین جامعه هوانوردی می تواند تداخل با L5 را به شکل مؤثرتری نسبت بهL2 مدیریت کند. که در IS-GPS-705 تعیین شده است.
9-3-2 : L1C :
سیگنال استفاده شده در امور غیرنظامی بر روی فرکانس L1 منتشر می شود (42/1575 مگاهرتز)، که سیگنال C/A که به وسیله همه کاربران GPS فعلی استفاده میشود را در بر می گیرد. L1C
با نخستین اجرای مانع III در دسترس خواهد بود و برای 2013 برنامه ریزی شده است.
برای هر خصوصیت پیشنویس IS-GPS-800، L1C ایجاد شد تا به عنوان شکل سیگنالی خط مبنا برای سیستم ماهواره ای شبه سمت الراس به کار گرفته شود. از سال 2007، روش تعدیل نهایی نشده است. در حال حاضر کاندیداها (BOC(1,1 و (BOC(1,1 برای داده با (TMBOC(1,1 برای پایلوت را شامل می شوند. برای تمامی 4 استثنا از 33 سیکل، حامل جابجایی دودویی تعدیل شده زمان (TMBO)، هنگامیکه با (BOC(6,1 تغییر جا می دهد،(BOC(1,1 است.
• در اجرا کد C/A را برای تضمین سازگاری کانالی از گیرنده به فرستنده برای حمل سیگنال های کنترل، فراهم خواهد کرد
• افزایش مطمئن 5/1 دسیبل در حداقل کد C/A، هر افزایش محدوده صدا را کم می کند
• حامل پایلوت جزیی سیگنال بدون داده، ردیابی را بهبود می بخشد
• توانایی برای رد بدل کردن اطلاعات غیرنظامی بیشتر با Galileo L1 را امکان پذیر می کند
10-3-2 : پیام جهت یابی CNAV-2 :
پیام جهت یابی L1C، که CNAV-2 نامیده می شود، 1800 بیت است (شامل FEC) و در 100 بیت در ثانیه انتقال داده می شود. این پیام اطلاعات زمانی 9 بیتی را شامل می شود، 600 بیت تقویم نجومی، و 274 بیت بار داده ای بسته بندی.
11-3-2 : فرکانس های استفاده شده به وسیله GPS :
باند (فرکانس) فاز کاربرد اصلی کاربرد مدرنL1 )مگاهرتز 42/1575) درون فازی (I) دقت رمزی کد(P(Y کد(P(Y دقت رمزی و کد نظامی (M)فاز چهارگانه (Q) عادی / اکتسابی کد (C/A) کد (C/A) عادی / اکتسابی و کد غیر نظامی L2 )مگاهرتز 60/1227) درون فازی (I) دقت رمزی کد(P(Y کد(P(Y دقت رمزی و کد نظامی (M)فاز چهارگانه (Q) کد غیر نظامی L2L5 )مگاهرتز 45/1176) درون فازی (I) سیگنال پایلوت امنیت زندگی (SoL)فاز چهارگانه (Q) سیگنال داده امنیت زندگی (SoL)
درپایان این بخش جدولی از مقایسه دقت کدهای مختلف و قیمت سیستمهای مورد استفاده ارائه می گردد.
3- کاربردهای نظامی GPS :
اولین استفاده از ماهواره ها در ناوبری توسط سیستم ترانزیت انجام شد.این سیستم درسال 1960 توسط ایالات متحده وناسا ایجاد شد ولی این سیستم بسیار وقت گیر و بی دقت بود.در سال 1974 وزارت دفاع آمریکا برای مقاصد واحتیاجات نظامی خوداعلام کرد که نیاز به یک سیستم جامع وکامل تعیین موقعیت دارد.دراین زمان بود که سیستم GPS جای سیستم ترانزیت را گرفت.سیستم GPS بر خلاف بقیه سیستم ها یک موقعیت بسیار دقیق را بصورت همزمان با دقت 3تا 100 متررا در24 ساعت شبانه روز ارائه می دهد.
به کمک سیگنالهای ارسالی ماهواره های سیستم مکان یابیGPS، یک کاربر درهر نقطه از سطح زمین ودر هر شرایط جغرافیایی که باشد به شرط داشتن گیرنده مناسب در هر لحظه از شبانه روز می تواند موقعیت جغرافیایی خود را بر حسب طول وعرض جغرافیایی وارتفاع رابر مبنای ارتفاع از سطح دریا وزمان سیستم و سرعت را ارائه کند.
سیستم GPS برای اهداف نظامی طراحی شد که پس ازطی یک دوره وبا پیشرفت تکنولوژی ،کاربرد این ابزار مهم در دنیا افزایش یافت.هم اکنون GPS عرصه های متنوع ناوبری نظامی وغیرنظامی را پوشش داده است.در شرایط فعلی از پیاده روی ساده گرفته تا هدایت هواپیما ،هدایت فضا پیما ،هدایت موشک وبمب ،دریا نوردی ،نقشه کشی ،نقشه برداری،ژئودزی،هواشناسی، اقیانوس شناسی ،ژئودینامیک، مخابرات راه دور، زمان سنجی ،موقعیت یابی مداری ، حمل ونقل جاده ای ، پرتاب محموله با چتر ونمونه های فراوان دیگر از GPS استفاده می شودبه گونه ای که بیش از صد نوع گیرنده GPS وارد بازار شده است .گرچه GPS دربخش غیر نظامی خیلی سریعتر از نظامی رشد کرده است ولی در امور نظامی از حرکت باز نمانده است که نمونه بارز آن مربوط به جنگ خلیج فارس است .
مقابله با اختلال وعدم توانایی دشمن در شنود سیگنالهای GPS از مهمترین قابلیت های GPS نظامی است . سیستم های ناوبری بر اساس GPS در هواپیماها ،موشک ها ، کشتی ها ، وسائط نقلیه زمینی ، زره پوش ها و... باید انتظارات زیر را برآ ورده کنند:
درمحیط های تداخلی که نسبت سیگنال تداخلی به سیگنال اصلی زیاد است ، کارایی خوب خود را داشته باشند .
سیستم های ناو بری بر اساس GPS بتوانند اثر سیگنالهای تداخلی را تضعیف نمایند .در صورت ضرورت ، جایگزینی برای GPS وجود داشته باشد .
در GPS های نظامی امکانات دست یابی انتخابی SA1 وضد فریب AS2 برای عدم دسترسی دشمن به دقت کامل GPS در نظر گرفته شده است .هم چنین آنتن های ضد اختلال و سیستم های الکترونیکی آنتن ها شرایط لازم را برای مقابله هر چه بیشتر با اختلال مهیا می سازند . علاوه بر اینها سیستم های ناوبری ترکیبی GPS/INS3 ابزارهای مناسبی برای ناوبری و مقابله با اختلال گرها هستند .
GPSنسبت به سایر فن آوریهای ناوبری رادیویی یا موقعیت یابی که توسط وزارت دفاع آمریکا ابداع شده اند دقیق تر است ودر حال جانشین شدن به جای سیستم های دیگر ویا ترکیب با آنها است .
سیستم های GPS موقعیت مکانی سه بعدی واطلاعات سرعت را بصورت جهانی ،پیوسته ودقیق در اختیار کاربران مجهز به گیرنده مناسب قرار می دهد.منظومه GPS شامل 24 ماهواره است که در 6صفحه مداری ودر هر صفحه 4 ماهواره قرار دارند . یک شبکه کنترل ومونیتورینگ زمین جهانی ، سلامتی و وضعیت ماهواره ها را مونیتور می کند .همچنین شبکه زمینی، داده ناوبری وسایر اطلاعات را به ماهواره ارسال می کند .
سیستم های GPS از عهده وظایفی که بر آنها در دهه 60 میلادی جهت مکان یابی بهینه تعریف شد بخوبی بر آمده اند .
GPS می تواند شمار نا محدودی از کاربران را در حالی که گیرنده ها بصورت غیر فعال کار می کنند سرویس دهند .سیستم از مفهوم زمان ورودی TOA4 یک طرفه استفاده می کند . انتقالات ماهواره ای با فرکانس استاندارد خیلی دقیق روی برد ماهواره انجام میشوند که با مبنای زمانی سیستم داخلی GPS سنکرون هستند . GPS کدهای فاصله یابی و داده ناوبری را در دو فرکانس L1(1575.42MHz) وL2(1227.6MHz) با استفاده از تکنیک CDMA پخش می کند .همه ماهواره های GPS اطلاعات خود را روی این فرکانس ها ارسال می کنند ،اما کد فاصله یابی هر ماهواره با کد بکار برده شده برای ماهواره دیگر متفاوت است .این کد ها بدین دلیل انتخاب شده اند که با کد های دیگر همبستگی متفابل بسیار کمی دارند .
گیرنده می تواند به کمک داده ناوبری مکان ماهواره در زمان انتقال سیگنال را معین کند .کد فاصله یابی ، به گیرنده کاربران کمک می کند تا زمان ارسال سیگنال را معین کند ودر نتیجه فاصله بین ماهواره و کاربر مشخص شود . در محاسبه مکان سه بعدی گیرنده لازم است که اطلاعات حداقل چهار ماهواره دریافت شود . بنابر این چهار محاسبه جهت تعیین طول جغرافیایی ،عرض جغرافیایی ، ارتفاع وافست کلاک گیرنده از زمان سیستم داخلی مورد نیاز است .اگر هر کدام از ارتفاع وزمان بطور دقیق شناخته شده باشند کمتر از چهار ماهواره مورد نیاز است .
سیستم GPS دو سرویس در اختیار کاربران قرار می دهد که عبارتند از : سرویس مکان یابی استاندارد SPS6و سرویس مکان یابی دقیق PPS7. سرویس SPS برای کاربردهای عمومی غیر نظامی و سرویس PPS برای کاربردهای نظامی ایالات متحده و کاربران آژانس های دولتی منتخب ایالات متحده می باشد که دسترسی به آن از طریق رمز نگاری کنترل می شود .
1-3 : سرویس مکان یابی دقیق PPS
PPS جهت مهیا کردن دقت قابل پیش بینی با احتمال کمتر از 22 متر در صفحه افقی و7/27 متر در صفحه عمودی طراحی شد .از جذر میانگین مربع فاصله drms8 برای محاسبه ناوبری استفاده می شود .برای مثال مقدار drms 2 برابر با شعاع دایره ای است که موقعیت یک سیستم با احتمال حداقل 95% در یک مکان بدست می آید (در مورد PPS ) .همانطور که قبل از این گفته شد سرویس PPS ابتدا برای کاربردهای نظامی و کاربران آژانس های دولتی منتخب ایالات متحده بکار می رفت .استفاده های غیر نظامی از این سرویس تنها با اجازه وزارت دفاع آمریکا ممکن است .
دسترسی به دقت مکان یابی PPS از طریق دو طرح رمز نگاری انجام می شود که با نام های AS9 وSA10 شناخته می شوند .مکانیزم AS برای غلبه بر اختلال فریب در نظر گرفته شده است .
اختلال فریب تکنیکی است که در آن دشمن ، یک یا چند کد فاصله یابی ماهواره و سیگنال های ناوبری ماهواره را تکرار کرده و روی فرکانس داپلر اثر گذاشته تا گیرنده GPS را فریب دهد . علاوه بر این تحت سیاست های جدید وزارت دفاع آمریکا از SA برای عدم دسترسی کاربران SPS به دقت کامل PPS استفاده می شود .SA کلاک ماهواره را منحرف می کند ودر نتیجه دقت محاسبات TOA کاهش می یابد . علاوه بر آن SA در پارامترهای داده ناوبری پخش شده خطاهایی ایجاد می کند .کاربران PPS اثرات SA را از طریق رمز نگاری حذف می کنند .
در سالهای میانی دهه نود هنگامی که مجموعه فلکی ماهواره تولید شده 24 عددی مورد نظر در مدار قرار گرفته و تست های فراوان بخش کنترل زمینی و فعل وانفعالات با مجموعه فلکی کامل شد ، PPS به قابلیت کاری کامل رسید.
2-3 : سرویس مکان یابی استاندارد SPS
سرویس SPS برای تمامی کاربران درسراسر دنیا قابل دسترسی است .در کاربردهای SPS هیچ محدودیتی وجود ندارد. این سرویس دقت قابل پیش بینی 100 متر (2drms,95% ) درصفحه افقی و156 متر (95% ) درصفحه عمودی تهیه می کند . دقت این سرویس توسط وزارت دفاع و وزارت راه وترابری آمریکا بر اساس نظرات امنیتی ایالات متحده تعیین می شود .
در یک وسیله مکان یابی SPS معمولاSA یک منبع خطای اولیه است که روش هایی برای کاهش اثرات SA ارائه شده اند .قابلیت عملیاتی سیستم GPS در دسامبر 1993 که ترکیبی از 24 نمونه ماهواره در دسترس قرار گرفتند ، بدست آمد و سرویس های زمان یابی / مکان یابی ازدقت قابل پیش بینی پیروی می کنند .
3-3 : مزایای GPS
سیستم GPS نسبت به سایر سیستم های ناوبری برتری و مزایای بسیاری دارد که به عنوان نمونه می توان به موارد زیر اشاره کرد :
در تهاجم آمریکا به پاناما در 1989 از GPS استفاده شد وحتی گفته می شود که قبل از آن در طول دهه هشتاد در خلیج فارس مورد استفاده قرار گرفته است .
نیروهای نظامی آمریکا و متحدانش در جنگ اول خلیج فارس (1991-1990) که عملیات طوفان صحرا نام گرفت بطور گسترده از سیستم های ناوبری بر مبنای GPS در حمله به عراق استفاده کردند .درآن موقع تنها 14 ماهواره در مدار قرار داشت ولی هنگامی که جنگ زمینی شروع شد دو ماهواره دیگر وارد سرویس شد و یک منظومه با 16 ماهواره تشکیل شد . این منظومه موقعیت دو بعدی منطقه خلیج فارس را بصورت پیوسته ولی پوشش سه بعدی را بطور متوسط برای 18 ساعت در طول شبانه روز فراهم می کرد .
مشکل دیگر برای استفاده از GPS این بود که در زمان نبرد ،تعداد گیرنده های نظامی با کد P محدود بودند .همین موضوع باعث شد تا وزارت دفاع آمریکا در طول جنگ SA را به صفر رساند وبیش از هزار گیرنده تجاری قابل حمل بسرعت خریداری شدند . در خواست نیروها بحدی بود که تا پایان جنگ بیش از 9000 گیرنده تجاری در منطقه خلیج فارس مورد استفاده قرار گرفت . نیروهای نظامی مهاجمین توانستند در مدت لشکر کشی در عین سکوت و خاموشی ارتباطات رادیویی ، سوخت گیری هواپیما را به کمک GPS در میانه راه انجام دهند . از گیرنده های GPS در هواپیماهای جنگنده F16 ، بمب افکن های B-52 وB-2 ، موشک های کروز ، هلی کوپترهای آپاچی و تانکهای M-60 استفاده شد . از GPS در سایت راداری و توپخانه و همچنین جهت یافتن میادین مین و محل تجمع کشتی ها استفاده شد .
مهمترین استفاده از GPS در طی جنگ اول خلیج فارس ، ناوبری نیروی زمینی بود . نظامیان آمریکا با در اختیار داشتن GPS دستی در صحرا های شنی و طوفانی وبیابان های یکنواخت عربستان که فاقد ویژگی خاص جهت شناسایی هستند از ناپدید شدن در حین حرکت به مقاصد گوناگون تا حد زیادی در امان ماندند . تمام مانورهای بزرگ شبانه که در گذشته به کمک جاسوس ها وراهنمایان انجام می شد و همراه با خطا وتلفات انسانی بود با استفاده از سیستم GPS امکان پذیر گردید . با این حال در عملیات طوفان صحرا ، بیشترین تلفات مهاجمین در اثر برخورد نیروهای خودشان با یکدیگر بود که در صحرا گم شده بودند و یا در طول حمله زمینی خارج از موقعیت خود بودند .
پس از این عملیات ، نصب گیرنده های GPS بر روی تمام وسایط نقلیه ارتشی به اجرا در آمده است . برای مثال رانندگان کامیون ها برای انتقال مواد غذایی به خط مقدم جبهه از گیرنده های GPS استفاده می کنند تا موقعیت خود را تشخیص داده و محل استقرار سربازان را پیدا کنند . یا مسیر عملیات یک واحد از قبل در GPS ذخیره می شود و حداکثر انحراف مجاز برای آنها تعریف می شود .در این صورت گیرنده نحوه پیمودن مسیر را کنترل می کند و به محض خروج از دالان مجاز هشدار می دهد و از برخورد با میدان مین و یا درگیری با نیروی خودی و هر گونه اشتباه مرگبار دیگری جلوگیری می شود .
در جنگ سومالی با نام 11 بازگشت امید که در سال 1993-1992 روی داد هواپیماهای آمریکایی با استفاده از گیرنده های GPS عملیات متعدد از جمله فرود وبرخاست در فرودگاههای موقتی کوچک را بدون کمک وسایل ارتباط الکترونیکی در حد وسیع انجام دادند .
در نبردهایی که در یوگسلاوی و افغانستان (2001-1999) به وقوع پیوست نیروهای نظامی مهاجمین از گیرنده های GPS به وفور استفاده کردند .در حمله اخیر نیروهای ائتلاف به عراق یکی از مهمترین عوامل اتخاذ شیوه عملیات در سطح و تسخیر زود هنگام عراق ناشی از قابلیت های فراوان GPS در ناوبری بود . ناگفته نماند که در روزهای اول نبرد ،نیروهای عراقی توانستند تعدادی از موشک های مجهز به GPS را توسط اختلال کننده های روسی منحرف سازند که حملات موشکی کاهش یافت و عصبانیت شدید مقام های عالیرتبه آمریکا را بر علیه روسیه بر انگیخت . پس از یک هفته مذاکره بین آمریکایی ها و روسها و به توافق رسیدن آنها ، اختلال کننده ها نابود شدند و حملات موشکی با شدت زیاد از سر گرفته شد .
5-3 : تحویل دقیق محموله
یکی از کاربردهای مهم GPS در جنگ که ارتش آمریکااز آن استفاده کرده است هدایت محموله پرنده مانند تحویل دقیق محموله با چتر یا پارا گلادیاتور است که از هواپیما از ارتفاع زیاد پرتاب شده سپس در هوا پرواز می کند که این هدایت توسط یک گیرنده GPS بصورت اتوماتیک انجام می شود و به هواپیما این امکان را می دهد از ناحیه دفاعی دشمن نزدیک به منطقه به زمین رسیدن محموله دور بماند . برای این کاربرد GPS باید قادر باشد تا دستورات مربوط به هدایت را برای سیستم فراهم ساخته و چتر یا پارا گلادیاتور را به نقطه مطلوب در خشکی هدایت کند .
6-3 : ناوبری نیروها
GPS کاربردهای بسیاری در جنگ مخصوصا در ناوبری نیروهای زمینی دارد . GPS برای کمک به یگان های زمینی که از صحرا عبور می کنند – مخصوصا در طوفان های شنی که در صحرا معمول است – یا در لشکر کشی های شبانه کاربرد فراوان دارد .
دربرخی از گیرنده های GPS می توان مسیر عملیاتی یک واحد را از قبل در حافظه دستگاه وارد کرد و حداکثر انحراف مجاز از مسیر را نیز مشخص کرد .در این صورت گیرنده خود نحوه پیمایش مسیر را کنترل کرده و در صورت خروج از دالان مجاز هشدار می دهد .با این روش می توان محل میدان های مین را شناسایی کرد و آن را از قبل در حافظه دستگاه وارد کرد تا از هر گونه اشتباه مرگبار جلوگیری شود .همچنین تمام مانورهای بزرگ شبانه که در گذشته به کمک جاسوس ها و راهنمایان انجام می شد و همراه با خطا وتلفات انسانی بود امروزه از سیستم GPS امکان پذیر گردید . امروزه راننده های کامیون های انتقال مهمات و مواد غذایی برای سربازان خط مقدم جبهه نیز مجهز به گیرنده های GPS هستند تا موقعیت خود را تشخیص داده و محل استقرار سربازان را پیدا کنند . علاوه بر واحد های زمینی از موشک های بالستیک گرفته تا هواپیماهای کنترل از راه دور و بمب های هوشمند اهداف خود را با GPS سریع تر ، دقیق تر و ارزانتر پیدا می کنند .
اهمیت GPS در نبردهای گذشته به حدی بوده است که در آمریکا تولید هر گونه هوا پیما ،کشتی یا وسیله نقلیه زرهی که به گیرنده GPS مجهز نباشد از سال 2000 به بعد ممنوع شده است .
7-3 : عملیات تجسس وآزاد سازی
عملیات تجسس وآزاد سازی از دیگر کاربردهای مهم هستند که استفاده از GPS در آنها رو به افزایش است . اگرچه GPS هنوز توسط هلی کوپترها وسایر وسایل هوانوردی شرکت کننده در تجسس و آزاد سازی برای ناوبری استفاده میشود ولی درآینده جهت تعیین موقعیت دقیق اعضای تیم هوانوردی نیز مورد استفاده قرار می گیرد . با ترکیب GPS و امکانات مخابرات فضایی پیدا کردن افراد به سرعت انجام شده و برای حفظ جان انسان ، زمان و هزینه مفید است . تجهیزات مخابراتی این امکان را فراهم می آورند که موقعیت هواپیماها ، هلی کوپترها و تانکها بدون درنگ مانیتور شود و از هدف قرار گرفتن توسط آتش خودی اجتناب شود . علاوه بر این اگر GPS و امکانات مخابراتی با سیستم های هدایت ترکیب شوند ، از وسایل هوانوردی بدون سرنشین UAV12 می توان برای مراقبت از مناطق هدف استفاده نمود . جداول 2-1 تا 2-3 یک لیست فشرده از موقعیت یابی ها و کاربردهای ناوبری نظامی GPS و نیازمندی هایشان راارایه می کنند .
8-3 : ناوبری در هدف گیری جنگ افزار :
تمایل طراحان جنگ افزار های نظامی بر دقیق بر هم زدن این جنگ افزارها روی یک هدف معین همیشه مورد توجه بوده است .حصول این دقت نه تنها به خراب کردن هدف مورد نظر کمک شایانی می کند بلکه از ایجاد خرابی های نا خواسته نیز جلو گیری خواهد کرد . یکی از روش های موفق در این زمینه در سالهای اخیر استفاده از سیستم تعیین موقعیت جهانی می با شد . جهت هدف گیری دقیق یک جنگ افزار نیاز است که ابتدل پرتاب آن در مسیر صحیح انجام شود و بقیه به فیزیک وابسته شود .حتی با تکنولوژی های مدرن محدودیت هایی همچون دقت مختصات ، شرایط وزن وآئرودینامیک ،غیر معین وفاکتورهای دیگر در هدف گیری مطرح می باشد .
هدف گیری دقیق برای ایستگاه های ساکن مسئله مشکلی است ولی مشکل تر از آن هنگامی است که از پرتاب کننده های غیر ساکن مانند جنگنده ها و هواپیماها ی بمب افکن استفاده می شود . بدترین حالت نیز برای وقتی است که جنگ افزار در طول طی مسیر نیاز به توان جهت ادامه مسیر دارد که از آن جمله میتوان به موشک های بالستیک ویا کروز اشاره کرد .
امروز کی از تجهیزات استفاده شده جهت بهبود دقت موشک ها سیستم ناوبری خودکار INS می باشد . INS اقدام به محاسبه موقعیت فعلی وسیله ،سرعت آن و ارتفاع با کمک اندازه گیری های اینرسی سیستم (با استفاده از شتاب سنج ها و gyro ها ) می نماید . این اطلاعات می تواند جهت هدایت جنگ افزار به سمت هدف مورد نظر استفاده شود . اگر چه INS دقت جنگ افزار را بالا می برد هنوز یک محدوده خطا برای سیستم موجود می باشد که بر روی هدف گیری جنگ افزار به خاطر خطاهای اندازه گیری در طول زمان تاثیر می گذارد . تکنیک های هوشمند جهت تشخیص ابن خطاها موجود می باشد . ولی باز هم برای سیستم هایی که از INS به صورت تنها استفاده می کنند دارای محدودیت می باشند .
در دهه های 1960 و 1970 سیستم های هوا نوردی و فضایی مفهوم جدیدی را با عنوان تعین موقعیت جهانی در ناوبری مطرح کردند . که در حقیقت تعیین موقعیت جنگ افزار با استفاده از سیگنال های ماهواره ای می باشد . این تکنولوژی مزیت های زیادی نسبت به INS در یک سناریوی معینی دارد . به عنوان مثال خطاهای ناوبری INS به صورت جمع شونده می باشند و با زمان افزایش می یابند در صورتیکه خطای GPS همواره به منابع خطا محدود می باشد (خطاهای موقعیت ماهواره ، سرعت و انتشار ) و به راحتی قابل مدل سازی و حذف می باشند . از طرف دیگر کارایی سیستم INS کارایی خوبی فقط در زمان کوتاه به خصوص برای سیستم های با دینامیک بالا دارد در صورتی که GPS کارایی خوب در زمانهای طولانی تر می باشد ولی برای دینامیک های بالا مناسب نیست . ترکیب این دو سیستم با یکدیگر برای سیستم نظامی با ناوبری صحیح تر ودقیق تر مناسب است .
آمریکا حداقل از هشت نوع از جنگ افزارهای زمینی و سیستم هدایت ناوبری خود کار INS به صورت همزمان استفاده می کنند در جنگ عراق استفاده کرد . این هشت جنگ افزار شامل موارد زیر است :
1- موشکهای کروز Tomahawk Block III and IV
2- موشک Tri-Service Stand –off
3- پدافندهای Joint Direct
4- جنگ افزارهای Joint Stand -off
5- بمب دقیق GBU -15
6- AGM -30
7- یک مدل پر قدرت از GBU-15
8- موشکهای بالستیک ATACMS
9-3 : جنگ افزارهای هوشمند :
بعد از اینکه سیستم های ناوبری در پرتاب کننده های جنگ افزارها تست شد جهت حصول دقت بهتر این ایده مطرح شد که از سیستم های هوشمند بر روی خود جنگ افزارها استفاده شود . اولین تلاش برای تبدیل بمب های غیر هوشمند به بمب های هوشمند از یک سیستم ناوبری INS به همراه باله های عملکرد در انتهای بمب استفاده نموده است . در آن زمان گیرنده های GPS بزرگ بوده اند و قابلیت جاسازی در انتهای بمب را نداشتند .
روش عملکرد به این صورت است که وسیله پرتاب گر دیتای اولیه را را به سیستم INS می دهد و ادامه ناوبری را سیستم INS از نقطه رها سازی تا نقطه اصابت به عهده می گیرد . این استراتژی وقتی که سیستم پرتاب کننده از GPS نیز استفاده می کند عملکرد بهتری خواهد داشت (جهت راه اندازی اولیه INS بمب قبل از پرتاب ) . در صورت عدم استفاده از GPS خطای ناشی از INS به بمب نیز منتقل می شود و به مراتب باعث کاهش دقت هدف گیری می شوند .لذا افزودن GPS به سیستم ناوبری وسیله پرتاب کننده باعث بالا رفتن دقت راه اندازی INS بمب می شود .
وقتی که گیرنده های GPS در مقیاس کوچکتر ساخته شدند تمایل به استفاده از این گیرنده ها در انتهای بمب افزایش یافت . با این مفهوم خطاهای اندازه گیری درسیستم های ناوبری بمب کاهش می یابد و لذا دقت هدف گیری بالاتر می رود . در سیستم ناوبری INS به خصوص در زمانهای طولانی حذف می شود .
هنگام استفاده از گیرنده های GPS بر روی جنگ افزار وسیله پرتاب کتتده باید اطلاعات Handoff مربوط به GPS را علاوه بر اطلاعات INS برای جنگ افزار ارسال کند . اطلاعات Handoff معمولا شامل موقعیت اولیه ، سرعت اولیه وزمان اولیه به همراه دیتای مداری ماهواره های GPS که برای گیرنده بمب منظور می شود می باشد . این اطلاعات بخصوص برای پروازهای کوتاه مدت جنگ افزار بسیار مهم می باشد . بطور نوعی جنگ افزار نیاز به اطلاعات کافی از وسیله پرتاب گر جهت رد یابی ماهواره ای GPS در کمتر از چند ثانیه بعد از پرواز را دارد . شکل زیر یک موشک کروز را با هدایت GPS نشان می دهد دقت GPS مورد استفاده را می توان توسط سیستمهای اضافی دیگر مانند GPS تفاضلی و یا سیستم های تفاضل منطقه وسیع بهبود داد .
gif[/IMG]
تجهیزات قدیمی ابتدا از گیرنده های GPS با استفاده از کد C/A استفاده می کردند و بعد از آن به سمت استفاده از کد های نظامی P(Y) رفتند . اگر چه استفاده از کدهای C/A و سیگنالهای آن راحت تر است ولی آسیب پذیری آن در جمینگ بیشتر است . اغلب جنگ افزارهای جدید از کدهای P(Y) برای محافظت بهتر در مقابل جمینگ استفاده می کنند . دریافت مستقیم کدهای P(Y) نیاز به دقت بیشتری در وسیله میزبان دارد زیرا جنگ افزار نیاز به اطلاعات دقیقی از زمان در محدوده میلی ثانیه جهت انجام محاسبات دارد . شکل (2) نشان دهنده تصویری از اهداف مورد اصابت توسط بمب افکن های B-2 را به صورت پیمایش چند هدف در یک مسیر نشان می دهد .
gif[/IMG]
[/IMG]
10-3 : گرایشات آتی :
اگر چه سیستم های ناوبری GPS قادرند دقت های خوبی را حتی با وجود خطاهای اندازه گیری فراهم آورند ولی هنوز برای بهینه کردن این سیستم ها جای کار وجود دارد . در آینده استفاده از GPS به صورت تنها در سیستم های جنگ افزارهای نظامی توسعه خواهد یافت . با استفاده از هدف گیری دقیق ، مهمات کمتری در این سلاح ها (250 تا 500 پوند )جهت کاهش خرابی های غیر مطلوب و ناخواسته در محیط اطراف استفاده می شود . جنگ افزارهای نظامی با هدایت GPS/INS کارایی بالایی را برای اهداف ثابت دارند .اما برخی از سیستم های دشمن با یک استراتژی دفاعی دارای حرکت ثابت می باشند .
جهت مقابله با این استراتژی مطالعات زیادی انجام گرفته است و نشان داده شده است با یک سری تکنیک های رها سازی بمب و با یک سری محاسبات جهت تصحیح مختصات هدف وارسال آنها برای جنگ افزار در حال پرواز می توان بر این استراتژی غلبه کرد .
روش های مختلفی جهت ارسال این تصحیح ها برای جنگ افزار وجود دارد که به عنوان مثال مختصات جدید هد ف می تواند توسط سیگنال های جدید برای جنگ افزار ارسال شود .
در این روش جنگ افزار قابلیت دریافت و دیکته کردن مختصات جدید را دارد . و آن را برای توابع هدایت موجود در کامپیوتر جنگ افزار ارسال می کند . این امکانات هم اکنون در دست مطالعه می باشد . همچنین تلاش های جدیدی نیز در صنایع هوایی جهت بررسی روشهای آشکار سازی اهداف متحرک و تخمین مختصات آنها دردست اقدام است . برخی از انواع رادارهای SAR قبلا قادر به آشکار سازی اهداف متحرک بر روی زمین بوده اند .
روش های کنونی نمی توانند رد یابی غیر مبهم را با اطمینان و دقت بالا دست یابند . یکی از نیاز های اساسی برای اهداف متحرک پنهان بودن دیتای هدف گیری جدید می باشد .اگر هدف در یک مسیر قابل پیش بینی در حرکت باشد برای مثال روی یک خط مستقیم ویا روی یک جاده که نقشه دیجیتالی آن موجود است این مسئله قابل حل می باشد.
اگر هدف در یک ناحیه باز باشدو دارای مانورهای غیر قابل پیش بینی ونامنظم باشد تشخیص وتخمین موقعیت های بعدی بسیار مشکل می باشد که تنها با روش های تکرار و استفاده از وسایل تکرار کننده یکسان برای پرتاب های متوالی از این مشکل قابل رفع است .
4- تحلیل سیگنالینگ و نرم افزار مورد استفاده GPS :
1-4 : پیش درآمدی بر تحلیل
همانگونه که گفته شد موقعیت کاربر از شناسایی موقعیت دست کم 4 ماهواره وتعیین فاصله از آنها مشخص می گردد.و اینکه صورت فلکی ماهواره ها و مرکزیت و ثبات زمین (درنقطه ای مشخص از فضا) به کمک حل معادلات و محاسبات در گیرنده GPS راهنمای این دستیابی است.دراینجا این مطلب را مورد بحث قرار می دهیم که چگونه سیگنال های واقعی دریافتی از ماهواره در گیرنده GPS جریان می یابند.در ابتدا سیگنالهای ورودی دیجیتالی جمع آوری و ردگیری می شوند.زمانی که یک ردیابی بدست آمد،ازبررسی فریم (دنباله داده)ها و بیتهای توازن(PARITY BITS) ،اطلاعات مورد نیاز به دست آمده ، به داده های ناوبری تبدیل و به خروجی ارسال می گردد.از این فریمها اطلاعات تقویم نجومی (EPHEMERY) نظیر عدد هفته بدست می آید. موقعیت ماهواره ها نیز از اطلاعات افمری مشخص می گردد.
اطلاعات ساختگی بین گیرنده با ماهواره ها(PSEUD)(اطلاعاتی که از همزمانی و سنکرون کردن ساعت داخلی گیرنده با ساعت اتمی ماهواره برمبنای محاسبه اختلاف زمانی نو شدن کدهای شبه تصادفی حاصل می شود) نیز فراهم می گردد.زمانی که همه اطلاعات لازم جمع آوری شد، موقعیت ماهواره و موقعیت کاربر محاسبه می گردد و درنهایت موقعیت کاربر در دستگاه مختصات مورد نظر(با توجه به اینکه نقشه جغرافیایی (نقشه های بین المللی یا محلی لازم است که برروی گیرنده نصب شده باشد))قرار می گیرد.
2-4 : اطلاعاتی که در نتیجه ردیابی(tracking) حاصل می شود:
سیگنالهای ورودی GPS ابتدا به فرکانس 21.25 MHz دمدوله می شود سپس از یک *****میانگذر با پهنای باند حدود 2 MHz عبوریافته و سرانجام در پهنای 5 MHz رقمی (digitized)می شود.کمترین انتظار ازاطلاعات جمع آوری شده اینست که شامل سه فریم اولیه باشند. داده های این سه فریم برای یافتن موقعیت ماهواره و موقعیت کاربر،حیاتی است.نتایجی که ازیک برنامه ردگیری متعارف بدست آمده در شکل (1)نشان داده شده است. (لازم بذکراست 5 شکل که در ادامه خواهد آمد، در نرم افزارمطلب شبیه سازی شده است)
هر نقطه داده (ستاره در شکل بالا) از یک میلی ثانیه از داده های دیجیتال شده بدست آمده است.همانطور که درشکل دیده می شود، سیگنالهای رسیده از ماهواره شماره 6 نسبتا قوی و سیگنالهای رسیده از ماهواره شماره 28 نسبتا ضعیف هستند که از مقایسه سطوح دامنه بخوبی مشاهده می گردد.سیگنالی شبیه این با روش BASS The block adjustment of synchronized) signal) ردیابی شده که درشکل نشان داده شده است.محور عمودی تفکیک زاویه رسیدن سیگنال را نسبت به دامنه نشان می دهد.از آنجاییکه اختلاف زاویه برای یک تغییر فازهمیشه 180درجه است مقیاسهای پلات هردو ماهواره شبیه هم است.در این شکل سیگنال قوی تر گروههای فشرده تری را نسبت به سیگنال ضعیف تر دارد.
[
درمجموع برای سیگنال خروجی یک روش قراردادی مشخص ،اولین فاز به سمت تولید محلی کد C/A هدایت می کند.این فاز اولیه C/A یک تفکیک زمانی عالی را دریک حلقه ردیابی ارائه می کند. در روش BASS، کد C/A مکرر استفاده می شود در حالیکه فاز اولیه همچنان ثابت می ماند. تفکیک زمانی x از نسبت تناسب بین کدهای n ام و n+1 ام C/A بدست می آید.این مقدار x هر 10 میلی ثانیه یکبار محاسبه می شود که نتیجه آن درشکل (3) نشان داده شده است.
دیتا ها بایستی به یک خط راست میل کنند. بسادگی دیده می شود که نتیجه چقدر دچار اغتشاش (noise) است.ولو اینکه هر نقطه از متوسط گیری دیتاها تولید شده باشد.در پلات x (شکل 3 )دیده میشودنقطه دیتا در بعضی جاها بیشتر از 100 ns و در جایی کمتراز -100 ns است یعنی یک نقطه به اندازه 200ns شیفت پیدا کرده است. برای مثال نقاط 18 و 19 و20 رانگاه کنید.نقطه دیتا شماره 18 از 100 nsبه نقطه 19 در -100 ns آمده و دومرتبه به نقطه 20 در 100 ns برگشته است. و این درنقطه21 هم تکرارشده.یعنی بین این 4 نقطه ، دیتا 3 مرتبه شیفت پیدا کرده است که عامل این ناهماهنگی چیزی جز اغتشاش نیست. در شکل (3) میبینید که اولین نقطه دیتا بسیار کمتر از 200ns است که علت آن می تواند دقت کم برنامه تولید کننده دنباله ها باشد.شیب پلات در شکل (3- الف) مثبت و در شکل (3-ب) منفی است و این نمایانگر شیفت فرکانسی مثبت و منفی داپلر است و دامنه آن هم به خوبی در شکل نشان داده شده است.
از شکل اخیر می شود این نتیجه را گرفت که یک میلی ثانیه از اطلاعات ورودی به علت نویزی بودن هرگز برای محاسبات در شیفت نقطه داده ها(data point) کافی نیست. لذا برنامه ردگیری این زمان دقیق(fine time) و همچنین شروع آمدن کد C/A را هر 10msیکبار گزارش می کند.این زمان دقیق برای تخمین PSEUD مورد استفاده قرار می گیرد. محاسبه زمان دقیق حتی از 10ms از داده ها هم مقداری نویز دارد و یک نقطه داده بصورت انفرادی نمی تواند برای محاسبه موقعیت کاربر استفاده شود یا لااقل دقت خوبی ندارد.دراینجا به برخی از روش ها از قبیل مربع متوسط کمترین مقدار(lms) نیاز است تا برای محاسبه زمان دقیق از بین یک نگاشت نسبتا طولانی مثلا ده ها میلی ثانیه از نقطه داده بکار رود.این روشها باید بتوانند دقت زمان دقیق را بهبود ببخشند و نتیجه َآن افزایش دقت در تعیین موقعیت کاربر باشد.
3-4 : تبدیل خروجی رهگیری به اطلاعات ناوبری:
قدم بعدی تبدیل اطلاعات خروجی(هر 20 میلی ثانیه) (همانطور که درشکل 1 و 2 نشان داده شده) به مقادیر صفر(یا1-) و 1 است. راههای مختلفی برای اینکار وجود دارد. یکی از روش های معمول تعیین اختلاف بین دو خروجی میلی ثانیه(دو بیت) مجاور است.اگر این تفاوت از یک سطح مشخص(تری شولد) بیشتر باشد، یک تغییر حالت داده اتفاق افتاده است.برای یک برنامه ردیابی متعارف، این سطح آستانه معمولا از پیش بینی کمینه سطح دامنه خروجی سنجیده می شود.از آنجاییکه سیگنالهای قوی و ضعیف دامنه های متفاوتی (شکل 1) تولید می کنند این مقدار کمینه می تواند به عنوان سطح آستانه بکار رود.از این تغییرحالت براحتی نتایج ردگیری به اطلاعات ناوبری تبدیل می شوند. تغییرحالتهای داده های ناوبری باید با نقاط انفرادی داده های جمع شده ورودی که تفکیک زمانی 200ns دارند مطابقت کند.
از این تفکیک زمانی برای یافتن اختلاف زمان نسبی بین ماهواره های مختلف می توان استفاده کرد.این روش فقط یک راه حل برای مساله ارائه می کند وآن هم به معنی بهترین روش بودن نیست.این روش انتخاب شده بدلیل اینکه ممکن است فهم آن ساده تر باشد. از این روش به طریقی که درادامه خواهد آمد برای تبدیل تغیر حالتهای فاز به داده های ناوبری استفاده می کنیم.
کلیه تغییر حالتهای داده های ناوبری را پیدامی کنیم. ابتدای اولین داده ناوبری باید در طول اولین 20ms از خروجی دیتا باشد.زیرا که داده های ناوبری 20ms طول دارند.اولین تغیر حالت فازباید برای یافتن شروع اولین اطلاعت ناوبری استفاده شود .اولین تغییر حالت فاز آشکار شده در خروجی دیتا ، اولین داده های ناوبری ما هستند.اگر اولین تغییرفاز درمدت اولین 20ms داده ها باشد ، این نقطه همچنین شروع اولین داده های ناوبری خواهد بود. اگر اولین تغییر حالت فاز در زمان دیگری اتفاق بیافتد(دیرتر). چند عدد از این 20ms باید از آن کم شود.مقدار باقیمانده شروع اولین داده های ناوبری خواهد بود. برای بیان ساده تر از این به بعد به جای عبارت "شروع اولین داده های ناوبری " از واژه "شادان" استفاده می کنیم. این اطلاعات ذخیره شده برای یافتن psude مورد استفاده قرار می گیرند. نقطه شادان می تواند با نقاط داده هم علامت خود بار شود تا بطور متناوب در هر 21ms اتفاق بیافتد.این رویکرد یک نقطه داده ناوبری را درشروع داده ایجاد می کند. برای مثال اگر اولین تغییرحالت فاز در 97ms اتفاق بیافتد، با تفریق 80ms از این مقدار ، اولین نقطه داده ناوبری در 17ms اتفاق می افتد. این 17ms از داده با 4ms از داده هم علامت خود پر شده و اولین اطلاعات ناوبری را به طول 20ms ایجاد می کند. این پروسه اولین نقطه داده ناوبری را در21ms خلق می کند. این عملیات همچنین باقیمانده شروع داده ها را با همین 4ms تغییر می دهد ، بنابراین نقاط داده ناوبری در 21,41,61 و نظایر آن اتفاق می افتد.شکل 4 مثال بالا را به خوبی نشان می دهد.
قسمت بالایی این شکل داده های خروجی از برنامه ردگیری را نشان می دهد و قسمت پایین نتیجه را با داده های اضافه شده (بار شده ) نشان می دهد. اولین نقاط داده ناوبری تنظیم شده در 21ms ذخیره می شود. اگر اولین تغییرحالت فاز در 40ms اتفاق افتاد با تفریق از 40 اولین نقطه داده ناوبری تنظیم شده در صفر میلی ثانیه پدید می آید.21ms از دیتا (با علامت مثبت یا منفی) می تواند با اولین نقطه داده ناوبری جمع شود تا آنرا در 0+21)) 21ms بسازد.
حال نقاط داده ناوبری حساب شد، صحت این تغییر حالت باید بررسی شود.این نقطه داده ها باید بوسیله مضارب 20ms از هم جدا شوند. اگر این نقاط داده ناوبری در مضارب 20ms اتفاق نیافتاده باشند، داده شامل خطا می باشد و باید رد شود.
پس از اینکه نقاط داده ناوبری بررسی صحت خود را گذراند ، این خروجی باید به داده ناوبری تبدیل شود هر 21ms (یا 20ms ) ، یک بیت داده ناوبری تبدیل می شود. علامت این داده ها بطور دلخواه انتخاب می شوند.داده های ناوبری به صورت +1 و-1 تخصیص می یابند.بیت های توازن پروسه را بررسی کرده و قادر خواهند بود داده های ناوبری را در قطبیت صحیح قرار دهند.
4-4 : تطبیق فریم و بیت توازن :
پس از اینکه خروجی ردگیری به داده های ناوبری تبدیل شد ، قدم بعد یافتن فریم های در این داده هاست. یک فریم با الگوی (10001011) در اولین کلمه (برای مسافت سنجی) شروع خواهد شد.. در دومین کلمه how(have the over vord) بیتهای 20 – 22 ، بیتهای شناسایی فریم(ID) و دو بیت آخر(29,30) بیت توازن هستند(00). به هرحال یک جستجوی ساده برای این داده ها هیچ تظمینی برای یافتن شروع فریم ها نمیکند. می توان جستجو برای بیش از چندین فریم درهر زمان انجام داد. اگرمورد تطبیقی برای بیش از یک فریم یافت شد، یک احتمال بهتری را برای صحت کار بدست می دهد. ذکر این نکته ضروری است که قطبیت کلمه ها در یک فریم ممکن است تغییر کند، لذا کسی باید این همبستگی را برای داشتن تنهایک کلمه (30 بیت داده ناوبری) درهر دفعه اجرا کند. در کلمات دیگر ، هر کلمه باید جداگانه همبسته شود.کدی که این مساله را تطبیق دهد می تواند به شکل(1-1-1-11-111) نوشته شود.از آنجاییکه قطبیت کلمه شناخته نشده ، نتیجه تطبیقی میتواند ±8باشد.
یکبار که یک تطبیق یافت شد، 300 نقطه داده ( یک فریم ) بعد، تطبیق بعدی باید یافت شود. اگر نشد ، اولی نیز تطبیق نبوده است. یکی باید این روش را برای یافتن شروع چندین فریم اجرا کند. بیشتر تطبیق ها می توانند سطح اعتماد را بهبود ببخشند.دو بیت آخر how (بیت توازن ) همچنین می تواند برای تطبیق فریم ها بکاررود. وقتی یک فریم یافت شد، شماره فریم می تواند از بیتهای ID هاو(how) (بیتهای 20-22) مشخص شود.شماره فریم ها باید از 1 تا 5 و بطور منظم 1,2,3,4,5,1,.. باشد
5-4 : بدست آوردن داده های تقویم نجومی از فریم 1 :
برنامه یافتن فریم ها (که در قالب برنامه مطلب در انتهای این بحث آمده)،سه نتیجه متوالی را تطبیق می دهد.اگر هر سه بدرستی تطبیق کند ، آنرا به عنوان شروع یک فریم قبول می کند.جستجوی سه نتیجه متوالی بصورت دلخواه انتخاب می شود.در ابتدا مقدمه 360 نقطه داده جستجو می شود.طول این داده برابر یک فریم به علاوه دو کلمه است، که باید حداقل یک نتیجه تطبیق یافت کند.(و شاید هم بیشتر از یکی). اگر چند تطبیق یافت شد ، فقط یکی از آنها به عنوان مقدمه درنظر گرفته خواهد شد. اگر یک تطبیق یافت شد، دو نتیجه (هرکدام شامل 300 نقطه داده ) دیگر بعد از شروع اولین تطبیق ، طلب می شود.اگر این درخواست شکست بخورد، تطبیق اول هم مقدمه نخواهد بود اما برخی اطلاعات دیگر با آن همراه است.اگردو نتیجه اخیر تطبیق کند هر سه نتیجه برای شروع سه فریم متوالی مطرح خواهد بود.
مرحله بعد بررسی قطبیت دو بیت آخر در how می باشد.
این دو بیت باید هردو منفی باشند، لذا جمع این دو باید -2 شود هر چند که جمع دوبیت می تواند -2 یا +2 شود. اگر جمع آنها صفر شود، یک اشتباه پیشامد کرده و شروع سه فریم غلط خواهد بود که این با بررسی مجموع آنها مشخص خواهد شد.اگر جمع -2 شود، علامت HOW درست است و شماره فریم از بیتهای 20-22 یافت می شود. اگر مجموع +2 شود،ابتدا باید قطبیت HOW عوض شود، سپس شماره فریم یافت شود.از روی شماره فریم می توان جستجوی شروع فریم 1,2و3 را انجام داد، چرا که آنها شامل اطلاعاتی برای محاسبه موقعیت گیرنده می باشند.به مجرد اینکه فریم 1 یافت شد اطلاعات ادامه می یابد. داده های ناوبری به دو شکل هستند: به صورت باینری و مکمل 2 و برای سهولت محاسبه ، بیشتر این اطلاعات بصورت ده تایی(دسیمال) هستند:
WN: شماره هفته که در فرم باینری ده بیت را از 61-70 شامل می شود.اینها به دسیمال تبدیل می شوند.
T GD: تاخیر تخمین زده شده گروه: بصورت 8 بیت تفاضلی از 197 تا 204 درشکل متمم 2 قرار دارند و باید به دسیمال تبدیل شوند.
TOC : تصحیح ساعت ماهواره : 16 بیت از 219 تا234 در فرم باینری و باید به دسیمال تبدیل شوند.
AF2 : تصحیح ساعت ماهواره : 8 بیتی از 241 تا 248 درشکل مکمل 2 و باید به دسیمال تبدیل شوند.
AFL : تصحیح ساعت ماهواره : 16بیتی از 271 تا 292 . باینری است و باید به دسیمال تبدیل شود.
Afo : تصحیح ساعت ماهواره : مشتمل بر 22 بیت از 271 تا 292 به شکل متمم 2 است و باید به دسیمال تبدیل شود.
IODC : انتشار داده – ساعت :10 بیت. از 83 تا 84 بیتهای با ارزش (MSB) و از 211 تا 218 بیتهای کم ارزش (LSB). بیتهای LSB دیتای منتشر شده مقایسه می شود(داده های نجومی از فریم 2 و 3). هرجا که این سه فریم تطبیق نکنند، روند داده قطع و جمع آوری جدید داده آغاز می شود.
TOW : زمان هفته: 17 بیتی است از 31 تا 47 در شکل باینری که باید به دسیمال تبدیل شود
6-4 : بدست آوردن داده های تقویم نجومی (افمری) از فریم 2 :
داده ها از این فریم هم شبیه فریم 1 بصورت باینری بدست آمده و سپس به به دسیمال تبدیل می شوند.
lODE : انتشار داده نجومی، 8 بیتی است از 61 تا 68 . این الگوی بیت با lsb از مشابه خود در فریم یک مقایسه شده اگر تفاوت داشته باشند یک قطع داده اتفاق افتاده و این داده ها نمی تواند مورد استفاده قرار بگیرد و باید از نو جمع آوری شود
CRS : دامنه جمله تصحیح هارمونیک سینوسی از شعاع مداری ماهواره که 16 بیتی از 69 تا 84 بصورت متمم 2 بوده و باید به دسیمال تبدیل شود.
SN :تفاوت جابجایی متوسط محاسبه شده: 16 بیتی از 91 تا 106 بصورت متمم 2 می باشد و باید به دسیمال تبدیل شود.
Mo: ناسازگاری نسبی در مرجع زمان که 32 بیتی درقالب متمم 2 است. این داده به دوبخش تقسیم وشود : 8 بیت MSB از 107 تا 114 و 24 بیت LSB از 121 تا 144 و باید به دسیمال تبدیل شود.
CUE: دامنه جمله تصحیح هارمونیک کسینوسی از عرض جغرافیایی مورد بحث که 16 بیتی از 151 تا 166 بصورت متتم 2 است و باید به دسیمال تبدیل شود.
:ESخروج از مرکز مدار ماهواره 32 بیتی باینری است و به دوقسمت MSB 8بیتی از 167 تا 174 و LSB 24 بیتی از 181 تا 204 تقسیم شده و باید به دسیمال تبدیل شود.
CUS: دامنه جمله تصحیح هارمونیک کسینوسی از طول جغرافیایی مورد بحث 16 بیتی متمم 2 از 211 تا 226 بوده و باید به دسیمال تبدیل شود.
JA: ریشه دوم محور شبه اصلی از شعاع ماهواره که 32 بیتی بوده به دوبخش 8بیتی MSB از 227 تا 234 و 24 بیتی LSB از 241 تا 264 تقسیم شده و باید به دسیمال تبدیل شود.
TOE: داده نجومی زمان مرجع : 16 بیتی از 271 تا 286 بصورت باینری است و باید به دسیمال تبدیل شود.
7-4 : بدست آوردن داده های تقویم نجومی (افمری) از فریم 3 :
داده های بدست آمده از فریم 3 نیز شبیه دوتای بالاست و بشرح ذیل :
CIE : دامنه جمله تصحیح هارمونیک کسینوسی زاویه انحراف : 16 بیتی از 61 تا 76 بصورت متمم 2 است و باید به دسیمال تبدیل شود.
00 : طول جغرافیایی گره بالارونده از صفحه ماهواره که بصورت هفتگی مبدا گذاری می شود. 32 بیتی متمم 2 است به دوبخش 8 بیتی MSB از 77 تا 84 و 24 بیتی LSB از 91 تا 114 و باید به دسیمال تبدیل شود
CIS : دامنه جمله تصحیح هارمونیک سینوسی زاویه انحراف : 16 بیتی از 121 تا 126 بصورت متمم 2 بوده و باید به دسیمال تبدیل شود.
IO : شیب انحراف زمان مرجع : 32 بیتی بصورت متمم 2 بوده به دوبخش MSB 8 بیتی از 137 تا 144 و 24 بیتی LSB از 151 تا 174 می باشد و باید به دسیمال تبدیل شود.
CRE : دامنه جمله تصحیح هارمونیک کسینوسی از شعاع مداری ماهواره که 16 بیتی بصورت متمم 2 از 181 تا 196 قراردارد و باید به دسیمال تبدیل شود.
W : شناسه مداری : 32 بیتی متمم 2 به دوبخش 8 بیتی MSB از 197 تا 204 و 24 بیتی LSB از 211 تا 234 است و باید به صورت دسیمال درآید.
Q : میزان صعود درخط راست : 24 بیتی از 241 تا 264 است و باید به دسیمال درآید.
lODE : انتشار داده نجومی : 8 بیتی از 271 تا 278 بوده .با دو بخش شبیه خود از افمری 2 مقایسه می گردد و اگر خطایی اتفاق افتاده باشد همه را حذف کرد و داده ها از نو جمع آوری می شوند.
IDOT : شیب زاویه صعود، 14 بیتی از 279 تا 292 بصورت متمم 2 بوده و باید به دسیمال تبدیل شود.
این نکته قابل ذکر است که TOW از فریم های 2 و 3 دیکود نمی شوند زیرا TOW فریم یک اطلاعات لازم را فراهم می کند. سایر داده ها از هر 3 فریم رمزگشایی شده و بصورت دسیمال درمی آیند و کار خود را انجام می دهند.در ادامه به چگونگی محاسبه موقعیت ماهواره و کاربر خواهیم پرداخت. برنامه های شماره 3 و 4 و 5 که در انتهای مبحث آمده برای بدست آوردن داده های ناوبری از فریم های 1 و2 و3 بکار می روند.
8-4 : مقادیر نوعی داده های تقویم نجومی (افمری) :
برخی از داده های تقویم نجومی به موقعیت کاربر وابسته هستند.و برخی دیگرکمتر به این موقعیت وابسته اند شبیه شیب صعود.برخی از داده ها که به موقعیت کاربر وابسته اند در جدول 1 آمده است. این اطلاعات از سه ماهواره مختلف گرفته شده اند.
9-4 : یافتن اطلاعات PSUDE :
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image048.jpgدر جمع آوری داده های دیجیتال شده هیچ زمان مرجع مطلقی وجود ندارد. تنها زمان مرجع ، فرکانس نمونه برداری است.نتیجه اینکه PSUDE فقط به صورت نسبی چنان که درشکل 5 آمده است قابل اندازه گیری است ، زیرا که بایاس ساعت گیرنده GPS درمقدارناشناخته ای (برای ماهواره) قرار دارد.
در این شکل نقاط نشان داده شده داده های ورودی دیجیتالی انفرادی هستند و به فاصله 200ns از یکدیگر تفکیک شده اندزیرا نرخ نمونه برداری 5MHz می باشد.psude نسبی فاصله (یا زمان )بین دو نقطه مرجع است.در این شکل نقطه شروع از فریم یک به عنوان یک نقطه مرجع گرفته شده. تمام نقاط شروع فریم یک از ماهواره های مختلف (بجز ترم تصحیح ساعت ماهواره ها) از همین زمان آغاز می شود.از آنجاییکه شروع فریم 1 از ماهواره های مختلف در زمانهای متفاوت دریافت می شود، این اختلاف زمان(یا فاصله) گیرنده با ماهواره را نشان می دهد. بنابراین psude بصورت نسبی بدست می آید.فریم یک هر 30 ثانیه یکبار اتفاق می افتد و بیشینه تفاوت بین دو ماهواره حدود19ms می بشد.این اطلاعات تضمین می کند که ارسال فریم یک دریک زمان از ماهواره های مختلف مقایسه شود. به بیان دیگر،اگر اختلاف زمان بین دو ماهواه 10ms فاصله باشد، اولین فریم هردو باید در یک زمان ارسال شوند و نمی توانند با زمان 30ثانیه جدا شوند.
اکنون نقاط داده ه ورودی دیجیتالی متناظر با فریم یک باید پیدا شوند. این اطلاعات می تواند از 3 داده ورودی بدست آید:
1- نقطه شروع کد C/A که از برنامه ردگیری با تفکیک 10ms و دقت 200ns بدست می آید.
2- شروع اولین داده ناوبری که توضیح داده شد
3- تطبیق تفکیک زمانی 20ms که توضیح داده شد.
شکل 6 نسبت بین این سه کمیت را نشان می دهد.در اشکال ( الف و ب) نتیجه بدست آمده از داده های جمع آوری شده واقعی و شکل ( ج) نتایج ساختگی را نشان می دهد. قسمت بالایی شکل بیانگر داده های ورودی دیجیتالی از شروع کد C/A در 5000 نقطه ورودی دیجیتالی اولیه که از برنامه دسترسی بدست آمده می باشد.پایه این شروع کد از برنامه ردگیری بدست می آید.در قسمت پایین شکل شروع فریم 1 دیده می شود. این شکل برای یافتن شروع فریم در یک شروع از کد C/A استفاده می شود.
[G]4 مثال که در ادامه می آید این عملکرد را نشان می دهد. درشکل (6 الف ) تغییر حالت اولین فاز درنقطه صفر اتفاق می افتد و داده با 21نقطه بار می شود.اولین شیفت 180 درجه فاز برای محاسبه اولین نقطه داده ناوبری استفاده ی شود. شروع فریم یک در صدمین نقطه داده ناوبری (تفکیک 20ms) قراردارد.شروع متناظر کد C/A در196 (تفکیک 10ms) است.لذا نقطه داده ناوبری در196 با شروع فریم یک همخط می شود. این نسبت می تواند از شروع کد C/A با برچسب 1,2,3,… در پایین شکل بدست آید.نقطه داده های متناظر از شروع کدC/A ،9802893 یافت می شود. این عدد(9802893) از برنامه ردگیری بدست آمده. این شروع کد C/A با نشان 196 است و از برنامه ردگیری بدست می آید.
درشکل (6-ب) اولین نقطه ناوبری در 7ms اتفاق می افتد و داده با 14 نقطه درشروع بار می شود.شروع فریم 1 در صدمین نقطه داده ناوبری قرار دارد. شروع کد C/A درشروع فریم 1 برابر 196 است. شروع C/A متناظر عدد9803828 است. اگرچه این نقطه با شروع فریم یک هم خط نیست. در واقع برای هم ردیف کردن با شروع فریم یک با ید با یک 7ms بار شود. این مقدار 7ms از اولین نقطه داده ناوبری در 7ms که دربالای شکل دیده می شود بدست آمده.از آنجاییکه هر میلی ثانیه شامل 5000 داده دیجیتالی است، 5000 باید دراین 7ms ضرب شود تا نقطه شروع فریم یک درنقطه داده ورودی دیجیتالی بدست آید. بنابراین شروع فریم یک برابر 9803828 + 7 X 5000 = 9838828 می باشد.
fil
[B]درشکل (6- ج) اولین تغییرحالت فاز در [/B][B]10ms[/B][B] اتفاق افتاده و داده با 11 نقطه داده ناوبری بارمی شود.شروع فریم یک درصدمین نقطه داده ناوبری است. شروع کد[/B][B] C/A[/B][B]با شروع فریم یک در 197 هم ردیف است.شروع متناظر[/B][B] C/A[/B][B]مقدار[/B][B]9850115[/B][B] است.[/B]
[
[B]درشکل (6-د) اولین نقطه داده ناوبری در [/B][B]17ms[/B][B] و داده با [/B][B]4[/B][B] نقطه اول بار می شود.شروع فریم یک در [/B][B]99[/B][B] امین نقطه داده ناوبری است.شروع کد[/B][B]C/A[/B][B] درابتدای فریم یک مقدار195 است.این شروع متناظر کد[/B][B]C/A[/B][B] با نشان 195 برابر9752661 است. اگر چه برای همردیفی با فریم یک باید با[/B][B]7ms[/B][B] بار شود. از آنجاییکه شروع کد[/B][B]C/A[/B][B] تفکیک زمانی [/B][B]10ms[/B][B] دارد، 10 از 17 تفریق شده و برابر[/B][B]7ms[/B][B] می شود. مقدارنهایی برابر[/B][B]9752661 + 7 X 5000 = 9787661[/B][B] می باشد.از مطالب گفته شده می توان فهمید که دومرحله کار برای یافتن شروع فریم یک در یک نقطه داده دیجیتالی واقعی باید انجام شود. اولین کار پیدا کردن نشان شروع [/B][B]C/A[/B][B] درست قبل از فریم یک است. [/B]
[B]مرحله بعد یافتن زمان بین شروع کد [/B][B]C/A[/B][B] مطلوب برای شروع فریم یک است.مرحله اول از معادل زیر قابل حصول است:[/B]
[B]ind[/B][B] = 2 (sfb 1 - 2) + integer(navl/lO)[/B]
[B]که [/B][B]ind[/B][B] نشانگر شروع کد [/B][B]C/A[/B][B] مطلوب، [/B][B]sfb[/B][B] شروع فریم یک ،[/B][B] navl[/B][B] : اولین نقطه داده ناوبری و [/B][B]integer[/B][B] به معنی قسمت صحیح نتیجه است.[/B]
[B]درقدم دوم تفاوت میلی ثانیه ها [/B][B](difms)[/B][B] از رابطه زیربدست می آید.[/B]
[B]difms = rem(navl/lO ) [/B]
[B]دررابطه بالا [/B][B]rem[/B][B] به معنی باقیمانده حاصل پرانتز است.[/B]
[B]نقطه متناظر ورودی مطلوب از شروع فریم یک بصورت زیر است:[/B]
[B]dat = bca(ind) + difms X 5000 [/B]
[B]دراین رابطه [/B][B]dat[/B][B] : نقطه داده ورودی دیجیتالی و [/B][B]bcd[/B][B]: شروع کد[/B][B] C/A[/B][B]است. حال اجازه دهید از این سه معادله مقادیر مطلوب درشکل 6 را بدست آوریم . نتایج درجدول 2 نشان داده شده است.[/B]
[TABLE="align: left"]
[TR]
[TD][I]Sat[/I][/TD]
[TD]7
[I]nav 1[/I][/TD]
[TD][I]sfb 1[/I][/TD]
[TD]ind[/TD]
[TD]difms[/TD]
[TD][I]bca(ind)[/I][/TD]
[TD]dat[/TD]
[TD]diff of dat[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]a[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]196[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]9802893[/TD]
[TD]9802893[/TD]
[TD]0[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]b[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]196[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]9803828[/TD]
[TD]9838828[/TD]
[TD]35935[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]c[/TD]
[TD]10[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]197[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]9850115[/TD]
[TD]9850115[/TD]
[TD]47222[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]d[/TD]
[TD]17[/TD]
[TD]99[/TD]
[TD]195[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]9752661[/TD]
[TD]9787661[/TD]
[TD]-15232[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[B]ماهواره ها که با شماره [/B][B]a,b,c[/B][B] و[/B][B]d[/B][B] نشان داده شده اند بجای شماره واقعی ماهواره هاست زیرا اطلاعات ماهواره ها بصورت ساختگی و برای یافتن مقادیر خاص موجود است. مقادیر دردومین و سومین ستون از برنامه های تطبیق فریم و ردگیری بدست آمده اند.مقادیرستونهای 4 و5 و6 هم که از معادلات بالا بدست آمده اند.آخرین ستون هم اختلاف زمان نسبی با ماهواره [/B][B]a[/B][B] را نشان می دهد که از تفریق 9802893 از مقدار[/B][B]dat[/B][B] بدست آمده است.[/B]
[B]برای یافتن تفکیک زمانی بهتراز [/B][B]200ms[/B][B] برنامه ردگیری مورد استفاده قرار می گیرد.جهت سهولت ، زمانهای دقیق وابسته با شماره ([/B][B]196,197,195[/B][B]) برای یافتن [/B][B]psude[/B][B] مورد استفاده قرار میگیرد. [/B]
[B]برای نتیجه بهتر، مقدارزمان دقیق می تواند از دستکاری نقاط داده بیشتری استفاده کرد.می توان از زمانهای [/B][B]0,35935,4722 [/B][B]و[/B][B] -15232[/B][B] برای محاسبه [/B][B]psude[/B][B] استفاده کرد.بعضی از[/B][B]psude[/B][B] ها باید منفی باشند. یک مقدارثابت ممکن است برای مثبت شدن با زمان نسبی جمع شود، اگرچه این ضروری نیست اما یک راه مناسب است.از آنجاییکه تاخیرزمانی ازماهواره به کاربر درحدود [/B][B]67[/B][B] تا [/B][B]86[/B][B] میلی ثانیه است، یک مقداربین این دو عدد بطورمعقول انتخاب می شود.گرچه این بحث درمورد [/B][B]psude[/B][B] است ، مقادیر واقعی زمان می توانند با ضرب کردن در سرعت نوربه فاصله تبدیل شوند.[/B][B]psude (p)[/B][B] می تواند از رابطه زیر حساب شود:[/B]
[B]P = c( canst + diff of dat + finetime)[/B]
[B]دراین رابطه : [/B][B]c[/B][B] : سرعت نور و برابر [/B][B]299792458m/s[/B][B] ، [/B][B]const[/B][B]: یک ثابت قراردادی دلخواه برای مثبت کردن مقادیر[/B][B]Psude[/B][B] است. زمان گذر نسبی [/B][B](diff of dat)[/B][B] درآخرین ستون جدول 1 لیست شده است و زمان دقیق هم از برنامه ردگیری بدست می آید. می خواهیم با انتخاب مقدارثابت [/B][B] canst = 75 ms[/B][B] برای مثال بالا [/B][B]4 [/B][B] مقدار [/B][B]psude[/B][B] را حساب کنیم.[/B]
[B]PI = 299792458 X (75 X 10-3) [/B]
[B]pz = 299792458 X (75 X 10-3 + 35935 X 200 X 10-9) [/B]
[B]P3 = 299792458 X (75 X 10-3 + 47222 X 200 X 10-9) [/B]
[B] P4 = 299792458 X (75 X 10-3 - 15232 X 200 X 10-9) [/B]
[B]این معادله شامل مقدار دقیق نمی شود.برای داشتن مقادیرواقعی باید درمعادله زمان دقیق را قرار دهیم.[/B]
[B]10-4 : زمان گیری سیستم [/B][B]GPS[/B][B] در هنگام ارسال :[/B]
[B]تنها تفاوت بین جداول 2 و 3 درستون ششم است. شروع فریم 1 می تواند از فرمول زیرمحاسبه شود:[/B]
[B]dat = 10 X 5000 X ind + 5000 X difms + bca(ind)[/B]
[B]بدلیل اینکه [/B][B]dat[/B][B] تفکیک زمانی [/B][B]10ms[/B][B] دارد،[/B][B]difms[/B][B] یک تفکیک زمانی یک میلی ثانیه دارد و هرمیلی ثانیه [/B][B]5000[/B][B] نقطه داده دارد. دراین معادله از همان مقادیر [/B][B]dat[/B][B] درجدول قبلی استفاده می کنیم. درنرم افزار واقعی گیرنده [/B][B]GPS[/B][B] ، شروع کد [/B][B]C/A[/B][B] با مقادیر کمتر از [/B][B]5000[/B][B] محاسبه می شود.[/B]
[TABLE="width: 673, align: left"]
[TR]
[TD][I]Sat[/I][/TD]
[TD][I]nav 1[/I][/TD]
[TD][I]sfbl[/I][/TD]
[TD]inds[/TD]
[TD]difms[/TD]
[TD][I]bca(ind)[/I][/TD]
[TD]dat[/TD]
[TD]diff of dat[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]a[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]196[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]2893[/TD]
[TD]9802893[/TD]
[TD]0[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]b[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]196[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]3828[/TD]
[TD]9838828[/TD]
[TD]35935[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]c[/TD]
[TD]10[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]197[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]115[/TD]
[TD]9850115[/TD]
[TD]47222[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]d[/TD]
[TD]17[/TD]
[TD]99[/TD]
[TD]195[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]2661[/TD]
[TD]9787661[/TD]
[TD]-15232[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[B]11-4 : محاسبه موقعیت ماهواره ها :[/B]
[B]بیشتر محاسباتی که در موقعیت یابی ماهواره مورد استفاده قرار میگیرد دراینجا مورد بحث قرار می گیرد. از داده های بدست آمده برای محاسبه متوسط جابجایی استفاده می کنیم.[/B]
[IMG]file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image058.jpg
در اینجا μ = 9386005 × 108 m³ /s² : پارامتر عمومی گرانش زمین است. αs محور اصلی مدار ماهواره است که از فریم 2 در بیتهای 227-234 و 241 تا 264 بدست می آید و Δn اختلاف متوسط جابجایی است که از فریم 2 در بیتهای 91 تا 106 بدست می آید.
E =M + es sine
M میانگین ناهنجاری درمرجع زمان است که از فریم 2 بیتهای 107 تا 114 و 121 تا 144 بدست می آید.نا هنجاری خارج از مرکز E از معادله یافت می شود. esخروج از مرکز مدار ماهواره است که از فریم 2 ، بیتهای 167 تا 174 و 181 تا 204 بدست می آید.
[IM
F مقدارثابت -4.442807633 X 10-10 sec/ml/Z
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image062.gif
af 0 , af 1, af 2, tGD, toc به ترتیب دربیتهای (271-292) ،(197-204)، (249-264) ،(241-248) و(219-234) قرار دارند.( Toc تصحیح زمان ماهواره و Tgd تخمین تفاضل تاخیر گروه است). کلیه موارد مذکور از فریم 1 بدست می آیند.
12-4 : محاسبه موقعیت کاربر دردستگاه مختصات کارتزین :
موقعیت کاربر از معادله زیر قابل محاسبه است:
[
fil[B]حل معادلات بالا کمی مشکل به نظر می رسد لذا از معادلات خطی شده زیر برای یافتن موقعیت کاربر می توان استفاده کرد.[/B]
[B]13-4 : تنظیم سیستم مختصاتی ماهواره ها :[/B]
[B]یک سیستم مختصات زمین مرکز ، زمین ثابت، برای این محاسبه تابع زمان است. زمانی که برای محاسبه موقعیت ماهواه بکار می رود با زمانی که برای تعیین موقعیت کاربر استفاده می شود متفاوت است. این دو زمان می بایست با یکدیگر تنظیم شوند. از سه معادله زیر برای تنظیم این زمانها استفاده می شود.[/B]
[B]اولین [/B][B]psude[/B][B] و زمان ارسال از معادلات زیر بدست می آیند.[/B]
jpg
دراین معادلات X, Y, Z و Xu, Yu, Zuبه ترتیب مختصات دکارتی ماهواره و کاربر بوده و e : سرعت نور می باشد. از ای زمان ارسال برای تصحیح زاویه erΩ درمعادله زیر استفاده می شود.
MG]
از erΩ جدید در اولین بخش معادلهفوق برای یافتن X,Y,Z درمختصات دکارتی جدید استفاده می شود.از این مختصات جدید ، Xu, Yu, zu جدید کاربر هم بدست می آید. این 4 معادله اخیر دائم و بصورت تکراری محاسبه می شوند تا هیچ تغییرموقعیت ماهواره و کاربری از قلم نیافتد.
14-4 : تبدیل موقعیت دکارتی کاربر به سیستم مختصات کروی :
یکبار که Xu, Yu, zu درسیستم مختصات دکارتی محاسبه شد باید به سیستم مختصات کروی تبدیل شود زیرا که موقعیت کاربر روی سطح زمین تابعی ازعرض L ، طول I و ارتفاع h می باشد چنانچه در معادله زیر دیده می شود:
jpg[/IMG]
دراین معادلاتLc عرض جغرافیایی است اگر چه سطح زمین کاملا کروی نیست ولی به هرحال شکل آن باید مورد ملاحظه قرارگیرد. عرض جغرافیایی L درنقشه ها مورد استفاده است لذا باید از روی Lc محاسبه شود.
jpg[/IMG]
ep دراینجا تفاضل قطبین است.دومین بخش ازمعادله بالا تکراری است. ارتفاع ازمعادله زیر قابل محاسبه است.
jpg[/IMG]
این سه مقدار(L,l,h) درمعادله بالا مختصات دقیق کاربرهستند.طول و عرض معمولا برحسب درجه ، دقیقه و ثانیه و یا درجه ودقیقه بیان می شوند.
قسمتی از برنامه رایانه ای در انتهای مبحث محاسبه موقعیت ماهواره را انجام می دهد، این برنامه از یک روش مجتمع در تصحیح موقعیت کاربر و ماهواره درارتباط با یکدیگر کمک می گیرد.
15-4 : برنامه عبور از بدست آوردن داده تا ردگیری آن :
مباحث بالا برپایه داده های دیجیتالی و ذخیره آن در حافظه استوار است. بهرحال دریک گیرنده با زمان واقعی ، اطلاعات بدست آمده از طریق جمع آوری داده (acquisition) ، بایستی از یک برنامه ردگیری (tracking) بگونه ای معقول عبور کنند.درروش نرم افزاری جمع آوری روی یک مجموعه داده قبلا فرض شده و ردگیری روی داده های رسیده انجام می شود. برای یک شدت سیگنال معمولی برنامه جمع آوری داده ( با یک پردازش گر رایانه ای پنتیوم 400MHz )کمتراز 1 ثانیه برای پردازش 1ms ازداده های دیجیتالی وقت نیاز دارد. بنابراین برنامه ردگیری ، پردازش داده ها را حدود یک ثانیه بعد از جمع آوری آن آغازمی کند که شکل شماره 7 نشانگر این مساله است.
jpg[/IMG]
سوالی که باید پاسخ داده شود اینست که آیا بیشینه زمان جمع آوری به اندازه کافی کوتاه است که برنامه ردگیری هنوز بتواند داده های جدید را پردازش کند.
این بخش ،بیشینه جداسازی زمان مجاز بین جمع آوری داده و ردگیری را نشان خواهد داد.این نتیجه با آزمایش حاصل شده است.
از جمع آوری داده ، دو پارامتر فرکانس و شروع کد C/A بدست می آید که برای برنامه ردگیری استفاده می شوند.به محض اینکه این دو پارامتر بدست آمد می توان ردگیری داده را آغاز کرد. کاریر بدست آمده از جمع آوری باید دربرنامه ردگیری مورد استفاده قرار گیرد.
اما یک شروع کد C/A دیگر بدست آمده از جمع آوری نیز باید در ورودی داده های مورد محاسبه باشد. دریک فرض عملی، شروع کد C/A ، از فرکانس موج حامل قابل محاسبه است. بنابراین ، یک مجموعه از داده های دیجیتالی باید ابتدا از راه آزمایش ، مورد بررسی قرار گیرند. روش بررسی ، پردازش داده های جمع آوری شده و یافتن نسبت بین فرکانس موج حامل و شروع کد C/Aاست. این نتیجه را می توان از ردگیری داده های چندین ماهواره بدست آورد.زمانی که برای یک ماهواره بدست آمد، برای کلیه ماهواره ها قابل استفاده می باشد.
داده هایی که برای این نمایش استفاده می شود از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال I-Q channel بدست آمده است.
یک فرکانس نمونه برداری طبیعی حدود 3.2MHz می باشد. داده ها بایک فرکانس نمونه برداری 6.4MHz و فرکانس مرکزی 1.6MHz به فرم واقعی تبدیل می شوند .
jpg[/IMG]شکل 8 شیفت نقطه شروع جمع شونده کدC/A را در برابر زمان نشان می دهد.حاصل یک خط راست است.به خطوط شیفت جمع شونده نگاه کنید. هرخط شامل 12400 نقطه داده ورودی بوده و مربوط به یک ماهواره مشخص است.اگر فرکانس نمونه برداری دقیق باشد، این خطوط باید دو شیب مثبت و منفی جهت نشان دادن شیفت فرکانسی مثبت ومنفی داپلرداشته باشند.
نتیجه ای که درشکل( 8) دیده می شود اینست که فرکانس نمونه برداری در 1.6MHz نیست زیرا شیب خطوط همگی مثبت هستند.شیب خطوط درمقابل شیفت فرکانسی اندازه گیری شده داپلردرشکل( 9) نشان داده شده است.
jpg[/IMG]
فرکانس اندازه گیری شده داپلر، اختلاف بین فرکانس اندازه گیری شده از برنامه ردگیری و فرکانس مرکزی 1.6MHz است.
نتایج اخیر به خط راست نزدیکترند.از مقایسه این دو شکل براحتی می توان شیفت مطلوب شروع C/A رابدست آورد. برای مثال :اگر یک مقدارمشخص از فرکانس داپلری اندازه گیری شود، از شکل 9 شیب خط جمع شونده بدست می آید. این شیب می تواند برای رسم خط نشان داده شده در شکل 8 مورد استفاده قرار گیرد. نقطه شروع جمع شونده کد C/A بصورت تابعی از زمان بدست می آید. از این روش برای یافتن ماکزیمم زمانی که داده جمع آوری می شود تا زمانی که مورد ردگیری قرارمی گیرد استفاده می شود. برای همه ماهواره ها کمینه زمان بدست آمده کمی بیش از 30 ثانیه است. فقط یک ثانیه زمان برای اجرای جمع آوری داده کافیست، لذا زمان زیادی برای عبور اطلاعات لازم به سمت برنامه ردگیری وجود دارد.
نتیجه اینکه دو پارامتر فرکانس حامل و شروع کد C/A می توانند برای یک گیرنده واقعی مورد استفاده قرارگیرند.
16-4 : برنامه های شبیه سازی قسمتهای مختلف تحلیل سیگنالینگ با نرم افزار مطلب :
1-16-4 : این برنامه برای یافتن شروع فریمها استفاده می شود.
% p9_l.m This program finds subframes
function start_sf 1 = findsf 1 (navd)
[nsat, n] = size(navd); marker = [1 -1 -1 -11-11 1] ; start_sf1= zeros(1, nsat);
for m = l:nsat,
c = xcorr (marker, navd(m, 1 : 360)) ; \ find data bit sequences that match preambles
indn = find(abs(c) >7 .99) ;
pts = indn - 360 + 1;
flag = 1 ;
n=l;
while flag & n <= length (pts) , pt = pts
;
k = l;
err = 0; while k < 3 & -err, % check for preambles in next two subframes
sfmark = navd(m, pt + (k *300)t + (k *300) + 7) ; if abs(sum(sfmark .*marker)) < 8,
err = 1; end
k = k + 1 ; end
end_HOW = sum(navd(m, pt + 58t + 59)) ; \ Check parity bits at end of HOW
if end_HOW | err, % if anything wrong, go to next point
n = n+ 1; else
id = navd(m pt + 49t + 51) ; \ Find subframe #
if end_HOW = 2, % Find polarity of HOW word id = -id;
end
sf (m) = 0;
id = fliplr(id) ;
for k = 1:length(id),
if id(k) = 1,
sf = sf + 2 A (k - 1) ;
end end if sf (m) < 6 & sf (m) > 0, \ Ensure subframe #is 1-5
flag = 0 ; else
n = n + 1;
end end end
if -flag, % Find beginning of subframe #1 if sf(m) = 1,
start_sf1(m) = pt; else
start_sf1 (m) = pt + ((6 - sf(m)) *300) ;
id = navd(m, start_sf 1 (m) + 49 :start_sf 1 (m) + 51);
if id ~= [-1 -1 1] & id ~= [1 1 -1] ,
disp( ['Error in finding sat ' num2str(m) ' - sfl id did not match.'])
start_sfl(m) = 0; end end else
disp ( ['Error in finding sat ' num2str(m)]) end end
% This program finds subframes
function start_sfl = findsfl (navd)
[nsat, n] =size(navd); marker = [1 -1 -1 -11-11 1] ; start_sf1= zeros(1, nsat);
for m = l:nsat,
c = xcorr (marker, navd(m, 1:360)) ; \ find data bit sequences that match preambles
indn = find(abs(c)>7.99) ;
pts = indn - 360 + 1;
flag = 1;
n=l;
while flag & n <= length (pts) , pt = pts ;
k = l;
err = 0;
while k < 3 & ~ error, % check for preambles in next two subframes
sfmark = navd(m, pt + [k *300)t + (k *300) + 7) ; if abs (sum (sfmark .*marker)) < 8,
err = 1; end
k = k + 1 ; end
end_HOW = sum(navd(m, pt + 58t + 59)) ; \ Check parity bits at end of HOW
if ~end_H0W | err, % If anything wrong, go to next point
n = n + 1 ; else
id = navd(m, pt + 49t + 51) ; \ Find subframe #
if end_H0W = 2, % Find polarity of HOW word id = -id;
end
sf (m) = 0;
id = fliplr(id) ;
for k = 1:length(id), if id(k) = 1,
sf = sf + 2 A (k - 1) ; end end if sf (m) < 6 & sf (m) > 0, \ Ensure subframe #is 1-5
flag = 0 ; else
n = n + 1 ; end end end
if -flag, % Find beginning of subframe #1 if sf(m) = 1,
start_sfl(m) = pt; else
start_sf 1 (m) = pt + ((6 - sf (m)) *300) ;
id = navd(m, start_sf 1 (m) + 49 :start_sfl (m) + 51);
if id ~= [-1 -1 1] & id ~= [1 1 -1] ,
disp( ['Error in finding sat ' num2str(m) ' - sfl id did not match.'])
start_sfl(m) = 0; end end else
disp( ['Error in finding sat ' num2str(m)]) end end
2-16-4 : این برنامه بیتهای توازن را برای صحت داده ها بررسی می کند.
% p9_2.m This program checks the parity code
function [pt, navd] =matchsubf (navd) ;
nsat = size(navd, 1) ;
pt = zeros(nsat);
pt = findsfl (navd) ' ;
dlen= (floor (size (navd, 2) / 30) - 1) *30;
hi =[111011000111110011010010];% from GPS Theory &
App p. 131
h2 = [0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1] ; % by B.W. Parkinson &
J.J. Spilker
h3= [1 0111011000111110011010 0] ;
h4= [0 1011101100011111001101 0] ;
h5= [1 0101110110001111100110 1] ;
h6= [0 01011011110101000100111];
H= [hi; h2; h3 ; h4 ; h5; h6] ;
for m = l:nsat; if pt(m)>0
for pnt=pt(m) :30
len, %for different initial pts D2 9 = navd(m, pnt-2); D3 0 =navd(m, pnt-1) ;
navd(m, pntnt+23) =D30 *navd(m, pntnt+23); d = navd(m, pntnt+23); Df = [D29 D30 D29 D30 D30 D29] ; for k = 1:6,
temp = H(k,
.*d;
p(k) =prod([Df(k) temp (find (temp))]) ; end
if p~=navd(m, pnt+24nt+29) , dispC Parity check failed!') end end end end
ind=find(pt~=0) ; pt=pt(ind) ; navd = -navd; navd=(navd+l) ./2;
\ This program checks the parity code
function [pt, navd] =matchsubf (navd) ;
nsat = size(navd,1);
pt = zeros(nsat);
pt = findsfl (navd) ' ;
dlen= (floor (size (navd,2) / 30) - 1) *30;
hi =[111011000111110011010010];% from GPS Theory &
App p.131
h2 = [0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1] ; % by B.W. Parkinson &
J. J. Spilker
h3= [1 0111011000111110011010 0] ;
h4= [0 1011101100011111001101 0] ;
h5= [1 0101110110001111100110 1] ;
h6= [0 01011011110101000100111];
H= [hi; h2; h3 ; h4 ; h5; h6] ;
for m=l:nsat; if pt(m)>0
for pnt=pt(m) :30len, %for different initial pts D2 9 = navd(m, pnt-2); D3 0 = navd(m, pnt-1);
navd(m, pntnt+23) =D30 *navd(m, pntnt+23); d = navd(m, pntnt+23); Df = [D29 D30 D29 D30 D30 D29] ; for k = 1:6,
temp = H(k, .*d;
p (k) = prod ([Df (k) temp (find (temp)) ] ) ; end
if p ~= navd(m, pnt+24nt+29), dispC Parity check failed!') end end end end
ind=find(pt~=0) ; pt=pt (ind) ; navd = -navd; navd=(navd+l) ./2;
3-16-4 : این برنامه داده های ناوبری در فریم یک را به اطلاعات افمری تبدیل می کند:
% p9_3.m DECODE1.M decode navigation data in subframe 1 into ephermeris data
function[week_no, tgd, toe, af2, afl, afO, iodel,towl]=decodel (points,navdata);
nsat=length(points); for m=l:nsat;
week_no (m)=bi2de(m,points(m) -1+70 :-loints(m) -1+61));
tgd(m)=comp2dec(navdata(m,points(m) -l+2 04:-loints (m) -1+197), -31);
toe (m)=bi2de(navdata(m,points(m) -1+234;-loints (m) -1+219)) *2A4;
af2 (m)=comp2dec(navdata(m,points(m) -1+248:-loints(m) -1+241), -55) ;
afl (m)=comp2dec(navdata(m,points(m) -1+264:-loints(m) -1+24 9), -43);
af 0 (m)=comp2dec(navdata(m,points(m) -1+2 92:-loints(m) -1+271), -31);
iodel(m, : ) = [navdata(m,points(m) -l+211oints(m) -1+218)];
towl(m)=bi2de(navdata(m,points(m) -l+47:-loints(m) -1+31))*6; end
% DECODE1.M decode navigation data in subframe 1 into ephemeris data
for m=l:nsat;
week_no(m)=bi2de(navdata(m,points (m)-l+70:-loints (m)-l+61)) ;
tgd(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+204 :-loints (m)-1+197), -31);
toe (m)=bi2de (navdata(m,points (m) -1+234 :-loints (m)-1+219)) *2 A4;
af2 (m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+248 : —1oints (m) -1+241), -55) ;
afl (m)=comp2dec (navdata (m, points (m)-1+264 :-loints (m)-1+249), -43);
af 0 (m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+292 : —1oints (m) -1+271), -31);
iodel (m, : ) = [navdata (m, points (m) -1+211oints (m)-1+218) ] ;
towl(m)=bi2de (navdata (m,points (m)-1+47 :-loints (m)-1+31)) *6-6; end
4-16-4 : این برنامه داده های ناوبری درفریم 2 را به اطلاعات افمری تبدیل می کند:
% p9_4 .m DECODE2 .M decode navigation data in subfram 2 into ephermeris data
clear angmat navd rymkmat load d:/gps/big_data/srvy8210; angmat=ang; ptnumat=transpt; rymkmat=fintime ;
[st navd]=navdat (angmat) ; *find naviga data (20ms) & first angle
transition
[point, navdata] =matsubf (navd) ; *find start pt of subfram 2 prod 0 Is
nsat=length(points); for n=l:nsat;
iode2 (m, : )=navdata(m,points (m)-l+61oints (m)-l+68) ;
crs(m)=comp2dec (navdata (m,points (m)-l+84 :-loints (m)-l+69) ,-5) ;
deln(m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+106 :-loints (m)-l+91), -43)*pi;
m01=navdata (m,points (m)-1+114 :-loints (m)-1+107) ; m02=navdata (m,points (m)-1+144 :-loints (m)-1+121) ; m03=[m02 mOl] ;
mO(m)=comp2dec(m03, -31)*pi; clear mOl m02 m03 ;
cuc(m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+166 :-loints (m)-1+151), -29);
el=navdata(m,points (m) -1+174 :-loints (m)-1+167) ; e2=navdata (m,points (m) -1+204 : —1 oints (m) -1+181) ; e3=[e2 el] ;
e(m)=bi2de(e3)*2A(-33) ; clear el e2 e3;
cus(m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+226 :-loints (m)-1+211), -29);
sal=navdata(m,points (m)-1+234 :-loints (m)-1+227) ; sa2=navdata(m,points (m)-1+264 :-loints (m)-1+241) ; sa3=[sa2 sal] ; sa(m)=bi2de(sa3)*2A(-19); clear sal sa2 sa3;
toe (m)=bi2de (navdata (m,points (m) -1+286: -1oints (m) -1+271)) *2A4 ; end
% DECODE2.M decode navigation data in subframe 2 into ephemeris data
for m=l:nsat;
iode2 (m, : )=navdata(m,points (m)-l+61oints (m)-l+68) ;
crs(m)=comp2dec (navdata (m,points (m)-l+84 :-loints (m)-l+69) , -5);
deln(m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+106 :-loints (m)-l+91), -43)*pi;
m01=navdata (m,points (m)-1+114 :-loints (m)-1+107) ;
m02=navdata (m, points (m)-1+144 : — loints (m)-1+121) ; m03=[m02 mOl];
mO(m)=comp2dec(m03, -31)*pi; clear mOl m02 m03 ;
cue (m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+166 :-loints (m)-1+151), -29);
el=navdata(m,points (m) -1+174 :-loints (m)-1+167) ; e2=navdata (m,points (m)-1+2 04 :-loints (m)-1+181) ; e3=[32 el] ;
e(m)=bi2de(e3)*2A(-33) ; clear el e2 e3;
cus (m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+226 :-loints (m)-1+211), -29);
sal=navdata(m,points (m) -1+234 :-loints (m)-1+227) ; sa2=navdata(m,points (m) -1+264 :-loints (m)-1+241) ; sa3=[sa2 sal]; sa(m)=bi2de(sa3)*2A(-19) ; clear sal sa2 sa3;
toe (m)=bi2de (navdata (m,points (m) -1+286: -1oints (m) -1+271)) *2A4 ; end
5-16-4 : این برنامه داده های ناوبری درفریم 3 را به اطلاعات افمری تبدیل می کند:
% p9_5.m DECODE3.M decode navigation data in subframe 3 into ephermeris data
clear angmat navd rymkmat load d:/gps/big_data/srvy8310; angmat=ang; ptnumat=transpt; rymkmat=fintime ;
[st navd]=navdat (angmat) ; *find naviga data (20ms) & first angle
transition
[points, navdata] =matsubf (navd) ; *find start pt of subfrm 3 pro 0 Is
nsat=length(points); for m=l:nsat;
cic (m)=comp2dec (navdata (m,points (m)-1+76 :-loints (m)-1+61) , -29);
comegal=navdata(m,points (m)-l+84 :-loints (m)-l+77) ; comega2-navdata (m,points (m) -1+114 :-loints (m)-l+91) ; comega3=[comega2 comegal]; comegaO(m)=comp2dec(comega3, -31)*pi;
clear comegal comega2 comega3;
cis(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+136 :-loints (m)-1+121), -29);
i01=navdata (m,points (m)-1+144 :-loints (m)-1+137) ; i02=navdata (m,points (m)-1+174 :-loints (m)-1+151) ; i03=[i02 iOl] ;
iO(m)=comp2dec(i03, -31)*pi; clear iOl i02 i03;
crc(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+196 :-loints (m)-1+181), -5);
omegal=navdata(m,points (m) -1+2 04 :-loints(m)-1+197) ;
omega2=navdata (m,points (m)-1+234 :-loints (m)-1+211) ;
omega3=[omega2 omegal];
omega (m)=comp2dec(omega3,-31)*pi;
clear omegal omega2 omega3;
comegadot (m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+264 :-loints (m)-l+ 241),-43)*pi;
iode3 (m, : )=navdata (m,points (m) -1+271oints (m)-1+278) ;
idot (m)=comp2dec (navdata(m,points (m) -1+292 :-loints (m)-1+279) , -43)*pi; end
% DECODE3.M decode navigation data in subframe 3 into ephemeris data
for m=l:nsat;
cic(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-l+76 :-loints (m)-l+61) , -29);
comegal=navdata(m,points (m)-l+84 :-loints(m)-l+77) ; comega2=navdata(m,points (m)-1+114 :-loints (m)-l+91) ; comega3=[comega2 comegal]; comegaO(m)=comp2dec(comega3,-31)*pi; clear comegal comega2 comega3;
cis(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+136 :-loints (m)-1+121), -29);
i01=navdata (m,points (m)-1+144 :-loints (m)-1+137) ; i02=navdata (m,points (m)-1+174 :-loints (m)-1+151) ; i03=[i02 iOl] ;
iO (m)=comp2dec(i03,—31)*pi; clear iOl i02 i03;
crc(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+196 :-loints (m)-1+181), -5);
omegal=navdata(m,points (m) -1+204 :-loints (m)-1+197) ;
omega2=navdata (m,points (m) -1+234 : —1oints (m) -1+211) ;
omega3=[omega2 omegal] ;
omega (m)=comp2dec (omega3,-31) *pi;
clear omegal omega2 omega3;
comegadot (m)=comp2dec (navdata (m,points (m)-1+264 :-loints(m)-l+ 241),-43)*pi;
iode3 (m, : )=navdata (m,points (m) -1+271oints (m)-1+278) ;
idot (m)=comp2dec (navdata (m,points (m)-l+2 92:-loints (m)-1+279) , -43)*pi; end
6-16-4 : این برنامه از اطلاعات افمری برای یافتن موقعیت ماهواره ها در فضا استفاده می کند:
%p9_6.m SATPOSM.M Use ephemeris data to calculate satellite position \ modified for data generated from OUR OWN COLLECTED DATA receiver % generat find PR from coarse PR \ JT 24 Sept 96
function [outp]=p (inpdat) ; tc=inpdat(1); toe=inpdat (2) ; deln=inpdat (3) ; asq=inpdat (4) ; ra=inpdat(5); i=inpdat(6); w=inpdat(7); delra=inpdat(8); M=inpdat(9); idot=inpdat(10); e=inpdat(11); crs=inpdat(12); cuc=inpdat (13) ; cus=inpdat (14) ; cic=inpdat (15) ; cis=inpdat (16) ; crc=inpdat (17) ; af0=inpdat(18) ; afl=inpdat(19) ; af2=inpdat(2 0) ; toc=inpdat (21) ; tgd=inpdat(22); PRc=inpdat(23) ;
****define data
wer=7.2921151467e-5;
GM=3986005e8; a=asqA2; mu=GM; n=(mu/(aA3))A.5+deln;
if tc-toe>302400;
tC=tC-604800; elseif tc-toe< —3 024 00;
tC=tC+604800; end
M=M+n*(tc-toe);
Eold=M;
error=l;
while error>le-12;
E=M+e*sin(Eold);
error=abs(E-Eold);
Eold=E; end
F=-4.442807633e-10; deltr=F*e*asq*sin(E);
delt=af0+afl*(tc-toc)+af2*(tc-toc)A2+deltr-tgd; t=tc-delt;
vl=acos((cos(E)-e)/(l-e*cos (E))); v2=asin(((l-eA2)A.5)*sin(E)/(l-e*cos(E))); v=vl*sign(v2) ; %r=a*(l-eA2)/(l+e*cos(v));
phi=v+w;
delphi=cus*sin(2*phi)+cuc*cos(2*phi); delr=crc*cos(2*phi)+crs*sin(2*phi); deli=cic*cos(2*phi)+cis*sin(2*phi);
phi=phi+delphi; r=a*(l-e*cos(E)); r=r+delr;
i=i+deli+idot*(t-toe); omeger=ra+delra* (t-toe) -wer*t;
x=r*cos (phi) *cos (omeger)-r*sin (phi) *cos (i) *sin (omeger) ; y=r*cos(phi) *sin (omeger) +r*sin(phi) *cos(i) *cos (omeger) ; z=r*sin(phi) *sin(i) ;
PRf=PRc+delt*299792458; tf=t;
OUtp=[x y z PRf tf] ;
\ SATPOSM.M Use ephemeris data to calculate satellite position \ modified for data generated from OUR OWN COLLECTED DATA receiver % generat find RP from coarse PR \ JT 24 Sept 96
function [outp]=p (inpdat) ; tc=inpdat(1); toe=inpdat (2) ; deln=inpdat (3) ; asq=inpdat (4) ; ra=inpdat(5); i=inpdat(6); w=inpdat(7); delra=inpdat(8); M=inpdat(9); idot=inpdat(10); e=inpdat(11); crs=inpdat(12); cuc=inpdat (13) ; cus=inpdat (14) ; cic=inpdat (15) ; cis=inpdat (16) ; crc=inpdat (17) ; af0=inpdat(18) ; afl=inpdat(19) ; af2=inpdat(2 0) ; toc=inpdat (21) ; tgd=inpdat(22); PRc=inpdata(23):
****define data
wer=7.2921151467e-5; GM=398605e8; a=asqA2; mu=GM; n=(mu/(aA3))A.5+deln;
if tc-toe>302400; tC=tC-604800;
elseif tc-toe< —3 024 00;
tC=tC+604800; end
M=M+n*(tc-toe);
Eold=M;
error=l;
while error>le-12;
E=M+e*sin(Eold);
error=abs(E-Eold);
Eold=E; end
F=-4.442807633e-10; deltr=F*e*asq*sin(E);
delt=af0+afl*(tc-toc)+af2*(tc-toc)A2+deltr-tgd; t=tc-delt;
vl=acos((cos(E)-e)/(l-e*cos (E))); v2=asin(((l-eA2)A.5)*sin(E)/(l-e*cos(E))); v=vl*sign(v2) ; %r=a*(l-eA2)/(l+e*cos(v));
phi=v+w;
7-16-4 : این برنامه از داده های تصادفی (psude) و موقعیت ماهواره برای یافتن موقعیت گیرنده جی پی اس استفاده می کند:
% p9_7.m Userpos.m use pseudorange and satellite positions to
calculate user position
\ JT 30 April 96
function [upos] = userpos (inp) ;
[mm nn]=size(inp); nsat=nn;
xquess = 0; yquess = 0; zquess = 0; tc = 0;
sp = inp(1:3,l:nn);
pr = inp (4, ;
qu(l) = xquess; qu(2) = yquess; qu(3) = zquess;
for j =l:nsat
rn(j)=((qu(l)-sp(l,j))A2+(qu(2)-sp(2,j))A2+(qu(3)-sp(3,j))A2) • 5; end
rnO = rn;
h ,4) = ones(nsat,l);
erro = 1;
while erro > 0.01;
for j = l:nsat; f or k = 1:3 ;
h(j,k) = (qu(k)-sp(k,j) )/(rn(j)) ; **find h end
end
dr = pr - (rn + ones (l,nsat) *tc) ; **find del pr
dl = pinv(h) *dr' ;
tc = tc + dl(4) :
f or k = 1:3 ;
qu(k) =qu(k) + dl (k) ; **find new position
end
erro = dl(l)A2 + dl(2)A2 + dl(3)A2;
for j = l:nsat;
rn(j)=((qu(l)-sp(l,j))A2+(qu(2)-sp(2,j))A2+(qu(3)-sp(3,j))A2)' .5; **new pr
end
inp = sat_corr(inp', qu) '; ^Correct satellite position
sp = inp (1:3, l:nn) ; end
xuser = qu(l); yuser = qu(2); zuser = qu(3); bias = tc; format long format short
rsp = (xuserA2+yuserA2+zuserA2)A.5; Lc = atan(zuser/(xuserA2+yuserA2)A.5); lsp = atan(yuser/xuser)*180/pi;
e=l/2 98.257223563;
Ltemp=Lc;
errol=l;
while errol>le-6;
L=Lc+e*sin(2*Ltemp);
errol=abs(Ltemp-L) ;
Ltemp=L; end
Lflp-L*180/pi; re=6378137;
h=rsp-re*(l-e* (sin(L)A2)); upos = [xuser yuser zuser bias rsp Lflp lsp h] ' ;
\ Userpos.m use pseudorange and satellite positions to calculate user position
% JT 30 April 96
function [upos] = userpos (inp) ;
[mm nn]=size(inp); nsat=nn;
xquess = 0; yquess = 0; zquess = 0; tc = 0;
sp = inp(1:3,l:nn);
pr = inp (4, ;
qu(l) = xquess; qu(2) = yquess; qu(3) = zquess;
for j =l:nsat
rn(j)=((qu(l)-sp(l,j))A2+(qu(2)-sp(2,j))A2+(qu(3)-sp(3,j))A2)A • 5; end
rnO = rn;
h ,4) = ones (nsat, 1) ;
erro = 1;
while erro > 0.01;
for j = l:nsat; f or k = 1:3 ;
h(j,k) = (qu(k)-sp(k,j) )/(rn(j)) ; **find h end
end
dr = pr - (rn + ones (1,nsat) *tc) ; **find del pr
dl = pinv(h) *dr' ;
tc = tc + dl(4) ;
f or k = 1:3 ;
qu(k) =qu(k) + dl (k) ; **find new position
end
erro = dl(l)A2 + dl(2)A2 + dl(3)A2;
for j = l:nsat;
rn(j)=((qu(l)-sp(l,j))A2+(qu(2)-sp(2,j))A2+(qu(3)-sp(3,j))A2) .5; **new pr
end
inp = sat_corr(inp', qu) '; ^Correct satellite position
sp = inp(l:3,l:nn); end
xuser = qu(l); yuser = qu(2); zuser = qu(3); bias = tc; format long format short
rsp = (xuserA2+yuserA2+zuserA2)A.5; Lc = atan (zuser/(zuser/(xuserA2+yuserA2)A.5;
lsp = atan(yuser/xuser)*180/pi;
e=l/2 98.257223563;
Ltemp=Lc;
errol=l;
while errol>le-6;
L=Lc+e*sin(2*Ltemp);
errol=abs(Ltemp-L) ;
Ltemp=L; end
Lflp=L*180/pi; re=6378137;
h=rsp-re*(l-e* (sin(L) A2)) ; upos = [xuser yuser zuser bias rsp Lflp lsp h] ' ;
8-16-4 : این برنامه که بوسیله برنامه قبلی فراخوانی می شود برای تصحیح موقعیت ماهواره ها استفاده میشود:
% p9_7_l.m This program corrects satellite position and called by program 9_7
function outp = sat_corr (satpl, userp)
[m, n] = size (satpl) ;
outp = satpl;
Omegadot_e = 7.2921151467e-5;
C = 299792458;
for k = l:m,
x = satpl (k, 1) ;
y = satpl (k, 2) ;
z = satpl (k, 3) ;
r = satpl (k, 6) ;
i = satpl (k, 7) ;
phi = satpl (k, 8) ;
omeger = satpl(k, 9) ;
xp = r *cos(phi); %In-plane x position
yp = r *sin(phi); %In-plane y position
xr = userp (1) ; yr = userp (2) ; zr = userp (3) ;
err = 1000;
where err > 1,
xold = x; yold = y; zold = z;
tprop = ((x - xr) A2 + (y-yr) A2 + (z- zr) A2) A0.5/c;
tprop = ((x - xr) A2 + (y-yr) A2 + (z- zr) A2) A0.5/c;
Omega_p = omeger - Omegadot_e *tprop;
x = xp *cos (Omega_p) -yp*cos(i) *sin(Omega_p) ;
y = xp *sin(Omega_p) + yp *cos(i) *cos (Omega_p) ;
z = yp *sin(i) ;
err = ((x - xold) A 2 + (y - yold) A 2 + (z - zold) A 2) A 0.5; end
OUtp(k, 1:3) = [x y z] ; end
سیستم موقعیت یاب جهانی
ب
مقدمه :
بشر اولیه همیشه به دنبال روشهای مناسبی جهت پیدا کردن مسیر خود بوده است .انسانهای اولیه این کار را با سنگ چین کردن و در نظر گرفتن علائم طبیعی انجام میدادند ولی این علائم به مرور زمان از بین می رفت .در اوائل قرن هفدهم کشورها فقط عرض جغرافیایی را می توانستند محاسبه کنند و این کار را با محاسبه زاویه ستاره شمالی با خط افق انجام می دادند . ولی به هیچ وجه نمی توانستند طول جغرافیایی را اندازه گیری کنند وبه همین خاطر بسیاری از کشتیها در اثر ناوبری اشتباه گم می شدند و دیگر هرگز پیدا نمی شدند .همچنین آن زمان مصادف با جنگهای بین کشورهای اسپانیا , ایتالیا ,فرانسه ,انگلستان و سایرکشورها بود و حتی در ملاقات کشتی های تجاری آن ها جنگ وخونریزی رخ می داد .در نهایت بشر با اختراع ساعت توانست طول جغرافیایی را محاسبه نماید .مبداء طول جغرافیایی طبق قرارداد بین کشورهاگرینویچ می باشد، Time Greenwich Mean یا همان GMT . طبق این قرارداد کره زمین به 360 درجه تقسیم شده و هر ساعت ١۵ درجه خواهد بود .برای مثال کشور ما ایران ٣٠:٣٠ +ساعت نسبت به گرینویچ جلوتر است .بشر هر روز به دنبال پیدا کردن راه جدیدی جهت ناوبری مطمئن تر بود. در دوران جنگ سرد و پس از حمله غافلگیرانه به Pearl harbor در ٧دسامبر ١٩۴١ آمریکاییها احساس خطر کردند و با دلیل نگرانی از آغاز جنگ ناگهانی و از دست دادن مستعمراتشان شروع به طراحی GPS نمودند. GPSهای اولیه بسیار پیچیده بودند و کار با آنها بسیار سخت بود. GPSها به مرور زمان بسیار پیشرفته تر شدند ولی این دستگاه فقط به در اختیار وزارت دفاع آمریکا بود و هیچ سازمانی دیگر قادر به استفاده از این تکنولوژی نبود .پس از سقوط هواپیمای ٠٠٧ کره ای در روسیه به خاطرناوبری اشتباه ، دولت آمریکا استفاده از GPS را برای عموم آزاد اعلام کرد.
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image003.gif
1- GPS و کاربری آن
1-1 : تاريخچه GPS
GPS داراي تاريخچه و سیر تکاملي جالبي مي باشد و اخیرا استفاده از آن موجب اکتشافات قابل توجهي شده است .اما قبل از اين که بیشتر راجع به GPS بدانیم، لازم است مطالبی را در مورد ناوبري مرور کنیم.
ناوبري (Navigation) چیست ؟
از زمان ماقبل تاريخ مردم سعي مي کردند يک راه قابل اطمینان پیدا کنند که به آنها بگويد کجا هستند و حتي آنها را به جايیکه مي روند راهنمايي کرده و سپس به خانه بازگرداند .مردمان غارنشین وقتي که براي تهیه غذا به شکار مي رفتند، احتمالا از سنگ ها و شاخه هاي کوچک براي علامت گذاري مسیر خود استفاده مي کردند .
ملوانان نیز ابتدا سواحل را به دقت دنبال مي کردند تا از گم شدنشان جلوگیري کنند .وقتي دريا نوردان اولیه در درياهاي باز( اقیانوس ها )کشتیراني کردند، دريافتند که مي توانند مسیر خود را با دنبال کردن ستاره ها ترسیم کنند .فینیقی هاي باستان از ستاره شمالي براي سفر به مصر و جزيره کرت استفاده مي کردند.بر طبق گفته هومر، الهه آتنا به اوديسه گفته است که هنگام سفر کردن در جزيره کالیپسو "دب اکبر را سمت راست خود قرار بده ". متأسفانه براي اوديسه و ديگر دريانوردان ستاره ها فقط در شب و تنها درشبهاي صاف قابل رؤيت هستند.
پیشرفت مهم بعدي در امر ناوبري کشف قطب نماي مغناطیسي و دستگاه زاويه ياب (***tant)بود.عقربه قطب نما همیشه نقطه شمالي را نمايش مي دهد، بنابراين همیشه دانستن جهت مسیري که در آن حرکت مي کنیم را ممکن مي سازد.
اواخرسال 1959 و اوایل سالهای 1960 ، نیروی دریایی آمریکا از دو سیستم موقعیت یاب و ناوبری ماهواره ای به نام های ترانزیت و تایمیشن پشتیبانی می کرد.ترانزیت در سال 1964 کاربردی شد، اما پروژه تایمیشن هیچ وقت به مرحله عمل نرسید. دراین زمان ، نیروی هوایی آمریکا تحقیقاتی را روی سیستمی به نام سیستم 621 ب انجام داد. همانطور که این سیستم درحال آزمایش بود ، وزارت دفاع آمریکا در آپریل سال 1973 ، نیروی هوایی را مامور کار تا سیستم تایمیشین و 621 ب را باهم ادغام کرده و سیستم دفاع ناوبری ماهواره ای DNSS را ایجاد کند.این سیستم مفهوم موقعیت یابی جهانی را عرضه داشت و سیستم GPS نیز زاییده این ایده بود. درمورد هزینه های ساخت پروژه باید گفت که این ماهوراهها توسط شرکت راکول اینترنشنال با هزینه ای بالغ بر 40 میلیون دلار ساخته شده اند که این بدون احتساب هزینه شاتل و تجهیزات جانبی می باشد.
2-1 : GPS چیست؟
( Global Positioning System ) GPS یک سیستم مكان يابي جهاني) سیستم هدايت ناوبري ماهواره اي ( است شامل شبكه اي از ٢٤ ماهواره درگردش كه درفاصله ١١ هزارمايلي ودر شش مدارمختلف قراردارند ..ودرعرض ٢٤ ساعت دوباركامل برگرد زمین مي گردند) باسرعتي درحدود ١٠٨ مايل درثانیه(.ماهواره هاي GPS به نام NAVSTARشناخته مي شوند.
j]
سیستم موقعیت ياب جهانی یا GPSاز معدود سیستمهایی است که امروزه قادر است موقعیت دقیق شما را بر روي زمین درهر زمان، درهر مکان و در هربیست و چهار ساعته در هر هوايي مشخص کند .ماهواره هاي GPSدر مداري به طول ١١٠٠٠ مايل دريايي بالاي زمین در حرکت بوده وپیوسته بوسیله ايستگاه هاي زمیني در سراسر جهان نظارت ميشوند.
jpg[/IMG]
ماهواره ها سیگنال هايي مي فرستند که براي هر کس با کارگیري گیرنده GPS قابل شناسايي مي باشد.با يک گیرنده GPS مي توان موقعیت خود را با دقت بالا تعیین نمود .دقت مکاني در هرمکان از يک متر تا ١٠٠ متر بسته به نوع تجهیزات متفاوت مي باشد.
فراگیري ماهیت اصلي اين ماهواره ها لازمه هرگونه آشنايي با GPS مي باشد . اولین ماھواره GPS درفوريه ١٩٧٨ پرتاب شد .وزن هرماهواره تقريباً ٢٠٠٠ پاوند مي باشد . وداراي صفات آفتابي به طول 17 f (۵/۵ متر )و انرژي مصرفي هر ماهواره، كمتر از ۵٠ وات است.هر ماهواره ٢ سیگنال به زمین ارسال مي كند:L1 و . L2 GPS هاي غیر نظامي از فركانس L1: 1575.42MHZ استفاده مي كننند. هر ماهواره حدوداً ١٠سال فعال مي ماند وجايگزيني ماهواره ها بموقع انجام شده و ماهواره هاي قبلی هم زباله فضایی می شوند. مسیر گردش ماهوارها آنها را بین عرض جغرافیايي ٦٠ درجه شمالي و ٦٠ درجه جنوبي قرارمي دهد .اين امر به معني آن است كه درهرنقطه از زمین ودرهرزمان مي توان سیگنال هاي ماهوارهاي را دريافت نمود وهرچه به قطب هاي شمال یا جنوب نزديك شويم همچنان ماهوارهاي GPS را خواهیم ديد .هرچند دقیقاً در بالاي سرما نخواهند بود واين در دقت وصحت عمل آنها در اين نقاط تاثیرمنفی مي گذارد.
يكي از بزرگترين مزاياي رهیابي بوسیله GPS نسبت به روشهاي ديگر زمیني آن است كه اين سیستم درهر شرايط جوي و بدون توجه به نوع كاربرد گیرنده GPSبخوبي كارمي كند. ٢۴ عدد ماهواره GPS در مدارهايي بفاصله ٢۴٠٠٠ هزار مايل از سطح دريا گردش مي كنند .هر ماهواره دقیقا طي ١٢ ساعت يك دور كامل بدور زمین مي گردد . سرعت هريك ٧٠٠٠ مايل بر ساعت است.اين ماهواره ها نیروي خود را از خورشید تامین مي كنند .همچنین باتري هايي نیز براي زمانهاي خورشید گرفتگي و يا مواقعي كه در سايه زمین حركت مي كنند بهمراه دارند .راكتهاي كوچكي نیز ماهواره ها را در مسیر صحیح نگاه مي دارد.به اين ماهواره ها نیز NAVSTAR گفته مي شود.
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image008.jpg
3-1 : GPS چگونه كار مي كند؟
ماهواره هاي اين سیستم، در مداراتي دقیق هر روز ٢ بار بدور زمین مي گردند و اطلاعاتي را به زمین مخابره مي كنند .گیرنده هاي GPS اين اطلاعات را دريافت كرده و با انجام محاسبات هندسي، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه مي كنند .در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دريافت آن مقايسه مي كند .از اختلاف اين دو زمان فاصله گیرنده از ماهواره تعیین ميگردد.حال اين عمل را با داده هاي دريافتي از چند ماهواره ديگر تكرارمي كند و بدين ترتیب محل دقیق گیرنده را با اختلافي ناچیز، معین مي كند.گیرنده به دريافت اطلاعات همزمان از حداقل ٣ ماهواره براي محاسبه ٢ بعدي(2D) و يافتن طول و عرض جغرافیايي، و همچنین دريافت اطلاعات حداقل ۴ ماهواره براي يافتن مختصات سه بعدي(3D) نیازمند است. با ادامه دريافت اطلاعات از ماهواره ها گیرنده GPS اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طي شده، فاصله باقي مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاري اطاعات مفید ديگر مي نمايد.
اساس کار جي پي اس تشکیل مثلث توسط ماهواره ها میباشد. مسیرها از فاصله هاي بسیار دور توسط ماهواره ها اندازه گیري میشوند.از لحاظ رياضي ما به ۴ ماهواره براي تخمین موقعیت دقیقي نیاز داريم که بااستفاده از روش هایي میتوانیم از ٣ ماھواره نیز استفاده کنیم.
[
براي ايجاد مثلث يک دريافت کننده جي پي اس مدت زمان طي مسافت سیگنال هاي راديویي را اندازه گیري میکند . فاصله يک ماهواره بر اساس مدت زماني که طول میکشد سیگنال از آن ماهواره به ما برسد محاسبه میشود .براي اندازه گیري مسافت، ما فرض میکنیم که هم ماهواره وهم رسیور ما در يک زمان مشخص کد تصادفي اي را ايجاد میکنند. مدت زماني که طول میکشد تا آن کد با کد روي رسیور ما منطبق شود وپس از آن مدت زماني که طول میکشد تا آن کد به ما برسد رامحاسبه میکنیم.آن مدت را در سرعت نور ضرب میکنیم و فاصله به دست میايد.
براي اندازه گیري اين زمان جي پي اس به يک زمان بندي دقیق که به وسیله برخي روشها حاصل میشود نیاز دارد .زمان بندي دقیق کلید محاسبه فاصله تا ماهواره میباشد.ماهواره هابه دلیل استفاده از ساعت اتمي بسیار دقیق هستند . ساعت هاي رسیور ها نیازنیست زياد دقیق باشند چون يک اندازه گیري ديگر از يک ماهواره ديگر خطاها را از بین میبرد. درکنار اين فاصله ما نیاز به دانستن محل دقیق در فضا داريم .مدارات بالاي جو و نمايش آنها سري هستند .به منظور استفاده از ماهواره ها به عنوان مرجع اندازه گیري نیازداريم که محل دقیق آنها را بدانیم.ماهواره هاي جي پي اس آنقدر بالا هستند که موقعیت آنها قابل پیشبیني میباشد .تغییرات کوچک در مدار آنها توسط وزارت دفاع محاسبه میشود.
در آخر ما بايد زمان تأخیر سیگنال را وقتي از جو عبور میکند محاسبه کرد.يونسفر و اتمسفر زمین تأخیراتي را در زمان رسیدن سیگنال به زمین ايجاد میکنند که به همین دلیل مکان اشتباه نشان داده میشود. بعضي از اين خطا ها توسط رياضي و مدل سازي قابل محاسبه هستند.نحوه آرايش ماهواره ها در جو میتواند اين اشتباه ها را بزرگ تر کند. GPS های مختلف میتوانند تقريباً تمام خطا ها را حذف کنند. اين ٢۴ ماهواره به گونه اي طراحي شده اند که در هر زماني حداقل ۴ ماهواره بالاي هر نقطه وجود داشته باشد . هر ماهواره يک ساعت اتمي و کامپیوتر و راديو همراه دارد .با درک موقعیت و زمان مربوط ماهواره به طور مداوم موقعیت و زمان آنرا ثبت میکند و درهر روز ماهواره يک بار موقعیت و زمان خود را با پايگاه زمیني چک میکند و خطا را به کمترین حد میرساند.
در زمین هر رسیور جي پي اس کامپیوتري دارد که موقعیت خودرا به وسیله ٣ ماهواره از ۴ ماهواره موجود به صورت مثلث تعیین میکند .اين نتیجه به صورت طول و عرض جغرافیايي تعیین میشود .اگر رسیور صفحه نمايشي داشته باشد که بتواند نقشه را نشان دهد موقعیت میتواند روي نقشه نشان داده شود.اگر هر ۴ ماهواره قابل دريافت باشند رسیور میتواند موقعیت جغرافیايي را بسیار خوب محاسبه کند.اگر شما در حال حرکت باشید رسیور میتواند سرعت و جهت حرکت شما را تخمین زده و زمان تقريبي رسیدن به مکان خاصي را به شما ارايه دهد.بعضي از رسیورهاي GPS توانايي ذخیره اطلاعات را براي استفاده در سیستم اطلاعاتي جغرافیايي و تهیه نقشه دارا میباشند.
4-1 : اطلاعاتي كه يك ماهواره GPS ارسال مي كند:
سیگنال GPS شامل : يك كد شبه تصادفي،Random Code Pseudo داده اي بنام ephemeriesويك داده تقويمي بنام almanac مي باشد.
كد شبه تصادفي(Pseudo code) مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات)كد شناسايي ماهواره ( مي باشد. هرماهواره باكدي مخصوص شناسايي مي شود RPN : (Pseudo Random Code ) . اين کد، عددي است بین ١و ٣٢ - اين عدد درگیرنده هر GPS نمايش داده میشود .دلیل اينكه تعداد اين شناسه ها بیش از ٢٤ مي باشد،امكان تسهیل درنگهداري شبكه است زيرا ممكن است يك ماهوارهGPS پرتاب شود و شروع بكار نمايد قبل از اينكه ماهواره قبلي از رده خارج شده باشد. به اين دلیل ازيك عدد ديگر بین ١و ٣٢ براي شناسايي اين ماهواره جديد استفاده مي شود.
داده Ephemris دائماً بوسیله ماهواره ها ارسال میگردد وحاوي اطلاعاتي درمورد :وضعیت خود ماهواره) سالم يا ناسالم(و تاريخ وزمان فعلي مي باشد. گیرنده GPS بدون وجود اين بخش از پیام . درمورد زمان وتاريخ فعلي دركي ندارد .اين بخش پیام نكته اساسي براي تعیین مكان مي باشد .
Almanac داده أي را انتقال مي دهد كه نشان دهنده اطلاعات مداري براي هرماهواره وتمام ماهواره هاي ديگر سیستم مي باشد.
[IMG
حال میتوان شیوه كار GPS را بهتر بررسي كرد. هرماهواره پیامي را ارسال مي كند كه بطور ساده مي گويد: من ماھواره شماره X هستم. است ، موقعیت فعلي من Y است و این پیام در زمان Z ارسال شده است. هر چند كه اين شكل ساده شده پیام ارسالي است ولي مي تواند كل طرز كار سیستم را بیان نمايد. گیرنده GPS پیام را مي خواند و داده هاي ephemeris وalmanac را جهت استفاده بعدي ذخیره مي نمايد .اين اطلاعات ميتوانند براي تصحیح و يا تنظیم ساعت درونی GPS نیز به كار روند. حال براي تعیین موقعیت ، گیرنده GPS زمانهاي دريافت شده را با زمان خود مقايسه مي كند .تفاوت اين دو مشخص كننده فاصله از ماهواره مزبور مي باشد .
اين عملي است كه دقیقاً گیرنده GPS انجام مي دهد .با استفاده از حداقل سه ماهواره يا بیشتر، يك گیرنده GPS مي تواند طول و عرض جغرافیايي مكان خود را تعیین نمايد ، (كه آن را تعیین دو بعدي مي نامند)و با تبادل با چهار ماهواره (یا بیشتر) ،GPS مي تواند موقعیت سه بعدي مكان خود را يك تعیین نمايد كه شامل طول و عرض جغرافیايي و ارتفاع مي باشد .با GPS ، انجام پشت سرهم اين محاسبات، GPS مي تواند سرعت و جهت حركت خود را نیز به دقت مشخص نمايد.
5-1 : منابع خطا در GPS :
يكي از عواملي كه بر روي دقت عمل يك GPS اثر مي گذارد شكل قرار گرفتن ماهواره ها نسبت به يكديگر مي باشد. (از نقطه نظر GPS )
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image013.jpg
اگر یک GPS با چهار ماهواره تبادل نمايد و هر چهار ماهواره در شمال و شرق GPS باشند طرح وهندسه اين ماهواره ها براي اين GPS بسیار ضعیف میباشد و شاید GPS قادر نباشد مكان يابي نمايد زیرا تمام اندازه گیري هاي فاصله در يك جهت عمومي قرار دارند .مثلث سازي ضعیف است وناحیه مشترك بدست آمده ازاشتراك اين مكان مسافت سنجي ها وسیع مي باشد (مكاني كه GPS براي موقعیت خود تصورمي كند بسیار وسیع مي باشد ودر نتیجه تعیین دقیق محل آن ممكن نیست.) دراين موقعیت ها حتي اگر GPS مکان یابی را انجام دهد وموقعیتي راگزارش نمايد دقت آن نمي تواند زياد خوب باشد. (کمتر از 100متر) اگر همین 4 ماهواره در 4 جهت شمال ، جنوب ، شرق و غرب (و با زواياي ٩٠ درجه) قرارداشته باشند ، طرح این 4 ماهواره برای گیرنده مزبوربهترین حالت می باشد. حالت مي باشد .چراكه جهات مسافت سنجي چهار جهت متفاوت و نقطه اشتراك اين مسافت سنجي ها بسیار كوچك مي باشد وهرچه اين نقطه اشتراك كوچكتر باشد به معني آن است كه بیشتر به نقطه واقعي حضورخود نزديك شده ايم .دراين موقعیت دقت عمل كمتر از 20 متر مي باشد.
طرح وهندسه قرارگرفتن ماهواره ها هنگامیكه GPS نزدیک ساختمانهاي بلند، قلل كوهها ، دره هاي عمیق ويا در وسايل نقلیه قرارگرفته باشد به مساله مهمتري تبديل مي گردد . اگر مانعي در رسیدن سیگنالھاي بعضي از ماھواره ها وجود داشته باشد GPS مي تواند از بقیه ماهواره ها براي مكان يابي خود استفاده نمايد .هرچه اين موانع بیشتر و شديدتر شوند مكان يابي نیز مشكل تر مي گردد يك گیرنده GPS نه تنها ماهوارهاي قابل استفاده را تشخیص مي دهد بلكه مكان آنها را درآسمان نیز تعین مي كند.(ارتفاع و زاويه)
[
منبع ديگرايجاد خطا چند مسیري مي باشد . چند مسیري نتیجه انعكاس سیگنال راديويي به وسیله يك شي مي باشد.اين پديده باعث ايجاد تصاوير سايه دار در تلويزيونها مي گردد هر چند در آنتنهاي جديد اين مشكل به وجود نمي آيد . بروز این اختلال برای GPS ها به اين شكل است كه امواج بعد از انعكاس به وسیله اشیاء (مانند ساختمانها يا زمین )به آنتن برسند .در اين صورت سیگنال مسیر بیشتري را تا رسیدن به آنتن GPS طي مي كند و اين باعث مي شود كه GPS فاصله تا ماهواره را بیشتر از آنچه هست محاسبه نمايد .كه باعث ايجاد خطا در مكان يابي نهايي مي گردد .در صورت بروز اين اختلال تقريباً 4متر بر خطاي نهايي افزوده مي شود.
[
منبع ديگري نیز براي ايجاد خطا ممكن است وجود داشته باشند. افزايش تاخیر ( delay )به دلیل اثرات جوي نیز مي تواند برروي دقت کار اثربگذارد.همچنین خطاهاي ساعت داخلي. GPS درهر دو این موارد گیرنده ها طوري طراحي شده اند كه اين اثرات را جبران نمایند .ولي خطاهاي كوچكي بر اساس همین اثرات همچنان بروز خواهند كرد .در عمل یک گیرنده دستی معمولی می تواند خطایی در حد چندمتر داشته باشد.
[IMG
ولی دقت يكGPS با سرویس DGPS (DIFFRENTIAL GPS ) می تواند بسیار تصحیح شده باشد.این سرویس با مبلغی اشتراک توسط سرویسهای سازمان Army Corps Of Engineers و از ايستگاههاي مخصوص ارسال ارائه می گردد.این ایستگاهها در فرکانس 283.5 -325KHz كار مي كنند. تنها هزينه استفاده از اين سرويس خريدن يك دامنه از اين سیگنالها می باشد. با اين كار يك گیرنده ديگر به GPS ما متصل می شود(از طريق يك كابل سه رشته اي) و عمل تصحیح را طبق يك روش استاندارد به نام RTCM- SC104 انجام می دهد.اشتراک سرویس DGPS از طریق امواجا ردیویی FM نیز موجود میباشد.
6-1 : چه کسانی از GPS استفاده می کنند؟
GPS ها دارای کاربردهای متنوعی درزمین ، دریا و هوا می باشند، اساسا GPS هرجایی قابل استفاه است مگر در نقاطی که امکان وصول امواج ماهواره در آنا نباشد ماند داخل ساختمانها ، غارها و نقاط زیر زمینی دیگر و یازیر دریا، کاربردهای هوایی GPS در رهیابی برای هوانوردی تجاری میباشد. در دریا نیز ماهیگیران ، قایقهای تجاری و دریانوردان حرفه ای از GPS برای رهیابی استفاه میکنند. استفاده های زمینی GPS بسیار گسترده تر می باشدمراکز علمی از GPS برای استفاه از قابلیت و دقع زمان سنجی اش و اطلاعت مانی اش استفاده می کنند.نقشه برداران ازGPS برای توسعه منطقه کاری خود بهره می برند. سایتهای گرانقیمت نقشه برداری دقتهایی تا یک متر را فراهم می آورند. استفاده تفریحی از GPS نیز به تعداد تمام ورزشهای تفریحی متنوع است . به عنوان مثال برای شکارچیان، برف نوردان، کوهنوردان و سیاحان و ...
درنهایت باید گفت هرکسی که می خواهد بداند در کجا قرار دارد، راهش به چه سمتی است و یا با جه سرعتی در حرکت است می تواند از یک GPS استفاده کند. درخودروها نیز وجود GPS به امری عادی بدل شده .سیستمهایی در حال تهیه است تا درکنار هر جاده ای با فشار یک کلید ، موقعیت به یک مرکز اورژانس انتقال یابد. سیستمهای دیگر موقعیت هر خودرو را دریک خیابان ترسیم می کند تا بهترین مسیر را برای رسیدن به مقصدی خاص به راننده پیشنهاد کند.
7-1 : گیرنده GPS
بسته به نوع مصرف و بودجه مي توان از طیف وسیع گیرنده هاي GPS بهره برد.همچنین، بايد از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروزجهت ناحیه مورد استفاده تان، اطمینان حاصل كنید .امروزه بهاي گیرنده هاي GPS بطور چشمگیري كاهش پیدا كرده است و به بهای معادل یک گوشی متوسط موبایل می توان تهیه کرد.بسیاری از گوشیها نیز امروزه از یک گیرنده GPS داخلی بهره می برند. از اين سیستم جهت كمك به راهبري خودرو، كشتي و انواع وسايل نقلیه نیز بهره گیري مي شود.هر چه نقشه هاي منطقه اي كه در حافظه گیرنده GPS بارگذاري ميشود، دقیق تر باشد ، سرويسھايي كه از GPS مي توان دريافت داشت نیز ارتقا مي يابد .براي مثال، مي توان ازGPS مسیرزنزديكنرين پمپ بنزين، تعمیرگاه و يا ايستگاه قطار را سوال نمود ومسیر پیشنهادي را دنبال كرد .دقت مكانیابي اين سیستم در حدچند متر مي باشد، كه بسته به كیفیت گیرنده تغییر مي كند.
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image022.jpg
از سیستم محل یابي جهاني مي توان در كارهايي چون نقشه برداري و مساحي، پروژه هاي عمراني، كوهنوردي، كايت سواري، سفر در مناطق ناشناخته، كشتي راني و قايقراني، عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زمین لرزه و هر فعالیت ديگر كه نیازمند محل يابي باشد، بهره برد.
هر كس كه بخواهد بداند كجاست و بكجا مي رود به اين سیستم نیازمند است، با توجه به نزول شديد بهاي گیرنده هاي اين سیستم و افزايش امكانات آنها، اين تكنولوژي در آينده نزديك بیش از پیش دراختیار همگان قرار خواهد گرفت.جي پي اس به وسیله وزارت دفاع امريکا به عنوان يک سیستم قابل اتکا و بدون خطا براي جهت يابي به وجود آمد.اين ماهواره ها ٢۴ساعت شبانه روز کار میکنند و به گونه اي طراحي شده اند که در مقابل هر گونه خراب کاري و جمینگ مقاوم باشند.جي پي ا س به هر مترمربع از زمین آدرسي منحصر به فرد اختصاص میدهد ووقتي با میکروکامپیوتر هاي امروز ترکیب میشود باعث به وجود آمدن موارد استفاده نامحدودي میشود.
8-1 : نگاهی دقیق تر به نحوه کارکرد GPS:
GPS دستگاهی صرفا گیرنده می باشد که اطلاعات بدست آمده از ماهواره های اطراف زمین را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و PTV شما را محاسبه می کند . P منظور موقعیت (POSITION) شما(درهرنقطه از کره خاکی و فضای اطراف)ست. T زمان محلی دقیق گیرنده است. V هم همان سرعت لحظه ای (VELOCITY) است. درون هر ماهواره 4 ساعت اتمی قرار دارد برای اطمینان از کارکرد حداقل یکی از آنها.این ماهواره ها کدهای 0 و 1 را برای دستگاه گیرنده می فرستند.مثلا در ثانیه 0 کد 00001001 و در ثانیه 01 کد بعدی را درفضا منتشر می کند. هر کدام از این کدها دوباره تکرار می شوند. مثلا دستگاه گیرنده شما کد 001 را در ثانیه اول می گیرد و دریک نانوثانیه بعد دوباره این کد را دریافت می کند. بنابراین تشخیص می ده که مثلا فاصله زمانی بین شما و ماهوراه برای امواجی که با سرعت نور حرکت می کنند مثلا 1 نانو ثانیه است .
اهمیت این زمان گیری برای چیست؟ با این جهت که فاصله ها بر اساس زمان سنجیده می شوند. در مثال بالا فاصله ما از ماهواره برابر است با : X=VT=300000110(-9) و از طرفی در داخل دستگاه گیرنده مکان هندسی شما یک کره به مرکز ماهواره و به شعاع X گرفته می شود که دربالا محاسبه شد. حال با گرفتن سیگنالها و فاصله از ماهواره دوم ، مکان هندسی درفضا یک کره دیگرخواهد شد. فصل مشترک این دو کره یک دایره است. با تخمین یک کره دیگرتوسط ماهواره سوم این فصل مشترک تبدیل به دو نقطه شده که از این دو یکی روی سطح زمین (زمین هم به عنوان کره چهارم درنظر گرفته می شود) و یکی درفضای بالای زمین است.حال موقعیت محلی گیرنده برای ماهواره مشخص شد و بدین ترتیب زمان گیرنده نیز با توجه به این موقعیت و ساعت GPS محاسبه می شود.سرعت چگونه محاسبه خواهد شد؟
این کار درگیرنده های قدیمی تر با تقسیم فاصله بین دو نقطه برزمان طی کردن مسیربین آن دو انجام می شد ، ولی درگیرنده های جدیدتر با استفاده از اثر داپلر و روابط آن محاسبه می گردد.لازم به ذکر است این موقعیت کشف شده به شرطی برای گیرنده مفهوم است که یک نقشه استاندارد (جهانی یا محلی) برروی آن LOAD شده باشد که نقشه معروف بین المللی سری WGS مانند WGS84 تقریبا روی تمامی گیرنده ها نصب می باشد و نقشه های محلی هم قابل تهیه از مراکز فروش و نصب توسط نرم افزار مربوطه گیرنده است.
9-1 : سخت افزار و نرم افزار GPS:
سخت افزار: مجموعه ای از تراشه ها و میکروها جهت انجام محاسبات خاص و پیچیده ای که انجام آن توسط شخص بسیار دشوار می باشد.
نرم افزار: شامل برنامه ای که دستگاه باآن کار می کند و درحقیقت این هم مانند یکی از برنامه های رایانه ای عادی است که به زبان C نوشته شده است.امروزه نرم افزارهای گیرنده به گونه ای طراحی می شوند که بتوانند اعمال متنوع زیر و شبیه آنرا انجام داد:
محاسبه طول و عرض جغرافیایی- ارتفاع- جهت حرکت- سرعت- زمان طلوع و غروب خورشید درنقاط مختلف جهان و در زمانهای مختلف-میانگین سرعت – بیشینه سرعت- میانگین شیب(پستی و بلندی مسیر و رسم آن (آلتیمتر و هیستوگراف))-سرعت عمودی – موقعیت و زمان مناسب برای ماهیگیری ، شکار ، چتربازی و... در مناطق مختلف- محاسبه مساحت یک منطقه غیر هندسی ویا نقاط ناشناخته –تراکینگ مسیر برای برگشت به مبدا از روی مسیر طی شده(مسیر رفت)
بد نیست به چند صفحه اصلی مورد استفاده در جی پی اس های معروف اشاره ای بکنیم.
[IMمعولا علائم و اصطلاحات در گیرنده های مختلف شبیه هم است.به عنوان مثال سری ETREX از کمپانی GARMIN صفحات اصلی از جمله صفحه SKYWIEVبرای دیدن موقعیت و شدت سیگنال دریافتی هر ماهواره،صفحه MAP برای دیدن موقعیت مکانی و یا مسیر طی شده (TRACK) روی نقشه ، صفحه POINTERکه جهت حرکت را نشان می دهد.صفحهHIGHWAY، رسم گرافیکی مسیر، صفحه TRIP COMPUTER ،سایر اطلاعات سفر مثل زمان و سرعت و... صفحه ELEVATION رسم گرافیکی ارتفاع و صفحه MENU که حاوی گزینهای تنظیم دستگاه و داده ها را داراست.
نرم افزار OZIEXPLORER یکی از نرم افزارهای است که از آن برای مدیریت داده های GPS ، دریافت و تبدیل اطلاعات مسیر ، نقطه مسیر ، تراکها و سایر اطلاعات دیگر و همچنین بارگذاری نقشه های محلی و بین المللی و سایر اطلاعات مسیر بر روی گیرنده های جی پی اس بکار می رود. نسخه ای از این نرم افزار که به پیوست این مقاله (لوح فشرده ) می باشد، از درگاه سریال RS232 پشتیبانی کرده و قادراست با کلیه جی پی اس هایی که از استاندارد دسترسی NMEA استفاده می کنند، به تبادل اطلاعات بپردازد.
10-1 : تعریف برخی اصطلاحات مورد استفاده در GPS :
WAYPOINT : نقطه ایست شامل مختصات جغرافیایی مشخص که شخص آنرا علامت زده و می تواند به آن یک نام اختصاص دهد و برای مراجعه به آن از GPS استفاده کند.
ROUTE : مسیر است تشکیل شده از چند WAYPOINT که از بهم ارتباط دادن آنها بوجود می آید.
TRACK: مسیر طی شده توسط شخص (ردپا) که بطور اتوماتیک توسط گیرنده GPS ثبت می شود.
BEARING : جهت حرکت را بین نقطه شروع و مقصد نشان می دهد.
GOTO: معمولا از این گزینه بصورت میانبر می توان به قسمتهای مختلف گفته شده در بالا و مسیرهای دیگری درمنوی اصلی اشاره کرد.
2- سیگنالینگ (SIGNALING) درجی پی اس :
1-2 : ساختار سیگنال جی‌پی‌اس :
سیگنال های جی‌پی‌اس، شامل سیگنال های مسافت یابی، به منظور اندازه گیری فاصله تا ماهواره مورداستفاده قرار می گرفت و داده های نجومی برای محاسبه موقعیت ماهواره در مدار استفاده می شد. سیگنال های جی‌پی‌اس همچنین اطلاعات در خصوص زمان و وضعیت منظومه ماهوارهای را در بر می گیرد.
[IM
2-2 : سیگنال های اصلی جی‌پی‌اس :
طرح اصلی جی‌پی‌اس، شامل دو کد مسافت یابی می باشد: کد عادی/اکتسابی یا C/A، که بدون هیچ گونه محدودیتی برای عموم آزاد است و کد کنترل شده دقت یا کد P، که معمولاً برای کاربردهای نظامی رزرو می شود.
1-2-2 : کد عادی / اکتسابی :
کد C/A، عددی شبه تصادفی و طولانی برابر با 1023 بیت می باشد (PRN) که هنگامی که با 023/1 مگابایت در ثانیه منتقل شد مخابره فرستاده شد، در هر یک هزارم ثانیه تکرار می شود. اعداد شبه تصادفی شامل ویژگی بارزی هستند؛ این اعداد تنها هنگامی که دقیقاً در یک ردیف هستند (در یک خط، هم تراز، هم سو)، با هم جفت می شوند و یا این که به شدت با هم همبستگی دادند (مرتبط هستند).
[IM
هر ماهواره تنها یک کدPRN منحصر به فرد را انتقال می دهد (مخابره می کند، می فرستد). به عبارت دیگر، هر کد PRN تا حد بسیار زیادی نسبت به کد دیگر از پارامترها یا بخش های مستقل ساخته شده است. این نوعی از دسترسی چندگانه طبقه بندی کد (CDMA) است که به دستگاه گیرنده امکان می دهد تا ماهواره های چندگانه بر روی فرکانس مشابه را تشخیص دهد.
2-2-2 : کد دقت(psude code) :
کد دقت، همچنین عددی شبه تصادفی (PRN) نیز می باشد، هرچندکه کد PRN کد P مرتبط با هر ماهواره دارای طولی برابر با 1012*1871/6 بایت (معادل 000،000،100،187،6) می باشد و تنها یک بار در هفته
تکرار می شود (با سرعت انتقال 23/10 مگابایت در ثانیه).
طول نهایی کد P، موجب افزایش همبستگی و حذف هرگونه ابهام دامنه ای درون منظومه شمسی می شود. اما، این کد آنقدر طولانی و پیچیده است که اعتقاد بر این بود که گیرنده نمی تواند به طور مستقیم این سیگنال را به تنهایی دریافت کند و از نظر زمانی با آن انطباق داشته باشد. انتظار بر این بود که گیرنده در ابتدا باید مانع کد C/A نسبتاً ساده شود و سپس، بعد از دستیابی به زمان جاری و موقعیت تقریبی، با کد P هماهنگ شود. با در نظر گرفتن این که C/A PRNها برای هر ماهواره منحصر به فرد هستند، عدد شبه تصادفی کد P در واقع بخش کوچکی از یک کد P اصلی به طول تقریبی 14 10*35/2 بیت (معادل 235،000،000،000،000 بیت) می باشد و هر ماهواره بخش اختصاص یافته کد اصلی اش را مکرراً ارسال می کند.
به منظور جلوگیری از استفاده کاربران غیرمجاز و یا به طور بالقوه مانع شدن از سیگنال های نظامی از طریق مراحلی که حقه بازی نامیده می شود، تصمیم گرفته شد که کد p به صورت رمز درآورده شود. برای رسیدن به این هدف، کد P با کد W، یک ترتیب ویژه رمزنگاری، تعدیل شد و در نتیجه آن، کد Yپدید آمد. کد Y همان چیزی است که ماهواره ها پس از آن که واحد ضد حقه بازی در وضعیت "وصل" تنظیم شد، ارسال می شود. سیگنال رمزنگاری شده با کد (P(Y نمایش داده می شود. جزییات کد W فاش نشده اند، اما این فرضیه بوجود آمده است که این کد در (به طور تقریبی) 20 کیلو هرتز با کد P به کار برده می شود.
3-2-2 : پیام جهت یابی :
علاوه بر کدهای مسافت یابی PRN، یک گیرنده نیاز دارد تا اطلاعات جزیی در خصوص موقعیت و شبکه هر ماهواره را بداند. در طرح جی‌پی‌اس چنین اطلاعاتی بر روی هر دوی کدهای مسافت یابی C/A و (P(Y در 50 بیت در ثانیه، تنظیم شده است که پیام جهت یابی نامیده می شود. پیام جهت یابی از سه جزء اصلی ساخته شده است. نخستین بخش، تاریخ و زمان جی‌پی‌اس به علاوه وضعیت ماهواره و علامتی از سلامت آن را شامل می شود. بخش دوم اطلاعات اوربیتال که اطلاعات نجومی نامیده می شود را در بر می گیرد و به گیرنده اجازه می دهد تا موقعیت ماهواره را محاسبه کند. سومین بخش، که تقویم نجومی نامیده می شود – شامل اطلاعات و وضعیت تمامی ماهواره ها را در خصوص موقعیت و اعداد PRN، می شود. از آنجایی که اطلاعات نجومی به میزان بسیار زیادی به تفصیل شرح داده شده است و اعتبار آن برای بیشتر از 30 دقیقه در نظر نگرفته شده، اطلاعات تقویم نجومی عمومی تر و برای هفته ها دارای اعتبار می باشد. تقویم نجومی در تعیین این که کدام ماهواره باید جستجو شود، به گیرنده کمک می کند و فقط یک بار، گیرنده هر سیگنال ماهواره را به نوبت به کار می برد، آن سپس داده های نجومی را مستقیماً از ماهواره انتقال می دهد.
jpg[/IMG]موقعیتی که با استفاده از هر ماهواره تثبیت می شود، را نمی توان محاسبه کرد تا زمانی که گیرنده یک کپی کامل و دقیق از اطلاعات نجومی ماهواره را دارد. پیام جهت یابی، خود از ساختاری 1500 بیتی ساخته شده است که به پنج زیرساختار 300 بیتی تقسیم شده است که هر کدام در 50 بیت در ثانیه منتقل می شوند (بنابراین هر زیرساختار به 6 ثانیه برای انتقال نیاز دارد.
• زیرساختار 1، تاریخ و زمان GPS به علاوه موقعیت و سلامت ماهواره را شامل می شود.
• زیرساختارهای 2 و 3، هنگامی که ترکیب می شوند، شامل انتقال داده های نجومی ماهواره می گردند.
• زیرساختارهای 4 و 5، هنگامی که ترکیب می شوند، 25/1ام تقویم نجومی را در بر می گیرد؛ بدین معنی که کل ارزش داده های 25 ساختار، برای کامل کردن 15000 بیتِ پیام تقویم نجومی مورد نیاز هستند.
4-2-2 : اطلاعات بسامد(FRECUENCY) :
برای کدهای مسافت یابی و پیام جهت یابی تا از ماهواره به گیرنده برسند، آنها باید در یک بسامد حامل تعدیل شوند. در مورد طرح GPS اصلی، دو بسامد مورد استفاده قرار می گیرند؛ یکی در 42/1575 مگاهرتز، کهL1 نامیده می شود، و دومی در 60/1227 مگاهرتز، که L2 نامگزاری شده است. کد C/A بر روی فرکانس L1 به عنوان یک سیگنال 023/1 مگاهرتزی منتقل می شود که یک شیوه مدولاسیون کلید انتقال فاز بی (BPSK) استفاده می کند.
jpg[/IMG]
کد(P(Y بر روی هر دوی فرکانس های L1 و L2 منتقل می شود که به عنوان یک سیگنال 23/10 مگاهرتزی از مدولاسیون BPSKی مشابهی استفاده می کند، هرچند که حامل کد(P(Y، یک چهارم حامل C/A است، و معنی آن این است که ˚90 خارج از فاز قرار دارد. گذشته از ... و پایداری افزایش یافته برای فرستادن پارازیت، منفعت بسیار مهم داشتن دو فرکانس که از یک ماهواره منتقل می شود، توانایی اندازه گیری مستقیم و بنابراین جابجا کردن و انتقال است، یعنی خطای تاخیر طبقه یونسفر برای آن ماهواره.
بدون چنین اندازه گیری، یک گیرنده جی‌پی‌اس باید از یک طرح عام استفاده کند و یا از منبعی دیگر تصحیحات طبقه یونسفر را دریافت کند (منبعی همانند سیستم افزایش فضای پهناور یا EGNOS). پیشرفت ها در فناوری، که در هر دوی ماهواره های جی‌پی‌اس و گیرنده های جی‌پی‌اس استفاده می شود، تاخیر طبقه یونسفر را به منبعی بزرگتر برای خطا در سیگنال، تبدیل می کند. توانایی گیرنده در انجام این اندازه گیری می تواند به طور معنی داری دقیق تر باشد و به طور نمونه به آن به عنوان یک گیرنده فرکانس دوگانه اشاره شود.
3-2 : سیگنالهای جی‌پی‌اس مدرن :
با داشتن توانایی کاملاً عملیاتی در دسترس در 17 جولای 1995، جی‌پی‌اس اهداف طرح اصلی خودش را کامل کرده است. اما پیشرفت های دیگر در فناوری و تقاضاهای جدید بر روی سیستم موجود، به تلاش برای "مدرن کردن" سیستم GPS منتهی شد. اعلام هایی از معاون رییس جمهور و خانه سفید در 1998، از وقوع آغاز این تغییرات خبر می داد و در سال 2000، کنگره آمریکا دوباره این تلاش را اعلام کرد که با نام GPS III به آن اشاره می شود. این پروژه ایستگاه های زمینی جدید و ماهواره های جدید را در بر می گیرد، با سیگنال های جهت یابی اضافی برای هر دوی کاربران نظامی و غیرنظامی و کمک می کند به بهبود دقت و در دسترس بودن برای همه کاربران. یک هدف 2013 برقرار شده است با انگیزه¬هایی که برای پیمان کاران پیشنهاد می شود اگر آنها بتوانند آن را تا 2011 کامل کنند.
1-3-2 : L2C :
یکی از نخستین اعلام ها، افزایش یک سیگنال جدید برای استفاده غیرنظامی بود، تا بر روی بسامدی متفاوت از بسامد L1 منتقل شود و برای سیگنال عادی اکتسابی (C/A) مورد استفاده قرار گیرد. سرانجام، این سیگنال L2C می باشد؛ و نام آن به این دلیل است که بر روی فرکانس L2 منتشر می شود. از آنجا که آن به سخت افزاری جدید بر روی ماهواره نیاز دارد، تنها به‌وسیله آنچه IIR-M مانع، نامیده می شد منتقل می گردد و سپس ماهواره ها را طراحی می کند. سیگنال L2C با فراهم آوردن بهبود دقت پیام رسانی به کار گرفته می شود که دنبال کردن سیگنال را آسان می کند و در مورد تداخل محلی، به عنوان یک سیگنال اضافی عمل می¬کند. برخلاف کد C/A، L2C دو رشته کد PRN متمایز را در بر می گیرد تا اطلاعات مسافت یابی را فراهم کند؛ کد مسافت تعدیل غیرنظامی (با نام CM) و کد مسافت طولانی غیرنظامی (با نام CL). کد CM 10230 بیت طول دارد و هر 20 هزارم ثانیه تکرار می شود. کد CL 767250 بیت طول دارد و هر 1500 هزارم ثانیه تکرار می شود. هر سیگنال در 511500 بیت در ثانیه منتقل می شود، اما آنها از یک سیگنال 1023000 بیت در ثانیه، در یکدیگر تسهیم شده اند. CM با پیام جهت یابی CNAV (که در ادامه آمده) تعدیل شده است، در صورتی که کد CL هیچ داده تعدیل شده ای را در بر نمی گیرد و توالی بدون داده نامیده می شود. کد طولانی، توالی بدون داده برای تقریباً 24 دسیبل همبستگی بزرگتر (معادل 250 برابر قوی تر) نسبت به کد L1 C/A فراهم است. هنگامی که با سیگنال C/A مقایسه شد، L2C 7/2 دسیبل بهبود داده ای بزرگتر دارد و 7/0 دسیبل ردیابی حامل بزرگتر، اگرچه قدرت انتقال آن 3/2 دسیبل ضعیف تر است.
2-3-2 : پیام جهت یابی CNAV :
داده CNAV نسخه جدیدتری از پیام اصلی جهت یابی NAV است. این داده نمایش درستی بالاتری را در بر دارد و ظاهراً داده دقیق تری نسبت به داده NAV می باشد. نوع مشابه اطلاعات (از قبیل زمان، موقعیت، داده های نجومی و تقویم نجومی) همچنان با استفاده از نوع جدید CNAV منتقل می شود، اما در عوض استفاده از یک طرح ساختار / زیرساختار، آن یک نمونه جدید بسته بندی کاذب را نشان می دهد که از بسته های پیام 12 ثانیه 300 بیتی ساخته شده است. در CNAV، از هر چهار بسته، یکی داده های نجومی است و حداقل یکی از چهار بسته داده های ساعت را شامل می شود، اما طراحی به انتقال انواع گسترده بسته ها اجازه می دهد. با یک منظومه 32 ماهواره ای، و نیازمندی های جاری آن چیزی که لازم است تا ارسال شود، کمتر از 75 درصد از پهنای باند استفاده شده است. و تنها بخش کوچکی از انواع بسته موجود مشخص شده اند. این امر سیستم را قادر می سازد تا رشد کند و به ترکیب پیشرفت ها بپردازد. تغییرات بسیار زیاد مهمی در پیام جدید CNAV وجود دارد که عبارت‌اند از:
• این پیام از تصحیح خطای ارسالی (FEC) در کد با نرخ 2/1 پیچیدگی، بنابراین هنگامی که پیام جهت یابی 25 بیت در ثانیه است، یک سیگنال 50 بیت در ثانیه ارسال می شود.
[IM
• اعداد هفته GPS اکنون با 13 بیت ارایه می شود، یا 8192 هفته، و تنها هر 157 سال تکرار می شود. بدین معنی که بازگشت بعدی به صفر، تا سال 2137 اتفاق نخواهد افتاد. این مقایسه بزرگ‌تری است نسبت به استفاده پیام L1 LAN از یک عدد هفتگی 10 بیت که هر 6/19 سال به صفر بر می گردد.
• بسته ای وجود دارد که جابجاسازی زمانی جی‌پی‌اس به GNSS را در بر می گیرد. این امر به توانایی ردو بدل کردن اطلاعات با سایر سیستم های انتقال زمان جهانی منجر می شود، از قبیل Galileo و GLONASS که هر دوی آنها حمایت می شوند.
• پهنای باند بسیار زیاد، به گنجایش یک بسته برای تصحیح تفاضلی کمک می کند، که در یک شیوه ساده در ماهواده مستقر بر سیستم های افزایش استفاده می شود و می تواند برای تصحیح داده ساعت L1 NAV به کار گرفته شود.
• هر بسته یک نشانه هشدار را دارا می باشد که اگر به داده های ماهواره نتوان اعتماد کرد، مستقر می شود. این بدین معنی است که اگر ماهواره غیرقابل استفاده است، کاربران هر 6 ثانیه شناخته می شوند. چنین آگاه سازی سریعی برای کاربردهای سلامت زندگی مهم است، برای مثال در هواپیمایی.
• در نهایت، سیستم به گونه ای طراحی شده است تا 63 ماهواره را مورد حمایت قرار دهد، در مقایسه با 32 در پیام L1 NAV
3-3-2 : اطلاعات بسامد L2C :
اثر فوری داشتن دو فرکانس غیرنظامی که منتقل می شود، این است که اکنون گیرنده های غیرنظامی می توانند به طور مستقیم خطای طبقه یونسفر را در شکلی مشابه به عنوان گیرنده های فرکانس دوگانه کد (P(Y، اندازه گیری کند. هرچندکه اگر یک کاربر تنها از سیگنال L2C استفاده کند، آنها می توانند انتظار داشته باشند که 65 درصد موقعیت عدم اطمینان نسبت به سیگنال L1 بیشتر باشد. که در IS-GPS-200D تعیین شده است.
4-3-2 : کد نظامی کد( M) :
یک جزء مهم فرایند نوین سازی، یک سیگنال نظامی جدید است. این سیگنال کد نظامی با کد M نامیده می شود و برای بهبود بیشتر دستیابی امن و ضد پارازیت سیگنال های GPS نظامی طراحی شده است. مورد جدید دیگر کد محرمانه (کنترل شده) است که اطلاعات کمی در خصوص آن منتشر شده است. این کد، کد PRN با طول ناشناخته که در 115/5 مگابایت در ثانیه انتقال داده می شود را شامل می شود.
بر خلاف کد (P(Y، کد M به گونه ای طراحی شده است که مستقل باشد؛ بدین معنی که یک کاربر می تواند موقعیت شان را تنها با استفاده از سیگنال کد M محاسبه کند. از طرح اصلی کد (P(Y، کاربران در ابتدا باید بر روی کد C/A قفل شوند و سپس آن اتصال را به کد (P(Y انتقال دهند. در مورد دوم، روش های دستیابی مستقیم ایجاد شدند که به برخی از کاربران اجازه میدهد تا به صورت خودگردان با کد (P(Y عمل کنند.
5-3-2 : پیام جهت یابی MNAV :
MNAV، پیام جهت یابی جدیدی است که کمی بیشتر در مورد آن می دانیم. همانند CNAV جدید، این MNAV جدید به جای آن که ساختاردهی شده باشد، بسته بندی شده است و به منظور بارهای داده ای بسیار منعطف می باشد. همچنین همانند CNAV می تواند از تصحیح خطای ازسالی (FEC) و یا بازیابی خطای پیشرفته (همانند CRC) استفاده کند.
اطلاعات فرکانس کد M کد M در فرکانس های مشابه L1 و L2 منتقل می شود پیش از این که با کد نظامی قبلی، کد (P(Y، استفاده شود. سیگنال جدید به گونه ای که اکثر انرژی اش را در مرزها (دور از حامل های (P(Y و C/A موجود) جای دهد، شکل داده شده است.
در تغییری عمده از طرح های قبلی جی‌پی‌اس، کد M در نظر گرفته می شود تا علاوه بر انتنی که کل زمین را پوشش دهد، از یک انتن هدایتی با صرفه بالا، منتشر شود. این سیگنال انتن هدایتی، که پرتو نقطه ای نامیده می شود، در نظر گرفته شده است تا یک منطقه خاص را هدف بگیرد (با چندین صد کیلومتر قطر) و مقاومت سیگنال محلی را تا 20 دسیبل افزایش دهد، یا به طور تقریبی تا 100 برابر آن را قوی تر کند.
اثر جانبی داشتن دو آنتن این است که ماهواره GPS پدیدار می شود تا دو ماهواره GPSای باشد که موقعیتی مشابه را نسبت به درون پرتو نقطه ای اشغال کند. در حالی که کل سیگنال کد M زمینی بر روی ماهواره های IIR-M مانع موجود است، آنتن های پرتو نقطه ای، تا زمانی که ماهواره های III مانع مستقر هستند (به طور آزمایشی در سال 2013)، مستقر نخواهد شد. یک اثر جانبی جالب از داشتن چنین ماهواره ای که چهار سیگنال جداگانه را منتقل می کند، این است که MNAV به طور بالقوه می تواند چهار کانال داده ای متفاوت را انتقال دهد، که پهنای باند داده ای ارایه می دهد.
شیوه مدولاسیون، حامل جابجاسازی دودویی است، که در مقابل کد 115/5 مگاهرتزی از یک زیرحامل 23/10 مگاهرتزی استفاده می کند. این سیگنال یک پهنای باند تقریباً 24 مگاهرتزی با لبه های باند جانبی جداگانه خواهد داشت. که این باندهای جانبی برای بهتر شدن دریافت سیگنال مورد استفاده قرار می گیرند.
6-3-2 : L5، امنیت زندگی :
سیگنال غیر نظامی امنیت زندگی به گونه ای برنامه ریزی شده است که با نخستین اجرای GPS IIF (2008) در دسترس باشد. دو کد مسافت یابی PRN بر روی L5 منتقل شده اند: کد درون فازی (با کد I5 مشخص می شود)؛ و کد چهارفازی (که با کد Q5 مشخص می شود) . هر دوی این کدها 10230 بیت طول دارند و در 23/10 مگابایت در ثانیه منتقل می شوند (هر یک هزارم ثانیه تکرار می گردند). به علاوه، I5 با کد نئومن-هوفمن 10 بیتی تعدیل می شود که از نظر زمانی در 1 کیلوهرتز سنجیده می شود و کد Q5 که با کد نئومن-هوفمن 20 بیتی تعدیل شده و هنچنین از نظر زمانی در 1 کیلوهرتز سنجیده می شود.
• بهبود ساختار سیگنالی برای افزایش عملکرد
• قدرت انتقال بالاتر نسبت به سیگنال L1/L2 (معادل 3 دسیبل یا از نظر قدرت، 2 برابر)
• پهنای باند گسترده، بهبود پردازشی 10 برابر را موجب می شود
• کدهای انتشار گسترده تر (10 برابر طولانی تر از C/A)
• از باند سرویس های جهت یابی رادیویی فضایی استفاده می کند
7-3-2 : پیام جهت یابی L5 :
داده L5 CNAV، شامل SV، زمان سیستم، داده رفتار زمان SV، پیام موقعیت و اطلاعات زمان و ... می شود. داده 50 بیت در ثانیه در یک رمزگذار با نرخ 2/1 پیچیدگی، کدگذاری می شود. توالی نمادی 100 نماد در ثانیه به دست آمده (sps)، پیمانه 2 است که تنها به کد I5 اضافه شد؛ سلسله بیتی حاصل جهت تعدیل حامل درون فازی (L5 (I5 استفاده می شود. این سیگنال تلفیق شده سیگنال داده ای L5 نامیده خواهد شد. حامل Q5 هیچ داده ای ندارد و سیگنال پایلوت L5 نامیده می شود.
8-3-2 : اطلاعات فرکانسی L5 :
باند جهت یابی هوانوردی بر روی فرکانس L5 منتشر می شود. هر دوی WRC-2000، جزء سیگنال فضایی را به این باند هوانوردی اضافه کردند بنابراین جامعه هوانوردی می تواند تداخل با L5 را به شکل مؤثرتری نسبت بهL2 مدیریت کند. که در IS-GPS-705 تعیین شده است.
9-3-2 : L1C :
سیگنال استفاده شده در امور غیرنظامی بر روی فرکانس L1 منتشر می شود (42/1575 مگاهرتز)، که سیگنال C/A که به وسیله همه کاربران GPS فعلی استفاده میشود را در بر می گیرد. L1C
با نخستین اجرای مانع III در دسترس خواهد بود و برای 2013 برنامه ریزی شده است.
برای هر خصوصیت پیشنویس IS-GPS-800، L1C ایجاد شد تا به عنوان شکل سیگنالی خط مبنا برای سیستم ماهواره ای شبه سمت الراس به کار گرفته شود. از سال 2007، روش تعدیل نهایی نشده است. در حال حاضر کاندیداها (BOC(1,1 و (BOC(1,1 برای داده با (TMBOC(1,1 برای پایلوت را شامل می شوند. برای تمامی 4 استثنا از 33 سیکل، حامل جابجایی دودویی تعدیل شده زمان (TMBO)، هنگامیکه با (BOC(6,1 تغییر جا می دهد،(BOC(1,1 است.
• در اجرا کد C/A را برای تضمین سازگاری کانالی از گیرنده به فرستنده برای حمل سیگنال های کنترل، فراهم خواهد کرد
• افزایش مطمئن 5/1 دسیبل در حداقل کد C/A، هر افزایش محدوده صدا را کم می کند
• حامل پایلوت جزیی سیگنال بدون داده، ردیابی را بهبود می بخشد
• توانایی برای رد بدل کردن اطلاعات غیرنظامی بیشتر با Galileo L1 را امکان پذیر می کند
10-3-2 : پیام جهت یابی CNAV-2 :
پیام جهت یابی L1C، که CNAV-2 نامیده می شود، 1800 بیت است (شامل FEC) و در 100 بیت در ثانیه انتقال داده می شود. این پیام اطلاعات زمانی 9 بیتی را شامل می شود، 600 بیت تقویم نجومی، و 274 بیت بار داده ای بسته بندی.
11-3-2 : فرکانس های استفاده شده به وسیله GPS :
باند (فرکانس) فاز کاربرد اصلی کاربرد مدرنL1 )مگاهرتز 42/1575) درون فازی (I) دقت رمزی کد(P(Y کد(P(Y دقت رمزی و کد نظامی (M)فاز چهارگانه (Q) عادی / اکتسابی کد (C/A) کد (C/A) عادی / اکتسابی و کد غیر نظامی L2 )مگاهرتز 60/1227) درون فازی (I) دقت رمزی کد(P(Y کد(P(Y دقت رمزی و کد نظامی (M)فاز چهارگانه (Q) کد غیر نظامی L2L5 )مگاهرتز 45/1176) درون فازی (I) سیگنال پایلوت امنیت زندگی (SoL)فاز چهارگانه (Q) سیگنال داده امنیت زندگی (SoL)
درپایان این بخش جدولی از مقایسه دقت کدهای مختلف و قیمت سیستمهای مورد استفاده ارائه می گردد.
3- کاربردهای نظامی GPS :
اولین استفاده از ماهواره ها در ناوبری توسط سیستم ترانزیت انجام شد.این سیستم درسال 1960 توسط ایالات متحده وناسا ایجاد شد ولی این سیستم بسیار وقت گیر و بی دقت بود.در سال 1974 وزارت دفاع آمریکا برای مقاصد واحتیاجات نظامی خوداعلام کرد که نیاز به یک سیستم جامع وکامل تعیین موقعیت دارد.دراین زمان بود که سیستم GPS جای سیستم ترانزیت را گرفت.سیستم GPS بر خلاف بقیه سیستم ها یک موقعیت بسیار دقیق را بصورت همزمان با دقت 3تا 100 متررا در24 ساعت شبانه روز ارائه می دهد.
به کمک سیگنالهای ارسالی ماهواره های سیستم مکان یابیGPS، یک کاربر درهر نقطه از سطح زمین ودر هر شرایط جغرافیایی که باشد به شرط داشتن گیرنده مناسب در هر لحظه از شبانه روز می تواند موقعیت جغرافیایی خود را بر حسب طول وعرض جغرافیایی وارتفاع رابر مبنای ارتفاع از سطح دریا وزمان سیستم و سرعت را ارائه کند.
سیستم GPS برای اهداف نظامی طراحی شد که پس ازطی یک دوره وبا پیشرفت تکنولوژی ،کاربرد این ابزار مهم در دنیا افزایش یافت.هم اکنون GPS عرصه های متنوع ناوبری نظامی وغیرنظامی را پوشش داده است.در شرایط فعلی از پیاده روی ساده گرفته تا هدایت هواپیما ،هدایت فضا پیما ،هدایت موشک وبمب ،دریا نوردی ،نقشه کشی ،نقشه برداری،ژئودزی،هواشناسی، اقیانوس شناسی ،ژئودینامیک، مخابرات راه دور، زمان سنجی ،موقعیت یابی مداری ، حمل ونقل جاده ای ، پرتاب محموله با چتر ونمونه های فراوان دیگر از GPS استفاده می شودبه گونه ای که بیش از صد نوع گیرنده GPS وارد بازار شده است .گرچه GPS دربخش غیر نظامی خیلی سریعتر از نظامی رشد کرده است ولی در امور نظامی از حرکت باز نمانده است که نمونه بارز آن مربوط به جنگ خلیج فارس است .
مقابله با اختلال وعدم توانایی دشمن در شنود سیگنالهای GPS از مهمترین قابلیت های GPS نظامی است . سیستم های ناوبری بر اساس GPS در هواپیماها ،موشک ها ، کشتی ها ، وسائط نقلیه زمینی ، زره پوش ها و... باید انتظارات زیر را برآ ورده کنند:
درمحیط های تداخلی که نسبت سیگنال تداخلی به سیگنال اصلی زیاد است ، کارایی خوب خود را داشته باشند .
سیستم های ناو بری بر اساس GPS بتوانند اثر سیگنالهای تداخلی را تضعیف نمایند .در صورت ضرورت ، جایگزینی برای GPS وجود داشته باشد .
در GPS های نظامی امکانات دست یابی انتخابی SA1 وضد فریب AS2 برای عدم دسترسی دشمن به دقت کامل GPS در نظر گرفته شده است .هم چنین آنتن های ضد اختلال و سیستم های الکترونیکی آنتن ها شرایط لازم را برای مقابله هر چه بیشتر با اختلال مهیا می سازند . علاوه بر اینها سیستم های ناوبری ترکیبی GPS/INS3 ابزارهای مناسبی برای ناوبری و مقابله با اختلال گرها هستند .
GPSنسبت به سایر فن آوریهای ناوبری رادیویی یا موقعیت یابی که توسط وزارت دفاع آمریکا ابداع شده اند دقیق تر است ودر حال جانشین شدن به جای سیستم های دیگر ویا ترکیب با آنها است .
سیستم های GPS موقعیت مکانی سه بعدی واطلاعات سرعت را بصورت جهانی ،پیوسته ودقیق در اختیار کاربران مجهز به گیرنده مناسب قرار می دهد.منظومه GPS شامل 24 ماهواره است که در 6صفحه مداری ودر هر صفحه 4 ماهواره قرار دارند . یک شبکه کنترل ومونیتورینگ زمین جهانی ، سلامتی و وضعیت ماهواره ها را مونیتور می کند .همچنین شبکه زمینی، داده ناوبری وسایر اطلاعات را به ماهواره ارسال می کند .
سیستم های GPS از عهده وظایفی که بر آنها در دهه 60 میلادی جهت مکان یابی بهینه تعریف شد بخوبی بر آمده اند .
GPS می تواند شمار نا محدودی از کاربران را در حالی که گیرنده ها بصورت غیر فعال کار می کنند سرویس دهند .سیستم از مفهوم زمان ورودی TOA4 یک طرفه استفاده می کند . انتقالات ماهواره ای با فرکانس استاندارد خیلی دقیق روی برد ماهواره انجام میشوند که با مبنای زمانی سیستم داخلی GPS سنکرون هستند . GPS کدهای فاصله یابی و داده ناوبری را در دو فرکانس L1(1575.42MHz) وL2(1227.6MHz) با استفاده از تکنیک CDMA پخش می کند .همه ماهواره های GPS اطلاعات خود را روی این فرکانس ها ارسال می کنند ،اما کد فاصله یابی هر ماهواره با کد بکار برده شده برای ماهواره دیگر متفاوت است .این کد ها بدین دلیل انتخاب شده اند که با کد های دیگر همبستگی متفابل بسیار کمی دارند .
گیرنده می تواند به کمک داده ناوبری مکان ماهواره در زمان انتقال سیگنال را معین کند .کد فاصله یابی ، به گیرنده کاربران کمک می کند تا زمان ارسال سیگنال را معین کند ودر نتیجه فاصله بین ماهواره و کاربر مشخص شود . در محاسبه مکان سه بعدی گیرنده لازم است که اطلاعات حداقل چهار ماهواره دریافت شود . بنابر این چهار محاسبه جهت تعیین طول جغرافیایی ،عرض جغرافیایی ، ارتفاع وافست کلاک گیرنده از زمان سیستم داخلی مورد نیاز است .اگر هر کدام از ارتفاع وزمان بطور دقیق شناخته شده باشند کمتر از چهار ماهواره مورد نیاز است .
سیستم GPS دو سرویس در اختیار کاربران قرار می دهد که عبارتند از : سرویس مکان یابی استاندارد SPS6و سرویس مکان یابی دقیق PPS7. سرویس SPS برای کاربردهای عمومی غیر نظامی و سرویس PPS برای کاربردهای نظامی ایالات متحده و کاربران آژانس های دولتی منتخب ایالات متحده می باشد که دسترسی به آن از طریق رمز نگاری کنترل می شود .
1-3 : سرویس مکان یابی دقیق PPS
PPS جهت مهیا کردن دقت قابل پیش بینی با احتمال کمتر از 22 متر در صفحه افقی و7/27 متر در صفحه عمودی طراحی شد .از جذر میانگین مربع فاصله drms8 برای محاسبه ناوبری استفاده می شود .برای مثال مقدار drms 2 برابر با شعاع دایره ای است که موقعیت یک سیستم با احتمال حداقل 95% در یک مکان بدست می آید (در مورد PPS ) .همانطور که قبل از این گفته شد سرویس PPS ابتدا برای کاربردهای نظامی و کاربران آژانس های دولتی منتخب ایالات متحده بکار می رفت .استفاده های غیر نظامی از این سرویس تنها با اجازه وزارت دفاع آمریکا ممکن است .
دسترسی به دقت مکان یابی PPS از طریق دو طرح رمز نگاری انجام می شود که با نام های AS9 وSA10 شناخته می شوند .مکانیزم AS برای غلبه بر اختلال فریب در نظر گرفته شده است .
اختلال فریب تکنیکی است که در آن دشمن ، یک یا چند کد فاصله یابی ماهواره و سیگنال های ناوبری ماهواره را تکرار کرده و روی فرکانس داپلر اثر گذاشته تا گیرنده GPS را فریب دهد . علاوه بر این تحت سیاست های جدید وزارت دفاع آمریکا از SA برای عدم دسترسی کاربران SPS به دقت کامل PPS استفاده می شود .SA کلاک ماهواره را منحرف می کند ودر نتیجه دقت محاسبات TOA کاهش می یابد . علاوه بر آن SA در پارامترهای داده ناوبری پخش شده خطاهایی ایجاد می کند .کاربران PPS اثرات SA را از طریق رمز نگاری حذف می کنند .
در سالهای میانی دهه نود هنگامی که مجموعه فلکی ماهواره تولید شده 24 عددی مورد نظر در مدار قرار گرفته و تست های فراوان بخش کنترل زمینی و فعل وانفعالات با مجموعه فلکی کامل شد ، PPS به قابلیت کاری کامل رسید.
2-3 : سرویس مکان یابی استاندارد SPS
سرویس SPS برای تمامی کاربران درسراسر دنیا قابل دسترسی است .در کاربردهای SPS هیچ محدودیتی وجود ندارد. این سرویس دقت قابل پیش بینی 100 متر (2drms,95% ) درصفحه افقی و156 متر (95% ) درصفحه عمودی تهیه می کند . دقت این سرویس توسط وزارت دفاع و وزارت راه وترابری آمریکا بر اساس نظرات امنیتی ایالات متحده تعیین می شود .
در یک وسیله مکان یابی SPS معمولاSA یک منبع خطای اولیه است که روش هایی برای کاهش اثرات SA ارائه شده اند .قابلیت عملیاتی سیستم GPS در دسامبر 1993 که ترکیبی از 24 نمونه ماهواره در دسترس قرار گرفتند ، بدست آمد و سرویس های زمان یابی / مکان یابی ازدقت قابل پیش بینی پیروی می کنند .
3-3 : مزایای GPS
سیستم GPS نسبت به سایر سیستم های ناوبری برتری و مزایای بسیاری دارد که به عنوان نمونه می توان به موارد زیر اشاره کرد :
- سیستم GPS یک سیستم پسیو است و به طور همزمان تعداد زیادی از کاربران را سرویس می دهد .
- در سیستم GPS کاربران زیادی می توانند از این شبکه استفاده کنند .
- در سیستم GPS تمام پیغام ها را به روش CDMA بر روی یک فرکانس ارسال می شوند و نیازی به استفاده از مجموعه ای از فرکانس ها نیست
- با توجه به گسترش تکنولوژی ، امکان همزمان سازی ماهواره ها و ارسال سیگنال ها به طور هم زمان فراهم شد و این باعث پیشرفت تکنولوژی موقعیت یابی سه بعدی شد .( زمان بندی خیلی دقیق )
- فرکانس حامل GPS در باند L انتخاب شد ، چون این سیستم به دو باند فرکانسی 20MHz نیازمند است و باند فرکانسی L در سال 1974 شلوغ نبود . اگر باند فرکانسی با فرکانس بالاتر انتخاب می شد باعث کاهش خطای یونسفری می شد ولی تلفات امواج در فضا افزایش می یافت و نوعی مصالحه بین تلفات امواج در فضا وکاهش خطای یونسفری انجام دادند وبالاخره باند L انتخاب شد .
- در هر شرایط آب وهوایی قادر به انجام مکان یابی هست و شرایط جوی بر روی آن تاثیر ندارد .
- دقت این سیستم نسبت به روش های قبلی خیلی زیاد است .
- استفاده ازآن ساده تر و قابلیت اطمینان آن بیشتر است .
- قادر است نیازهای طیف وسیعی ازاستفاده کنندگان را برآورده کند .
- احتیاج به پرداخت مالیات از سوی کاربران نیست .
- این سیستم پوشش جهانی دارد . با توجه به صورت فلکی ماهواره ها و مدارهای آنها ، امکان پوشش جهانی این سیستم فراهم می آید . برای تعیین موقعیت صحیح هر کاربر باید حداقل به 4 ماهواره دید داشته باشد . بنابراین انتخاب مدارهای ماهواره ها نقش بسزایی در موقعیت یابی دارد .
در تهاجم آمریکا به پاناما در 1989 از GPS استفاده شد وحتی گفته می شود که قبل از آن در طول دهه هشتاد در خلیج فارس مورد استفاده قرار گرفته است .
نیروهای نظامی آمریکا و متحدانش در جنگ اول خلیج فارس (1991-1990) که عملیات طوفان صحرا نام گرفت بطور گسترده از سیستم های ناوبری بر مبنای GPS در حمله به عراق استفاده کردند .درآن موقع تنها 14 ماهواره در مدار قرار داشت ولی هنگامی که جنگ زمینی شروع شد دو ماهواره دیگر وارد سرویس شد و یک منظومه با 16 ماهواره تشکیل شد . این منظومه موقعیت دو بعدی منطقه خلیج فارس را بصورت پیوسته ولی پوشش سه بعدی را بطور متوسط برای 18 ساعت در طول شبانه روز فراهم می کرد .
مشکل دیگر برای استفاده از GPS این بود که در زمان نبرد ،تعداد گیرنده های نظامی با کد P محدود بودند .همین موضوع باعث شد تا وزارت دفاع آمریکا در طول جنگ SA را به صفر رساند وبیش از هزار گیرنده تجاری قابل حمل بسرعت خریداری شدند . در خواست نیروها بحدی بود که تا پایان جنگ بیش از 9000 گیرنده تجاری در منطقه خلیج فارس مورد استفاده قرار گرفت . نیروهای نظامی مهاجمین توانستند در مدت لشکر کشی در عین سکوت و خاموشی ارتباطات رادیویی ، سوخت گیری هواپیما را به کمک GPS در میانه راه انجام دهند . از گیرنده های GPS در هواپیماهای جنگنده F16 ، بمب افکن های B-52 وB-2 ، موشک های کروز ، هلی کوپترهای آپاچی و تانکهای M-60 استفاده شد . از GPS در سایت راداری و توپخانه و همچنین جهت یافتن میادین مین و محل تجمع کشتی ها استفاده شد .
مهمترین استفاده از GPS در طی جنگ اول خلیج فارس ، ناوبری نیروی زمینی بود . نظامیان آمریکا با در اختیار داشتن GPS دستی در صحرا های شنی و طوفانی وبیابان های یکنواخت عربستان که فاقد ویژگی خاص جهت شناسایی هستند از ناپدید شدن در حین حرکت به مقاصد گوناگون تا حد زیادی در امان ماندند . تمام مانورهای بزرگ شبانه که در گذشته به کمک جاسوس ها وراهنمایان انجام می شد و همراه با خطا وتلفات انسانی بود با استفاده از سیستم GPS امکان پذیر گردید . با این حال در عملیات طوفان صحرا ، بیشترین تلفات مهاجمین در اثر برخورد نیروهای خودشان با یکدیگر بود که در صحرا گم شده بودند و یا در طول حمله زمینی خارج از موقعیت خود بودند .
پس از این عملیات ، نصب گیرنده های GPS بر روی تمام وسایط نقلیه ارتشی به اجرا در آمده است . برای مثال رانندگان کامیون ها برای انتقال مواد غذایی به خط مقدم جبهه از گیرنده های GPS استفاده می کنند تا موقعیت خود را تشخیص داده و محل استقرار سربازان را پیدا کنند . یا مسیر عملیات یک واحد از قبل در GPS ذخیره می شود و حداکثر انحراف مجاز برای آنها تعریف می شود .در این صورت گیرنده نحوه پیمودن مسیر را کنترل می کند و به محض خروج از دالان مجاز هشدار می دهد و از برخورد با میدان مین و یا درگیری با نیروی خودی و هر گونه اشتباه مرگبار دیگری جلوگیری می شود .
در جنگ سومالی با نام 11 بازگشت امید که در سال 1993-1992 روی داد هواپیماهای آمریکایی با استفاده از گیرنده های GPS عملیات متعدد از جمله فرود وبرخاست در فرودگاههای موقتی کوچک را بدون کمک وسایل ارتباط الکترونیکی در حد وسیع انجام دادند .
در نبردهایی که در یوگسلاوی و افغانستان (2001-1999) به وقوع پیوست نیروهای نظامی مهاجمین از گیرنده های GPS به وفور استفاده کردند .در حمله اخیر نیروهای ائتلاف به عراق یکی از مهمترین عوامل اتخاذ شیوه عملیات در سطح و تسخیر زود هنگام عراق ناشی از قابلیت های فراوان GPS در ناوبری بود . ناگفته نماند که در روزهای اول نبرد ،نیروهای عراقی توانستند تعدادی از موشک های مجهز به GPS را توسط اختلال کننده های روسی منحرف سازند که حملات موشکی کاهش یافت و عصبانیت شدید مقام های عالیرتبه آمریکا را بر علیه روسیه بر انگیخت . پس از یک هفته مذاکره بین آمریکایی ها و روسها و به توافق رسیدن آنها ، اختلال کننده ها نابود شدند و حملات موشکی با شدت زیاد از سر گرفته شد .
5-3 : تحویل دقیق محموله
یکی از کاربردهای مهم GPS در جنگ که ارتش آمریکااز آن استفاده کرده است هدایت محموله پرنده مانند تحویل دقیق محموله با چتر یا پارا گلادیاتور است که از هواپیما از ارتفاع زیاد پرتاب شده سپس در هوا پرواز می کند که این هدایت توسط یک گیرنده GPS بصورت اتوماتیک انجام می شود و به هواپیما این امکان را می دهد از ناحیه دفاعی دشمن نزدیک به منطقه به زمین رسیدن محموله دور بماند . برای این کاربرد GPS باید قادر باشد تا دستورات مربوط به هدایت را برای سیستم فراهم ساخته و چتر یا پارا گلادیاتور را به نقطه مطلوب در خشکی هدایت کند .
6-3 : ناوبری نیروها
GPS کاربردهای بسیاری در جنگ مخصوصا در ناوبری نیروهای زمینی دارد . GPS برای کمک به یگان های زمینی که از صحرا عبور می کنند – مخصوصا در طوفان های شنی که در صحرا معمول است – یا در لشکر کشی های شبانه کاربرد فراوان دارد .
دربرخی از گیرنده های GPS می توان مسیر عملیاتی یک واحد را از قبل در حافظه دستگاه وارد کرد و حداکثر انحراف مجاز از مسیر را نیز مشخص کرد .در این صورت گیرنده خود نحوه پیمایش مسیر را کنترل کرده و در صورت خروج از دالان مجاز هشدار می دهد .با این روش می توان محل میدان های مین را شناسایی کرد و آن را از قبل در حافظه دستگاه وارد کرد تا از هر گونه اشتباه مرگبار جلوگیری شود .همچنین تمام مانورهای بزرگ شبانه که در گذشته به کمک جاسوس ها و راهنمایان انجام می شد و همراه با خطا وتلفات انسانی بود امروزه از سیستم GPS امکان پذیر گردید . امروزه راننده های کامیون های انتقال مهمات و مواد غذایی برای سربازان خط مقدم جبهه نیز مجهز به گیرنده های GPS هستند تا موقعیت خود را تشخیص داده و محل استقرار سربازان را پیدا کنند . علاوه بر واحد های زمینی از موشک های بالستیک گرفته تا هواپیماهای کنترل از راه دور و بمب های هوشمند اهداف خود را با GPS سریع تر ، دقیق تر و ارزانتر پیدا می کنند .
اهمیت GPS در نبردهای گذشته به حدی بوده است که در آمریکا تولید هر گونه هوا پیما ،کشتی یا وسیله نقلیه زرهی که به گیرنده GPS مجهز نباشد از سال 2000 به بعد ممنوع شده است .
7-3 : عملیات تجسس وآزاد سازی
عملیات تجسس وآزاد سازی از دیگر کاربردهای مهم هستند که استفاده از GPS در آنها رو به افزایش است . اگرچه GPS هنوز توسط هلی کوپترها وسایر وسایل هوانوردی شرکت کننده در تجسس و آزاد سازی برای ناوبری استفاده میشود ولی درآینده جهت تعیین موقعیت دقیق اعضای تیم هوانوردی نیز مورد استفاده قرار می گیرد . با ترکیب GPS و امکانات مخابرات فضایی پیدا کردن افراد به سرعت انجام شده و برای حفظ جان انسان ، زمان و هزینه مفید است . تجهیزات مخابراتی این امکان را فراهم می آورند که موقعیت هواپیماها ، هلی کوپترها و تانکها بدون درنگ مانیتور شود و از هدف قرار گرفتن توسط آتش خودی اجتناب شود . علاوه بر این اگر GPS و امکانات مخابراتی با سیستم های هدایت ترکیب شوند ، از وسایل هوانوردی بدون سرنشین UAV12 می توان برای مراقبت از مناطق هدف استفاده نمود . جداول 2-1 تا 2-3 یک لیست فشرده از موقعیت یابی ها و کاربردهای ناوبری نظامی GPS و نیازمندی هایشان راارایه می کنند .
8-3 : ناوبری در هدف گیری جنگ افزار :
تمایل طراحان جنگ افزار های نظامی بر دقیق بر هم زدن این جنگ افزارها روی یک هدف معین همیشه مورد توجه بوده است .حصول این دقت نه تنها به خراب کردن هدف مورد نظر کمک شایانی می کند بلکه از ایجاد خرابی های نا خواسته نیز جلو گیری خواهد کرد . یکی از روش های موفق در این زمینه در سالهای اخیر استفاده از سیستم تعیین موقعیت جهانی می با شد . جهت هدف گیری دقیق یک جنگ افزار نیاز است که ابتدل پرتاب آن در مسیر صحیح انجام شود و بقیه به فیزیک وابسته شود .حتی با تکنولوژی های مدرن محدودیت هایی همچون دقت مختصات ، شرایط وزن وآئرودینامیک ،غیر معین وفاکتورهای دیگر در هدف گیری مطرح می باشد .
هدف گیری دقیق برای ایستگاه های ساکن مسئله مشکلی است ولی مشکل تر از آن هنگامی است که از پرتاب کننده های غیر ساکن مانند جنگنده ها و هواپیماها ی بمب افکن استفاده می شود . بدترین حالت نیز برای وقتی است که جنگ افزار در طول طی مسیر نیاز به توان جهت ادامه مسیر دارد که از آن جمله میتوان به موشک های بالستیک ویا کروز اشاره کرد .
امروز کی از تجهیزات استفاده شده جهت بهبود دقت موشک ها سیستم ناوبری خودکار INS می باشد . INS اقدام به محاسبه موقعیت فعلی وسیله ،سرعت آن و ارتفاع با کمک اندازه گیری های اینرسی سیستم (با استفاده از شتاب سنج ها و gyro ها ) می نماید . این اطلاعات می تواند جهت هدایت جنگ افزار به سمت هدف مورد نظر استفاده شود . اگر چه INS دقت جنگ افزار را بالا می برد هنوز یک محدوده خطا برای سیستم موجود می باشد که بر روی هدف گیری جنگ افزار به خاطر خطاهای اندازه گیری در طول زمان تاثیر می گذارد . تکنیک های هوشمند جهت تشخیص ابن خطاها موجود می باشد . ولی باز هم برای سیستم هایی که از INS به صورت تنها استفاده می کنند دارای محدودیت می باشند .
در دهه های 1960 و 1970 سیستم های هوا نوردی و فضایی مفهوم جدیدی را با عنوان تعین موقعیت جهانی در ناوبری مطرح کردند . که در حقیقت تعیین موقعیت جنگ افزار با استفاده از سیگنال های ماهواره ای می باشد . این تکنولوژی مزیت های زیادی نسبت به INS در یک سناریوی معینی دارد . به عنوان مثال خطاهای ناوبری INS به صورت جمع شونده می باشند و با زمان افزایش می یابند در صورتیکه خطای GPS همواره به منابع خطا محدود می باشد (خطاهای موقعیت ماهواره ، سرعت و انتشار ) و به راحتی قابل مدل سازی و حذف می باشند . از طرف دیگر کارایی سیستم INS کارایی خوبی فقط در زمان کوتاه به خصوص برای سیستم های با دینامیک بالا دارد در صورتی که GPS کارایی خوب در زمانهای طولانی تر می باشد ولی برای دینامیک های بالا مناسب نیست . ترکیب این دو سیستم با یکدیگر برای سیستم نظامی با ناوبری صحیح تر ودقیق تر مناسب است .
آمریکا حداقل از هشت نوع از جنگ افزارهای زمینی و سیستم هدایت ناوبری خود کار INS به صورت همزمان استفاده می کنند در جنگ عراق استفاده کرد . این هشت جنگ افزار شامل موارد زیر است :
1- موشکهای کروز Tomahawk Block III and IV
2- موشک Tri-Service Stand –off
3- پدافندهای Joint Direct
4- جنگ افزارهای Joint Stand -off
5- بمب دقیق GBU -15
6- AGM -30
7- یک مدل پر قدرت از GBU-15
8- موشکهای بالستیک ATACMS
9-3 : جنگ افزارهای هوشمند :
بعد از اینکه سیستم های ناوبری در پرتاب کننده های جنگ افزارها تست شد جهت حصول دقت بهتر این ایده مطرح شد که از سیستم های هوشمند بر روی خود جنگ افزارها استفاده شود . اولین تلاش برای تبدیل بمب های غیر هوشمند به بمب های هوشمند از یک سیستم ناوبری INS به همراه باله های عملکرد در انتهای بمب استفاده نموده است . در آن زمان گیرنده های GPS بزرگ بوده اند و قابلیت جاسازی در انتهای بمب را نداشتند .
روش عملکرد به این صورت است که وسیله پرتاب گر دیتای اولیه را را به سیستم INS می دهد و ادامه ناوبری را سیستم INS از نقطه رها سازی تا نقطه اصابت به عهده می گیرد . این استراتژی وقتی که سیستم پرتاب کننده از GPS نیز استفاده می کند عملکرد بهتری خواهد داشت (جهت راه اندازی اولیه INS بمب قبل از پرتاب ) . در صورت عدم استفاده از GPS خطای ناشی از INS به بمب نیز منتقل می شود و به مراتب باعث کاهش دقت هدف گیری می شوند .لذا افزودن GPS به سیستم ناوبری وسیله پرتاب کننده باعث بالا رفتن دقت راه اندازی INS بمب می شود .
وقتی که گیرنده های GPS در مقیاس کوچکتر ساخته شدند تمایل به استفاده از این گیرنده ها در انتهای بمب افزایش یافت . با این مفهوم خطاهای اندازه گیری درسیستم های ناوبری بمب کاهش می یابد و لذا دقت هدف گیری بالاتر می رود . در سیستم ناوبری INS به خصوص در زمانهای طولانی حذف می شود .
هنگام استفاده از گیرنده های GPS بر روی جنگ افزار وسیله پرتاب کتتده باید اطلاعات Handoff مربوط به GPS را علاوه بر اطلاعات INS برای جنگ افزار ارسال کند . اطلاعات Handoff معمولا شامل موقعیت اولیه ، سرعت اولیه وزمان اولیه به همراه دیتای مداری ماهواره های GPS که برای گیرنده بمب منظور می شود می باشد . این اطلاعات بخصوص برای پروازهای کوتاه مدت جنگ افزار بسیار مهم می باشد . بطور نوعی جنگ افزار نیاز به اطلاعات کافی از وسیله پرتاب گر جهت رد یابی ماهواره ای GPS در کمتر از چند ثانیه بعد از پرواز را دارد . شکل زیر یک موشک کروز را با هدایت GPS نشان می دهد دقت GPS مورد استفاده را می توان توسط سیستمهای اضافی دیگر مانند GPS تفاضلی و یا سیستم های تفاضل منطقه وسیع بهبود داد .
gif[/IMG]
تجهیزات قدیمی ابتدا از گیرنده های GPS با استفاده از کد C/A استفاده می کردند و بعد از آن به سمت استفاده از کد های نظامی P(Y) رفتند . اگر چه استفاده از کدهای C/A و سیگنالهای آن راحت تر است ولی آسیب پذیری آن در جمینگ بیشتر است . اغلب جنگ افزارهای جدید از کدهای P(Y) برای محافظت بهتر در مقابل جمینگ استفاده می کنند . دریافت مستقیم کدهای P(Y) نیاز به دقت بیشتری در وسیله میزبان دارد زیرا جنگ افزار نیاز به اطلاعات دقیقی از زمان در محدوده میلی ثانیه جهت انجام محاسبات دارد . شکل (2) نشان دهنده تصویری از اهداف مورد اصابت توسط بمب افکن های B-2 را به صورت پیمایش چند هدف در یک مسیر نشان می دهد .
gif[/IMG]
[/IMG]
10-3 : گرایشات آتی :
اگر چه سیستم های ناوبری GPS قادرند دقت های خوبی را حتی با وجود خطاهای اندازه گیری فراهم آورند ولی هنوز برای بهینه کردن این سیستم ها جای کار وجود دارد . در آینده استفاده از GPS به صورت تنها در سیستم های جنگ افزارهای نظامی توسعه خواهد یافت . با استفاده از هدف گیری دقیق ، مهمات کمتری در این سلاح ها (250 تا 500 پوند )جهت کاهش خرابی های غیر مطلوب و ناخواسته در محیط اطراف استفاده می شود . جنگ افزارهای نظامی با هدایت GPS/INS کارایی بالایی را برای اهداف ثابت دارند .اما برخی از سیستم های دشمن با یک استراتژی دفاعی دارای حرکت ثابت می باشند .
جهت مقابله با این استراتژی مطالعات زیادی انجام گرفته است و نشان داده شده است با یک سری تکنیک های رها سازی بمب و با یک سری محاسبات جهت تصحیح مختصات هدف وارسال آنها برای جنگ افزار در حال پرواز می توان بر این استراتژی غلبه کرد .
روش های مختلفی جهت ارسال این تصحیح ها برای جنگ افزار وجود دارد که به عنوان مثال مختصات جدید هد ف می تواند توسط سیگنال های جدید برای جنگ افزار ارسال شود .
در این روش جنگ افزار قابلیت دریافت و دیکته کردن مختصات جدید را دارد . و آن را برای توابع هدایت موجود در کامپیوتر جنگ افزار ارسال می کند . این امکانات هم اکنون در دست مطالعه می باشد . همچنین تلاش های جدیدی نیز در صنایع هوایی جهت بررسی روشهای آشکار سازی اهداف متحرک و تخمین مختصات آنها دردست اقدام است . برخی از انواع رادارهای SAR قبلا قادر به آشکار سازی اهداف متحرک بر روی زمین بوده اند .
روش های کنونی نمی توانند رد یابی غیر مبهم را با اطمینان و دقت بالا دست یابند . یکی از نیاز های اساسی برای اهداف متحرک پنهان بودن دیتای هدف گیری جدید می باشد .اگر هدف در یک مسیر قابل پیش بینی در حرکت باشد برای مثال روی یک خط مستقیم ویا روی یک جاده که نقشه دیجیتالی آن موجود است این مسئله قابل حل می باشد.
اگر هدف در یک ناحیه باز باشدو دارای مانورهای غیر قابل پیش بینی ونامنظم باشد تشخیص وتخمین موقعیت های بعدی بسیار مشکل می باشد که تنها با روش های تکرار و استفاده از وسایل تکرار کننده یکسان برای پرتاب های متوالی از این مشکل قابل رفع است .
4- تحلیل سیگنالینگ و نرم افزار مورد استفاده GPS :
1-4 : پیش درآمدی بر تحلیل
همانگونه که گفته شد موقعیت کاربر از شناسایی موقعیت دست کم 4 ماهواره وتعیین فاصله از آنها مشخص می گردد.و اینکه صورت فلکی ماهواره ها و مرکزیت و ثبات زمین (درنقطه ای مشخص از فضا) به کمک حل معادلات و محاسبات در گیرنده GPS راهنمای این دستیابی است.دراینجا این مطلب را مورد بحث قرار می دهیم که چگونه سیگنال های واقعی دریافتی از ماهواره در گیرنده GPS جریان می یابند.در ابتدا سیگنالهای ورودی دیجیتالی جمع آوری و ردگیری می شوند.زمانی که یک ردیابی بدست آمد،ازبررسی فریم (دنباله داده)ها و بیتهای توازن(PARITY BITS) ،اطلاعات مورد نیاز به دست آمده ، به داده های ناوبری تبدیل و به خروجی ارسال می گردد.از این فریمها اطلاعات تقویم نجومی (EPHEMERY) نظیر عدد هفته بدست می آید. موقعیت ماهواره ها نیز از اطلاعات افمری مشخص می گردد.
اطلاعات ساختگی بین گیرنده با ماهواره ها(PSEUD)(اطلاعاتی که از همزمانی و سنکرون کردن ساعت داخلی گیرنده با ساعت اتمی ماهواره برمبنای محاسبه اختلاف زمانی نو شدن کدهای شبه تصادفی حاصل می شود) نیز فراهم می گردد.زمانی که همه اطلاعات لازم جمع آوری شد، موقعیت ماهواره و موقعیت کاربر محاسبه می گردد و درنهایت موقعیت کاربر در دستگاه مختصات مورد نظر(با توجه به اینکه نقشه جغرافیایی (نقشه های بین المللی یا محلی لازم است که برروی گیرنده نصب شده باشد))قرار می گیرد.
2-4 : اطلاعاتی که در نتیجه ردیابی(tracking) حاصل می شود:
سیگنالهای ورودی GPS ابتدا به فرکانس 21.25 MHz دمدوله می شود سپس از یک *****میانگذر با پهنای باند حدود 2 MHz عبوریافته و سرانجام در پهنای 5 MHz رقمی (digitized)می شود.کمترین انتظار ازاطلاعات جمع آوری شده اینست که شامل سه فریم اولیه باشند. داده های این سه فریم برای یافتن موقعیت ماهواره و موقعیت کاربر،حیاتی است.نتایجی که ازیک برنامه ردگیری متعارف بدست آمده در شکل (1)نشان داده شده است. (لازم بذکراست 5 شکل که در ادامه خواهد آمد، در نرم افزارمطلب شبیه سازی شده است)
هر نقطه داده (ستاره در شکل بالا) از یک میلی ثانیه از داده های دیجیتال شده بدست آمده است.همانطور که درشکل دیده می شود، سیگنالهای رسیده از ماهواره شماره 6 نسبتا قوی و سیگنالهای رسیده از ماهواره شماره 28 نسبتا ضعیف هستند که از مقایسه سطوح دامنه بخوبی مشاهده می گردد.سیگنالی شبیه این با روش BASS The block adjustment of synchronized) signal) ردیابی شده که درشکل نشان داده شده است.محور عمودی تفکیک زاویه رسیدن سیگنال را نسبت به دامنه نشان می دهد.از آنجاییکه اختلاف زاویه برای یک تغییر فازهمیشه 180درجه است مقیاسهای پلات هردو ماهواره شبیه هم است.در این شکل سیگنال قوی تر گروههای فشرده تری را نسبت به سیگنال ضعیف تر دارد.
[
درمجموع برای سیگنال خروجی یک روش قراردادی مشخص ،اولین فاز به سمت تولید محلی کد C/A هدایت می کند.این فاز اولیه C/A یک تفکیک زمانی عالی را دریک حلقه ردیابی ارائه می کند. در روش BASS، کد C/A مکرر استفاده می شود در حالیکه فاز اولیه همچنان ثابت می ماند. تفکیک زمانی x از نسبت تناسب بین کدهای n ام و n+1 ام C/A بدست می آید.این مقدار x هر 10 میلی ثانیه یکبار محاسبه می شود که نتیجه آن درشکل (3) نشان داده شده است.
دیتا ها بایستی به یک خط راست میل کنند. بسادگی دیده می شود که نتیجه چقدر دچار اغتشاش (noise) است.ولو اینکه هر نقطه از متوسط گیری دیتاها تولید شده باشد.در پلات x (شکل 3 )دیده میشودنقطه دیتا در بعضی جاها بیشتر از 100 ns و در جایی کمتراز -100 ns است یعنی یک نقطه به اندازه 200ns شیفت پیدا کرده است. برای مثال نقاط 18 و 19 و20 رانگاه کنید.نقطه دیتا شماره 18 از 100 nsبه نقطه 19 در -100 ns آمده و دومرتبه به نقطه 20 در 100 ns برگشته است. و این درنقطه21 هم تکرارشده.یعنی بین این 4 نقطه ، دیتا 3 مرتبه شیفت پیدا کرده است که عامل این ناهماهنگی چیزی جز اغتشاش نیست. در شکل (3) میبینید که اولین نقطه دیتا بسیار کمتر از 200ns است که علت آن می تواند دقت کم برنامه تولید کننده دنباله ها باشد.شیب پلات در شکل (3- الف) مثبت و در شکل (3-ب) منفی است و این نمایانگر شیفت فرکانسی مثبت و منفی داپلر است و دامنه آن هم به خوبی در شکل نشان داده شده است.
از شکل اخیر می شود این نتیجه را گرفت که یک میلی ثانیه از اطلاعات ورودی به علت نویزی بودن هرگز برای محاسبات در شیفت نقطه داده ها(data point) کافی نیست. لذا برنامه ردگیری این زمان دقیق(fine time) و همچنین شروع آمدن کد C/A را هر 10msیکبار گزارش می کند.این زمان دقیق برای تخمین PSEUD مورد استفاده قرار می گیرد. محاسبه زمان دقیق حتی از 10ms از داده ها هم مقداری نویز دارد و یک نقطه داده بصورت انفرادی نمی تواند برای محاسبه موقعیت کاربر استفاده شود یا لااقل دقت خوبی ندارد.دراینجا به برخی از روش ها از قبیل مربع متوسط کمترین مقدار(lms) نیاز است تا برای محاسبه زمان دقیق از بین یک نگاشت نسبتا طولانی مثلا ده ها میلی ثانیه از نقطه داده بکار رود.این روشها باید بتوانند دقت زمان دقیق را بهبود ببخشند و نتیجه َآن افزایش دقت در تعیین موقعیت کاربر باشد.
3-4 : تبدیل خروجی رهگیری به اطلاعات ناوبری:
قدم بعدی تبدیل اطلاعات خروجی(هر 20 میلی ثانیه) (همانطور که درشکل 1 و 2 نشان داده شده) به مقادیر صفر(یا1-) و 1 است. راههای مختلفی برای اینکار وجود دارد. یکی از روش های معمول تعیین اختلاف بین دو خروجی میلی ثانیه(دو بیت) مجاور است.اگر این تفاوت از یک سطح مشخص(تری شولد) بیشتر باشد، یک تغییر حالت داده اتفاق افتاده است.برای یک برنامه ردیابی متعارف، این سطح آستانه معمولا از پیش بینی کمینه سطح دامنه خروجی سنجیده می شود.از آنجاییکه سیگنالهای قوی و ضعیف دامنه های متفاوتی (شکل 1) تولید می کنند این مقدار کمینه می تواند به عنوان سطح آستانه بکار رود.از این تغییرحالت براحتی نتایج ردگیری به اطلاعات ناوبری تبدیل می شوند. تغییرحالتهای داده های ناوبری باید با نقاط انفرادی داده های جمع شده ورودی که تفکیک زمانی 200ns دارند مطابقت کند.
از این تفکیک زمانی برای یافتن اختلاف زمان نسبی بین ماهواره های مختلف می توان استفاده کرد.این روش فقط یک راه حل برای مساله ارائه می کند وآن هم به معنی بهترین روش بودن نیست.این روش انتخاب شده بدلیل اینکه ممکن است فهم آن ساده تر باشد. از این روش به طریقی که درادامه خواهد آمد برای تبدیل تغیر حالتهای فاز به داده های ناوبری استفاده می کنیم.
کلیه تغییر حالتهای داده های ناوبری را پیدامی کنیم. ابتدای اولین داده ناوبری باید در طول اولین 20ms از خروجی دیتا باشد.زیرا که داده های ناوبری 20ms طول دارند.اولین تغیر حالت فازباید برای یافتن شروع اولین اطلاعت ناوبری استفاده شود .اولین تغییر حالت فاز آشکار شده در خروجی دیتا ، اولین داده های ناوبری ما هستند.اگر اولین تغییرفاز درمدت اولین 20ms داده ها باشد ، این نقطه همچنین شروع اولین داده های ناوبری خواهد بود. اگر اولین تغییر حالت فاز در زمان دیگری اتفاق بیافتد(دیرتر). چند عدد از این 20ms باید از آن کم شود.مقدار باقیمانده شروع اولین داده های ناوبری خواهد بود. برای بیان ساده تر از این به بعد به جای عبارت "شروع اولین داده های ناوبری " از واژه "شادان" استفاده می کنیم. این اطلاعات ذخیره شده برای یافتن psude مورد استفاده قرار می گیرند. نقطه شادان می تواند با نقاط داده هم علامت خود بار شود تا بطور متناوب در هر 21ms اتفاق بیافتد.این رویکرد یک نقطه داده ناوبری را درشروع داده ایجاد می کند. برای مثال اگر اولین تغییرحالت فاز در 97ms اتفاق بیافتد، با تفریق 80ms از این مقدار ، اولین نقطه داده ناوبری در 17ms اتفاق می افتد. این 17ms از داده با 4ms از داده هم علامت خود پر شده و اولین اطلاعات ناوبری را به طول 20ms ایجاد می کند. این پروسه اولین نقطه داده ناوبری را در21ms خلق می کند. این عملیات همچنین باقیمانده شروع داده ها را با همین 4ms تغییر می دهد ، بنابراین نقاط داده ناوبری در 21,41,61 و نظایر آن اتفاق می افتد.شکل 4 مثال بالا را به خوبی نشان می دهد.
قسمت بالایی این شکل داده های خروجی از برنامه ردگیری را نشان می دهد و قسمت پایین نتیجه را با داده های اضافه شده (بار شده ) نشان می دهد. اولین نقاط داده ناوبری تنظیم شده در 21ms ذخیره می شود. اگر اولین تغییرحالت فاز در 40ms اتفاق افتاد با تفریق از 40 اولین نقطه داده ناوبری تنظیم شده در صفر میلی ثانیه پدید می آید.21ms از دیتا (با علامت مثبت یا منفی) می تواند با اولین نقطه داده ناوبری جمع شود تا آنرا در 0+21)) 21ms بسازد.
حال نقاط داده ناوبری حساب شد، صحت این تغییر حالت باید بررسی شود.این نقطه داده ها باید بوسیله مضارب 20ms از هم جدا شوند. اگر این نقاط داده ناوبری در مضارب 20ms اتفاق نیافتاده باشند، داده شامل خطا می باشد و باید رد شود.
پس از اینکه نقاط داده ناوبری بررسی صحت خود را گذراند ، این خروجی باید به داده ناوبری تبدیل شود هر 21ms (یا 20ms ) ، یک بیت داده ناوبری تبدیل می شود. علامت این داده ها بطور دلخواه انتخاب می شوند.داده های ناوبری به صورت +1 و-1 تخصیص می یابند.بیت های توازن پروسه را بررسی کرده و قادر خواهند بود داده های ناوبری را در قطبیت صحیح قرار دهند.
4-4 : تطبیق فریم و بیت توازن :
پس از اینکه خروجی ردگیری به داده های ناوبری تبدیل شد ، قدم بعد یافتن فریم های در این داده هاست. یک فریم با الگوی (10001011) در اولین کلمه (برای مسافت سنجی) شروع خواهد شد.. در دومین کلمه how(have the over vord) بیتهای 20 – 22 ، بیتهای شناسایی فریم(ID) و دو بیت آخر(29,30) بیت توازن هستند(00). به هرحال یک جستجوی ساده برای این داده ها هیچ تظمینی برای یافتن شروع فریم ها نمیکند. می توان جستجو برای بیش از چندین فریم درهر زمان انجام داد. اگرمورد تطبیقی برای بیش از یک فریم یافت شد، یک احتمال بهتری را برای صحت کار بدست می دهد. ذکر این نکته ضروری است که قطبیت کلمه ها در یک فریم ممکن است تغییر کند، لذا کسی باید این همبستگی را برای داشتن تنهایک کلمه (30 بیت داده ناوبری) درهر دفعه اجرا کند. در کلمات دیگر ، هر کلمه باید جداگانه همبسته شود.کدی که این مساله را تطبیق دهد می تواند به شکل(1-1-1-11-111) نوشته شود.از آنجاییکه قطبیت کلمه شناخته نشده ، نتیجه تطبیقی میتواند ±8باشد.
یکبار که یک تطبیق یافت شد، 300 نقطه داده ( یک فریم ) بعد، تطبیق بعدی باید یافت شود. اگر نشد ، اولی نیز تطبیق نبوده است. یکی باید این روش را برای یافتن شروع چندین فریم اجرا کند. بیشتر تطبیق ها می توانند سطح اعتماد را بهبود ببخشند.دو بیت آخر how (بیت توازن ) همچنین می تواند برای تطبیق فریم ها بکاررود. وقتی یک فریم یافت شد، شماره فریم می تواند از بیتهای ID هاو(how) (بیتهای 20-22) مشخص شود.شماره فریم ها باید از 1 تا 5 و بطور منظم 1,2,3,4,5,1,.. باشد
5-4 : بدست آوردن داده های تقویم نجومی از فریم 1 :
برنامه یافتن فریم ها (که در قالب برنامه مطلب در انتهای این بحث آمده)،سه نتیجه متوالی را تطبیق می دهد.اگر هر سه بدرستی تطبیق کند ، آنرا به عنوان شروع یک فریم قبول می کند.جستجوی سه نتیجه متوالی بصورت دلخواه انتخاب می شود.در ابتدا مقدمه 360 نقطه داده جستجو می شود.طول این داده برابر یک فریم به علاوه دو کلمه است، که باید حداقل یک نتیجه تطبیق یافت کند.(و شاید هم بیشتر از یکی). اگر چند تطبیق یافت شد ، فقط یکی از آنها به عنوان مقدمه درنظر گرفته خواهد شد. اگر یک تطبیق یافت شد، دو نتیجه (هرکدام شامل 300 نقطه داده ) دیگر بعد از شروع اولین تطبیق ، طلب می شود.اگر این درخواست شکست بخورد، تطبیق اول هم مقدمه نخواهد بود اما برخی اطلاعات دیگر با آن همراه است.اگردو نتیجه اخیر تطبیق کند هر سه نتیجه برای شروع سه فریم متوالی مطرح خواهد بود.
مرحله بعد بررسی قطبیت دو بیت آخر در how می باشد.
این دو بیت باید هردو منفی باشند، لذا جمع این دو باید -2 شود هر چند که جمع دوبیت می تواند -2 یا +2 شود. اگر جمع آنها صفر شود، یک اشتباه پیشامد کرده و شروع سه فریم غلط خواهد بود که این با بررسی مجموع آنها مشخص خواهد شد.اگر جمع -2 شود، علامت HOW درست است و شماره فریم از بیتهای 20-22 یافت می شود. اگر مجموع +2 شود،ابتدا باید قطبیت HOW عوض شود، سپس شماره فریم یافت شود.از روی شماره فریم می توان جستجوی شروع فریم 1,2و3 را انجام داد، چرا که آنها شامل اطلاعاتی برای محاسبه موقعیت گیرنده می باشند.به مجرد اینکه فریم 1 یافت شد اطلاعات ادامه می یابد. داده های ناوبری به دو شکل هستند: به صورت باینری و مکمل 2 و برای سهولت محاسبه ، بیشتر این اطلاعات بصورت ده تایی(دسیمال) هستند:
WN: شماره هفته که در فرم باینری ده بیت را از 61-70 شامل می شود.اینها به دسیمال تبدیل می شوند.
T GD: تاخیر تخمین زده شده گروه: بصورت 8 بیت تفاضلی از 197 تا 204 درشکل متمم 2 قرار دارند و باید به دسیمال تبدیل شوند.
TOC : تصحیح ساعت ماهواره : 16 بیت از 219 تا234 در فرم باینری و باید به دسیمال تبدیل شوند.
AF2 : تصحیح ساعت ماهواره : 8 بیتی از 241 تا 248 درشکل مکمل 2 و باید به دسیمال تبدیل شوند.
AFL : تصحیح ساعت ماهواره : 16بیتی از 271 تا 292 . باینری است و باید به دسیمال تبدیل شود.
Afo : تصحیح ساعت ماهواره : مشتمل بر 22 بیت از 271 تا 292 به شکل متمم 2 است و باید به دسیمال تبدیل شود.
IODC : انتشار داده – ساعت :10 بیت. از 83 تا 84 بیتهای با ارزش (MSB) و از 211 تا 218 بیتهای کم ارزش (LSB). بیتهای LSB دیتای منتشر شده مقایسه می شود(داده های نجومی از فریم 2 و 3). هرجا که این سه فریم تطبیق نکنند، روند داده قطع و جمع آوری جدید داده آغاز می شود.
TOW : زمان هفته: 17 بیتی است از 31 تا 47 در شکل باینری که باید به دسیمال تبدیل شود
6-4 : بدست آوردن داده های تقویم نجومی (افمری) از فریم 2 :
داده ها از این فریم هم شبیه فریم 1 بصورت باینری بدست آمده و سپس به به دسیمال تبدیل می شوند.
lODE : انتشار داده نجومی، 8 بیتی است از 61 تا 68 . این الگوی بیت با lsb از مشابه خود در فریم یک مقایسه شده اگر تفاوت داشته باشند یک قطع داده اتفاق افتاده و این داده ها نمی تواند مورد استفاده قرار بگیرد و باید از نو جمع آوری شود
CRS : دامنه جمله تصحیح هارمونیک سینوسی از شعاع مداری ماهواره که 16 بیتی از 69 تا 84 بصورت متمم 2 بوده و باید به دسیمال تبدیل شود.
SN :تفاوت جابجایی متوسط محاسبه شده: 16 بیتی از 91 تا 106 بصورت متمم 2 می باشد و باید به دسیمال تبدیل شود.
Mo: ناسازگاری نسبی در مرجع زمان که 32 بیتی درقالب متمم 2 است. این داده به دوبخش تقسیم وشود : 8 بیت MSB از 107 تا 114 و 24 بیت LSB از 121 تا 144 و باید به دسیمال تبدیل شود.
CUE: دامنه جمله تصحیح هارمونیک کسینوسی از عرض جغرافیایی مورد بحث که 16 بیتی از 151 تا 166 بصورت متتم 2 است و باید به دسیمال تبدیل شود.
:ESخروج از مرکز مدار ماهواره 32 بیتی باینری است و به دوقسمت MSB 8بیتی از 167 تا 174 و LSB 24 بیتی از 181 تا 204 تقسیم شده و باید به دسیمال تبدیل شود.
CUS: دامنه جمله تصحیح هارمونیک کسینوسی از طول جغرافیایی مورد بحث 16 بیتی متمم 2 از 211 تا 226 بوده و باید به دسیمال تبدیل شود.
JA: ریشه دوم محور شبه اصلی از شعاع ماهواره که 32 بیتی بوده به دوبخش 8بیتی MSB از 227 تا 234 و 24 بیتی LSB از 241 تا 264 تقسیم شده و باید به دسیمال تبدیل شود.
TOE: داده نجومی زمان مرجع : 16 بیتی از 271 تا 286 بصورت باینری است و باید به دسیمال تبدیل شود.
7-4 : بدست آوردن داده های تقویم نجومی (افمری) از فریم 3 :
داده های بدست آمده از فریم 3 نیز شبیه دوتای بالاست و بشرح ذیل :
CIE : دامنه جمله تصحیح هارمونیک کسینوسی زاویه انحراف : 16 بیتی از 61 تا 76 بصورت متمم 2 است و باید به دسیمال تبدیل شود.
00 : طول جغرافیایی گره بالارونده از صفحه ماهواره که بصورت هفتگی مبدا گذاری می شود. 32 بیتی متمم 2 است به دوبخش 8 بیتی MSB از 77 تا 84 و 24 بیتی LSB از 91 تا 114 و باید به دسیمال تبدیل شود
CIS : دامنه جمله تصحیح هارمونیک سینوسی زاویه انحراف : 16 بیتی از 121 تا 126 بصورت متمم 2 بوده و باید به دسیمال تبدیل شود.
IO : شیب انحراف زمان مرجع : 32 بیتی بصورت متمم 2 بوده به دوبخش MSB 8 بیتی از 137 تا 144 و 24 بیتی LSB از 151 تا 174 می باشد و باید به دسیمال تبدیل شود.
CRE : دامنه جمله تصحیح هارمونیک کسینوسی از شعاع مداری ماهواره که 16 بیتی بصورت متمم 2 از 181 تا 196 قراردارد و باید به دسیمال تبدیل شود.
W : شناسه مداری : 32 بیتی متمم 2 به دوبخش 8 بیتی MSB از 197 تا 204 و 24 بیتی LSB از 211 تا 234 است و باید به صورت دسیمال درآید.
Q : میزان صعود درخط راست : 24 بیتی از 241 تا 264 است و باید به دسیمال درآید.
lODE : انتشار داده نجومی : 8 بیتی از 271 تا 278 بوده .با دو بخش شبیه خود از افمری 2 مقایسه می گردد و اگر خطایی اتفاق افتاده باشد همه را حذف کرد و داده ها از نو جمع آوری می شوند.
IDOT : شیب زاویه صعود، 14 بیتی از 279 تا 292 بصورت متمم 2 بوده و باید به دسیمال تبدیل شود.
این نکته قابل ذکر است که TOW از فریم های 2 و 3 دیکود نمی شوند زیرا TOW فریم یک اطلاعات لازم را فراهم می کند. سایر داده ها از هر 3 فریم رمزگشایی شده و بصورت دسیمال درمی آیند و کار خود را انجام می دهند.در ادامه به چگونگی محاسبه موقعیت ماهواره و کاربر خواهیم پرداخت. برنامه های شماره 3 و 4 و 5 که در انتهای مبحث آمده برای بدست آوردن داده های ناوبری از فریم های 1 و2 و3 بکار می روند.
8-4 : مقادیر نوعی داده های تقویم نجومی (افمری) :
برخی از داده های تقویم نجومی به موقعیت کاربر وابسته هستند.و برخی دیگرکمتر به این موقعیت وابسته اند شبیه شیب صعود.برخی از داده ها که به موقعیت کاربر وابسته اند در جدول 1 آمده است. این اطلاعات از سه ماهواره مختلف گرفته شده اند.
| An | 5.117713173295686e-009 | 5.055924885279763e-009 | 4.529831542808932e-009 |
| Vas | 5.153714639663696e+003 | 5.153681760787964e+003 | 5.153659612655640e+003 |
| k[SUB]0[/SUB] | 9.560779626333219e-001 | 9.478276108359106e-001 | 9.581404971861649e-001 |
| Q | -8.277844805462636e-009 | -8.656432003710486e-009 | -7.999618930523888e-009 |
| idot | -6.393123442109902e-011 | 7.857470152313846e-011 | -6.468126566291079e-010 |
| e[SUB]s[/SUB] | 4.112668684683740e-003 | 1.435045502148569e-003 | 9.771452634595335e-003 |
| crs | -1.375000000000000e+000 | 1.093750000000000e+001 | -1.453125000000000e+001 |
| cuc | -1.583248376846314e-007 | 5.904585123062134e-007 | -7.711350917816162e-007 |
| cus | 4.576519131660461e-006 | 1.367181539535523e-006 | 1.043826341629028e-005 |
| cic | 2.048909664154053e-008 | 2.793967723846436e-008 | -1.471489667892456e-007 |
| cis | -8.940696716308594e-008 | 3.725290298461914e-009 | 1.862645149230957e-007 |
| crc | 2.872500000000000e+002 | 3.436875000000000e+002 | 1.749375000000000e+002 |
| a/0 | 6.267381832003593e-005 | 5.940999835729599e-005 | 3.222310915589333e-004 |
| a/1 | 1.136868377216160e-012 | 3.410605131648481e-012 | 6.662048690486699e-011 |
| a/2 *oc | 0 4.032000000000000e+005 | 0 4.031840000000000e+005 | 4.032000000000000e+005 |
| tgd | 4.656612873077393e-010 | 1.396983861923218e-009 | 1.396983861923218e-009 |
9-4 : یافتن اطلاعات PSUDE :
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image048.jpgدر جمع آوری داده های دیجیتال شده هیچ زمان مرجع مطلقی وجود ندارد. تنها زمان مرجع ، فرکانس نمونه برداری است.نتیجه اینکه PSUDE فقط به صورت نسبی چنان که درشکل 5 آمده است قابل اندازه گیری است ، زیرا که بایاس ساعت گیرنده GPS درمقدارناشناخته ای (برای ماهواره) قرار دارد.
در این شکل نقاط نشان داده شده داده های ورودی دیجیتالی انفرادی هستند و به فاصله 200ns از یکدیگر تفکیک شده اندزیرا نرخ نمونه برداری 5MHz می باشد.psude نسبی فاصله (یا زمان )بین دو نقطه مرجع است.در این شکل نقطه شروع از فریم یک به عنوان یک نقطه مرجع گرفته شده. تمام نقاط شروع فریم یک از ماهواره های مختلف (بجز ترم تصحیح ساعت ماهواره ها) از همین زمان آغاز می شود.از آنجاییکه شروع فریم 1 از ماهواره های مختلف در زمانهای متفاوت دریافت می شود، این اختلاف زمان(یا فاصله) گیرنده با ماهواره را نشان می دهد. بنابراین psude بصورت نسبی بدست می آید.فریم یک هر 30 ثانیه یکبار اتفاق می افتد و بیشینه تفاوت بین دو ماهواره حدود19ms می بشد.این اطلاعات تضمین می کند که ارسال فریم یک دریک زمان از ماهواره های مختلف مقایسه شود. به بیان دیگر،اگر اختلاف زمان بین دو ماهواه 10ms فاصله باشد، اولین فریم هردو باید در یک زمان ارسال شوند و نمی توانند با زمان 30ثانیه جدا شوند.
اکنون نقاط داده ه ورودی دیجیتالی متناظر با فریم یک باید پیدا شوند. این اطلاعات می تواند از 3 داده ورودی بدست آید:
1- نقطه شروع کد C/A که از برنامه ردگیری با تفکیک 10ms و دقت 200ns بدست می آید.
2- شروع اولین داده ناوبری که توضیح داده شد
3- تطبیق تفکیک زمانی 20ms که توضیح داده شد.
شکل 6 نسبت بین این سه کمیت را نشان می دهد.در اشکال ( الف و ب) نتیجه بدست آمده از داده های جمع آوری شده واقعی و شکل ( ج) نتایج ساختگی را نشان می دهد. قسمت بالایی شکل بیانگر داده های ورودی دیجیتالی از شروع کد C/A در 5000 نقطه ورودی دیجیتالی اولیه که از برنامه دسترسی بدست آمده می باشد.پایه این شروع کد از برنامه ردگیری بدست می آید.در قسمت پایین شکل شروع فریم 1 دیده می شود. این شکل برای یافتن شروع فریم در یک شروع از کد C/A استفاده می شود.
[G]4 مثال که در ادامه می آید این عملکرد را نشان می دهد. درشکل (6 الف ) تغییر حالت اولین فاز درنقطه صفر اتفاق می افتد و داده با 21نقطه بار می شود.اولین شیفت 180 درجه فاز برای محاسبه اولین نقطه داده ناوبری استفاده ی شود. شروع فریم یک در صدمین نقطه داده ناوبری (تفکیک 20ms) قراردارد.شروع متناظر کد C/A در196 (تفکیک 10ms) است.لذا نقطه داده ناوبری در196 با شروع فریم یک همخط می شود. این نسبت می تواند از شروع کد C/A با برچسب 1,2,3,… در پایین شکل بدست آید.نقطه داده های متناظر از شروع کدC/A ،9802893 یافت می شود. این عدد(9802893) از برنامه ردگیری بدست آمده. این شروع کد C/A با نشان 196 است و از برنامه ردگیری بدست می آید.
درشکل (6-ب) اولین نقطه ناوبری در 7ms اتفاق می افتد و داده با 14 نقطه درشروع بار می شود.شروع فریم 1 در صدمین نقطه داده ناوبری قرار دارد. شروع کد C/A درشروع فریم 1 برابر 196 است. شروع C/A متناظر عدد9803828 است. اگرچه این نقطه با شروع فریم یک هم خط نیست. در واقع برای هم ردیف کردن با شروع فریم یک با ید با یک 7ms بار شود. این مقدار 7ms از اولین نقطه داده ناوبری در 7ms که دربالای شکل دیده می شود بدست آمده.از آنجاییکه هر میلی ثانیه شامل 5000 داده دیجیتالی است، 5000 باید دراین 7ms ضرب شود تا نقطه شروع فریم یک درنقطه داده ورودی دیجیتالی بدست آید. بنابراین شروع فریم یک برابر 9803828 + 7 X 5000 = 9838828 می باشد.
fil
[B]درشکل (6- ج) اولین تغییرحالت فاز در [/B][B]10ms[/B][B] اتفاق افتاده و داده با 11 نقطه داده ناوبری بارمی شود.شروع فریم یک درصدمین نقطه داده ناوبری است. شروع کد[/B][B] C/A[/B][B]با شروع فریم یک در 197 هم ردیف است.شروع متناظر[/B][B] C/A[/B][B]مقدار[/B][B]9850115[/B][B] است.[/B]
[
[B]درشکل (6-د) اولین نقطه داده ناوبری در [/B][B]17ms[/B][B] و داده با [/B][B]4[/B][B] نقطه اول بار می شود.شروع فریم یک در [/B][B]99[/B][B] امین نقطه داده ناوبری است.شروع کد[/B][B]C/A[/B][B] درابتدای فریم یک مقدار195 است.این شروع متناظر کد[/B][B]C/A[/B][B] با نشان 195 برابر9752661 است. اگر چه برای همردیفی با فریم یک باید با[/B][B]7ms[/B][B] بار شود. از آنجاییکه شروع کد[/B][B]C/A[/B][B] تفکیک زمانی [/B][B]10ms[/B][B] دارد، 10 از 17 تفریق شده و برابر[/B][B]7ms[/B][B] می شود. مقدارنهایی برابر[/B][B]9752661 + 7 X 5000 = 9787661[/B][B] می باشد.از مطالب گفته شده می توان فهمید که دومرحله کار برای یافتن شروع فریم یک در یک نقطه داده دیجیتالی واقعی باید انجام شود. اولین کار پیدا کردن نشان شروع [/B][B]C/A[/B][B] درست قبل از فریم یک است. [/B]
[B]مرحله بعد یافتن زمان بین شروع کد [/B][B]C/A[/B][B] مطلوب برای شروع فریم یک است.مرحله اول از معادل زیر قابل حصول است:[/B]
[B]ind[/B][B] = 2 (sfb 1 - 2) + integer(navl/lO)[/B]
[B]که [/B][B]ind[/B][B] نشانگر شروع کد [/B][B]C/A[/B][B] مطلوب، [/B][B]sfb[/B][B] شروع فریم یک ،[/B][B] navl[/B][B] : اولین نقطه داده ناوبری و [/B][B]integer[/B][B] به معنی قسمت صحیح نتیجه است.[/B]
[B]درقدم دوم تفاوت میلی ثانیه ها [/B][B](difms)[/B][B] از رابطه زیربدست می آید.[/B]
[B]difms = rem(navl/lO ) [/B]
[B]دررابطه بالا [/B][B]rem[/B][B] به معنی باقیمانده حاصل پرانتز است.[/B]
[B]نقطه متناظر ورودی مطلوب از شروع فریم یک بصورت زیر است:[/B]
[B]dat = bca(ind) + difms X 5000 [/B]
[B]دراین رابطه [/B][B]dat[/B][B] : نقطه داده ورودی دیجیتالی و [/B][B]bcd[/B][B]: شروع کد[/B][B] C/A[/B][B]است. حال اجازه دهید از این سه معادله مقادیر مطلوب درشکل 6 را بدست آوریم . نتایج درجدول 2 نشان داده شده است.[/B]
[TABLE="align: left"]
[TR]
[TD][I]Sat[/I][/TD]
[TD]7
[I]nav 1[/I][/TD]
[TD][I]sfb 1[/I][/TD]
[TD]ind[/TD]
[TD]difms[/TD]
[TD][I]bca(ind)[/I][/TD]
[TD]dat[/TD]
[TD]diff of dat[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]a[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]196[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]9802893[/TD]
[TD]9802893[/TD]
[TD]0[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]b[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]196[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]9803828[/TD]
[TD]9838828[/TD]
[TD]35935[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]c[/TD]
[TD]10[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]197[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]9850115[/TD]
[TD]9850115[/TD]
[TD]47222[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]d[/TD]
[TD]17[/TD]
[TD]99[/TD]
[TD]195[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]9752661[/TD]
[TD]9787661[/TD]
[TD]-15232[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[B]ماهواره ها که با شماره [/B][B]a,b,c[/B][B] و[/B][B]d[/B][B] نشان داده شده اند بجای شماره واقعی ماهواره هاست زیرا اطلاعات ماهواره ها بصورت ساختگی و برای یافتن مقادیر خاص موجود است. مقادیر دردومین و سومین ستون از برنامه های تطبیق فریم و ردگیری بدست آمده اند.مقادیرستونهای 4 و5 و6 هم که از معادلات بالا بدست آمده اند.آخرین ستون هم اختلاف زمان نسبی با ماهواره [/B][B]a[/B][B] را نشان می دهد که از تفریق 9802893 از مقدار[/B][B]dat[/B][B] بدست آمده است.[/B]
[B]برای یافتن تفکیک زمانی بهتراز [/B][B]200ms[/B][B] برنامه ردگیری مورد استفاده قرار می گیرد.جهت سهولت ، زمانهای دقیق وابسته با شماره ([/B][B]196,197,195[/B][B]) برای یافتن [/B][B]psude[/B][B] مورد استفاده قرار میگیرد. [/B]
[B]برای نتیجه بهتر، مقدارزمان دقیق می تواند از دستکاری نقاط داده بیشتری استفاده کرد.می توان از زمانهای [/B][B]0,35935,4722 [/B][B]و[/B][B] -15232[/B][B] برای محاسبه [/B][B]psude[/B][B] استفاده کرد.بعضی از[/B][B]psude[/B][B] ها باید منفی باشند. یک مقدارثابت ممکن است برای مثبت شدن با زمان نسبی جمع شود، اگرچه این ضروری نیست اما یک راه مناسب است.از آنجاییکه تاخیرزمانی ازماهواره به کاربر درحدود [/B][B]67[/B][B] تا [/B][B]86[/B][B] میلی ثانیه است، یک مقداربین این دو عدد بطورمعقول انتخاب می شود.گرچه این بحث درمورد [/B][B]psude[/B][B] است ، مقادیر واقعی زمان می توانند با ضرب کردن در سرعت نوربه فاصله تبدیل شوند.[/B][B]psude (p)[/B][B] می تواند از رابطه زیر حساب شود:[/B]
[B]P = c( canst + diff of dat + finetime)[/B]
[B]دراین رابطه : [/B][B]c[/B][B] : سرعت نور و برابر [/B][B]299792458m/s[/B][B] ، [/B][B]const[/B][B]: یک ثابت قراردادی دلخواه برای مثبت کردن مقادیر[/B][B]Psude[/B][B] است. زمان گذر نسبی [/B][B](diff of dat)[/B][B] درآخرین ستون جدول 1 لیست شده است و زمان دقیق هم از برنامه ردگیری بدست می آید. می خواهیم با انتخاب مقدارثابت [/B][B] canst = 75 ms[/B][B] برای مثال بالا [/B][B]4 [/B][B] مقدار [/B][B]psude[/B][B] را حساب کنیم.[/B]
[B]PI = 299792458 X (75 X 10-3) [/B]
[B]pz = 299792458 X (75 X 10-3 + 35935 X 200 X 10-9) [/B]
[B]P3 = 299792458 X (75 X 10-3 + 47222 X 200 X 10-9) [/B]
[B] P4 = 299792458 X (75 X 10-3 - 15232 X 200 X 10-9) [/B]
[B]این معادله شامل مقدار دقیق نمی شود.برای داشتن مقادیرواقعی باید درمعادله زمان دقیق را قرار دهیم.[/B]
[B]10-4 : زمان گیری سیستم [/B][B]GPS[/B][B] در هنگام ارسال :[/B]
[B]تنها تفاوت بین جداول 2 و 3 درستون ششم است. شروع فریم 1 می تواند از فرمول زیرمحاسبه شود:[/B]
[B]dat = 10 X 5000 X ind + 5000 X difms + bca(ind)[/B]
[B]بدلیل اینکه [/B][B]dat[/B][B] تفکیک زمانی [/B][B]10ms[/B][B] دارد،[/B][B]difms[/B][B] یک تفکیک زمانی یک میلی ثانیه دارد و هرمیلی ثانیه [/B][B]5000[/B][B] نقطه داده دارد. دراین معادله از همان مقادیر [/B][B]dat[/B][B] درجدول قبلی استفاده می کنیم. درنرم افزار واقعی گیرنده [/B][B]GPS[/B][B] ، شروع کد [/B][B]C/A[/B][B] با مقادیر کمتر از [/B][B]5000[/B][B] محاسبه می شود.[/B]
[TABLE="width: 673, align: left"]
[TR]
[TD][I]Sat[/I][/TD]
[TD][I]nav 1[/I][/TD]
[TD][I]sfbl[/I][/TD]
[TD]inds[/TD]
[TD]difms[/TD]
[TD][I]bca(ind)[/I][/TD]
[TD]dat[/TD]
[TD]diff of dat[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]a[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]196[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]2893[/TD]
[TD]9802893[/TD]
[TD]0[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]b[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]196[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]3828[/TD]
[TD]9838828[/TD]
[TD]35935[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]c[/TD]
[TD]10[/TD]
[TD]100[/TD]
[TD]197[/TD]
[TD]0[/TD]
[TD]115[/TD]
[TD]9850115[/TD]
[TD]47222[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]d[/TD]
[TD]17[/TD]
[TD]99[/TD]
[TD]195[/TD]
[TD]7[/TD]
[TD]2661[/TD]
[TD]9787661[/TD]
[TD]-15232[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[B]11-4 : محاسبه موقعیت ماهواره ها :[/B]
[B]بیشتر محاسباتی که در موقعیت یابی ماهواره مورد استفاده قرار میگیرد دراینجا مورد بحث قرار می گیرد. از داده های بدست آمده برای محاسبه متوسط جابجایی استفاده می کنیم.[/B]
[IMG]file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image058.jpg
در اینجا μ = 9386005 × 108 m³ /s² : پارامتر عمومی گرانش زمین است. αs محور اصلی مدار ماهواره است که از فریم 2 در بیتهای 227-234 و 241 تا 264 بدست می آید و Δn اختلاف متوسط جابجایی است که از فریم 2 در بیتهای 91 تا 106 بدست می آید.
E =M + es sine
M میانگین ناهنجاری درمرجع زمان است که از فریم 2 بیتهای 107 تا 114 و 121 تا 144 بدست می آید.نا هنجاری خارج از مرکز E از معادله یافت می شود. esخروج از مرکز مدار ماهواره است که از فریم 2 ، بیتهای 167 تا 174 و 181 تا 204 بدست می آید.
[IM
F مقدارثابت -4.442807633 X 10-10 sec/ml/Z
file:///C:\DOCUME~1\ali\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image062.gif
af 0 , af 1, af 2, tGD, toc به ترتیب دربیتهای (271-292) ،(197-204)، (249-264) ،(241-248) و(219-234) قرار دارند.( Toc تصحیح زمان ماهواره و Tgd تخمین تفاضل تاخیر گروه است). کلیه موارد مذکور از فریم 1 بدست می آیند.
12-4 : محاسبه موقعیت کاربر دردستگاه مختصات کارتزین :
موقعیت کاربر از معادله زیر قابل محاسبه است:
[
fil[B]حل معادلات بالا کمی مشکل به نظر می رسد لذا از معادلات خطی شده زیر برای یافتن موقعیت کاربر می توان استفاده کرد.[/B]
[B]13-4 : تنظیم سیستم مختصاتی ماهواره ها :[/B]
[B]یک سیستم مختصات زمین مرکز ، زمین ثابت، برای این محاسبه تابع زمان است. زمانی که برای محاسبه موقعیت ماهواه بکار می رود با زمانی که برای تعیین موقعیت کاربر استفاده می شود متفاوت است. این دو زمان می بایست با یکدیگر تنظیم شوند. از سه معادله زیر برای تنظیم این زمانها استفاده می شود.[/B]
[B]اولین [/B][B]psude[/B][B] و زمان ارسال از معادلات زیر بدست می آیند.[/B]
jpg
دراین معادلات X, Y, Z و Xu, Yu, Zuبه ترتیب مختصات دکارتی ماهواره و کاربر بوده و e : سرعت نور می باشد. از ای زمان ارسال برای تصحیح زاویه erΩ درمعادله زیر استفاده می شود.
MG]
از erΩ جدید در اولین بخش معادلهفوق برای یافتن X,Y,Z درمختصات دکارتی جدید استفاده می شود.از این مختصات جدید ، Xu, Yu, zu جدید کاربر هم بدست می آید. این 4 معادله اخیر دائم و بصورت تکراری محاسبه می شوند تا هیچ تغییرموقعیت ماهواره و کاربری از قلم نیافتد.
14-4 : تبدیل موقعیت دکارتی کاربر به سیستم مختصات کروی :
یکبار که Xu, Yu, zu درسیستم مختصات دکارتی محاسبه شد باید به سیستم مختصات کروی تبدیل شود زیرا که موقعیت کاربر روی سطح زمین تابعی ازعرض L ، طول I و ارتفاع h می باشد چنانچه در معادله زیر دیده می شود:
jpg[/IMG]
دراین معادلاتLc عرض جغرافیایی است اگر چه سطح زمین کاملا کروی نیست ولی به هرحال شکل آن باید مورد ملاحظه قرارگیرد. عرض جغرافیایی L درنقشه ها مورد استفاده است لذا باید از روی Lc محاسبه شود.
jpg[/IMG]
ep دراینجا تفاضل قطبین است.دومین بخش ازمعادله بالا تکراری است. ارتفاع ازمعادله زیر قابل محاسبه است.
jpg[/IMG]
این سه مقدار(L,l,h) درمعادله بالا مختصات دقیق کاربرهستند.طول و عرض معمولا برحسب درجه ، دقیقه و ثانیه و یا درجه ودقیقه بیان می شوند.
قسمتی از برنامه رایانه ای در انتهای مبحث محاسبه موقعیت ماهواره را انجام می دهد، این برنامه از یک روش مجتمع در تصحیح موقعیت کاربر و ماهواره درارتباط با یکدیگر کمک می گیرد.
15-4 : برنامه عبور از بدست آوردن داده تا ردگیری آن :
مباحث بالا برپایه داده های دیجیتالی و ذخیره آن در حافظه استوار است. بهرحال دریک گیرنده با زمان واقعی ، اطلاعات بدست آمده از طریق جمع آوری داده (acquisition) ، بایستی از یک برنامه ردگیری (tracking) بگونه ای معقول عبور کنند.درروش نرم افزاری جمع آوری روی یک مجموعه داده قبلا فرض شده و ردگیری روی داده های رسیده انجام می شود. برای یک شدت سیگنال معمولی برنامه جمع آوری داده ( با یک پردازش گر رایانه ای پنتیوم 400MHz )کمتراز 1 ثانیه برای پردازش 1ms ازداده های دیجیتالی وقت نیاز دارد. بنابراین برنامه ردگیری ، پردازش داده ها را حدود یک ثانیه بعد از جمع آوری آن آغازمی کند که شکل شماره 7 نشانگر این مساله است.
jpg[/IMG]
سوالی که باید پاسخ داده شود اینست که آیا بیشینه زمان جمع آوری به اندازه کافی کوتاه است که برنامه ردگیری هنوز بتواند داده های جدید را پردازش کند.
این بخش ،بیشینه جداسازی زمان مجاز بین جمع آوری داده و ردگیری را نشان خواهد داد.این نتیجه با آزمایش حاصل شده است.
از جمع آوری داده ، دو پارامتر فرکانس و شروع کد C/A بدست می آید که برای برنامه ردگیری استفاده می شوند.به محض اینکه این دو پارامتر بدست آمد می توان ردگیری داده را آغاز کرد. کاریر بدست آمده از جمع آوری باید دربرنامه ردگیری مورد استفاده قرار گیرد.
اما یک شروع کد C/A دیگر بدست آمده از جمع آوری نیز باید در ورودی داده های مورد محاسبه باشد. دریک فرض عملی، شروع کد C/A ، از فرکانس موج حامل قابل محاسبه است. بنابراین ، یک مجموعه از داده های دیجیتالی باید ابتدا از راه آزمایش ، مورد بررسی قرار گیرند. روش بررسی ، پردازش داده های جمع آوری شده و یافتن نسبت بین فرکانس موج حامل و شروع کد C/Aاست. این نتیجه را می توان از ردگیری داده های چندین ماهواره بدست آورد.زمانی که برای یک ماهواره بدست آمد، برای کلیه ماهواره ها قابل استفاده می باشد.
داده هایی که برای این نمایش استفاده می شود از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال I-Q channel بدست آمده است.
یک فرکانس نمونه برداری طبیعی حدود 3.2MHz می باشد. داده ها بایک فرکانس نمونه برداری 6.4MHz و فرکانس مرکزی 1.6MHz به فرم واقعی تبدیل می شوند .
jpg[/IMG]شکل 8 شیفت نقطه شروع جمع شونده کدC/A را در برابر زمان نشان می دهد.حاصل یک خط راست است.به خطوط شیفت جمع شونده نگاه کنید. هرخط شامل 12400 نقطه داده ورودی بوده و مربوط به یک ماهواره مشخص است.اگر فرکانس نمونه برداری دقیق باشد، این خطوط باید دو شیب مثبت و منفی جهت نشان دادن شیفت فرکانسی مثبت ومنفی داپلرداشته باشند.
نتیجه ای که درشکل( 8) دیده می شود اینست که فرکانس نمونه برداری در 1.6MHz نیست زیرا شیب خطوط همگی مثبت هستند.شیب خطوط درمقابل شیفت فرکانسی اندازه گیری شده داپلردرشکل( 9) نشان داده شده است.
jpg[/IMG]
فرکانس اندازه گیری شده داپلر، اختلاف بین فرکانس اندازه گیری شده از برنامه ردگیری و فرکانس مرکزی 1.6MHz است.
نتایج اخیر به خط راست نزدیکترند.از مقایسه این دو شکل براحتی می توان شیفت مطلوب شروع C/A رابدست آورد. برای مثال :اگر یک مقدارمشخص از فرکانس داپلری اندازه گیری شود، از شکل 9 شیب خط جمع شونده بدست می آید. این شیب می تواند برای رسم خط نشان داده شده در شکل 8 مورد استفاده قرار گیرد. نقطه شروع جمع شونده کد C/A بصورت تابعی از زمان بدست می آید. از این روش برای یافتن ماکزیمم زمانی که داده جمع آوری می شود تا زمانی که مورد ردگیری قرارمی گیرد استفاده می شود. برای همه ماهواره ها کمینه زمان بدست آمده کمی بیش از 30 ثانیه است. فقط یک ثانیه زمان برای اجرای جمع آوری داده کافیست، لذا زمان زیادی برای عبور اطلاعات لازم به سمت برنامه ردگیری وجود دارد.
نتیجه اینکه دو پارامتر فرکانس حامل و شروع کد C/A می توانند برای یک گیرنده واقعی مورد استفاده قرارگیرند.
16-4 : برنامه های شبیه سازی قسمتهای مختلف تحلیل سیگنالینگ با نرم افزار مطلب :
1-16-4 : این برنامه برای یافتن شروع فریمها استفاده می شود.
% p9_l.m This program finds subframes
function start_sf 1 = findsf 1 (navd)
[nsat, n] = size(navd); marker = [1 -1 -1 -11-11 1] ; start_sf1= zeros(1, nsat);
for m = l:nsat,
c = xcorr (marker, navd(m, 1 : 360)) ; \ find data bit sequences that match preambles
indn = find(abs(c) >7 .99) ;
pts = indn - 360 + 1;
flag = 1 ;
n=l;
while flag & n <= length (pts) , pt = pts
;k = l;
err = 0; while k < 3 & -err, % check for preambles in next two subframes
sfmark = navd(m, pt + (k *300)
t + (k *300) + 7) ; if abs(sum(sfmark .*marker)) < 8,err = 1; end
k = k + 1 ; end
end_HOW = sum(navd(m, pt + 58
t + 59)) ; \ Check parity bits at end of HOWif end_HOW | err, % if anything wrong, go to next point
n = n+ 1; else
id = navd(m pt + 49
t + 51) ; \ Find subframe #if end_HOW = 2, % Find polarity of HOW word id = -id;
end
sf (m) = 0;
id = fliplr(id) ;
for k = 1:length(id),
if id(k) = 1,
sf = sf + 2 A (k - 1) ;
end end if sf (m) < 6 & sf (m) > 0, \ Ensure subframe #is 1-5
flag = 0 ; else
n = n + 1;
end end end
if -flag, % Find beginning of subframe #1 if sf(m) = 1,
start_sf1(m) = pt; else
start_sf1 (m) = pt + ((6 - sf(m)) *300) ;
id = navd(m, start_sf 1 (m) + 49 :start_sf 1 (m) + 51);
if id ~= [-1 -1 1] & id ~= [1 1 -1] ,
disp( ['Error in finding sat ' num2str(m) ' - sfl id did not match.'])
start_sfl(m) = 0; end end else
disp ( ['Error in finding sat ' num2str(m)]) end end
% This program finds subframes
function start_sfl = findsfl (navd)
[nsat, n] =size(navd); marker = [1 -1 -1 -11-11 1] ; start_sf1= zeros(1, nsat);
for m = l:nsat,
c = xcorr (marker, navd(m, 1:360)) ; \ find data bit sequences that match preambles
indn = find(abs(c)>7.99) ;
pts = indn - 360 + 1;
flag = 1;
n=l;
while flag & n <= length (pts) , pt = pts
;k = l;
err = 0;
while k < 3 & ~ error, % check for preambles in next two subframes
sfmark = navd(m, pt + [k *300)
t + (k *300) + 7) ; if abs (sum (sfmark .*marker)) < 8,err = 1; end
k = k + 1 ; end
end_HOW = sum(navd(m, pt + 58
t + 59)) ; \ Check parity bits at end of HOWif ~end_H0W | err, % If anything wrong, go to next point
n = n + 1 ; else
id = navd(m, pt + 49
t + 51) ; \ Find subframe #if end_H0W = 2, % Find polarity of HOW word id = -id;
end
sf (m) = 0;
id = fliplr(id) ;
for k = 1:length(id), if id(k) = 1,
sf = sf + 2 A (k - 1) ; end end if sf (m) < 6 & sf (m) > 0, \ Ensure subframe #is 1-5
flag = 0 ; else
n = n + 1 ; end end end
if -flag, % Find beginning of subframe #1 if sf(m) = 1,
start_sfl(m) = pt; else
start_sf 1 (m) = pt + ((6 - sf (m)) *300) ;
id = navd(m, start_sf 1 (m) + 49 :start_sfl (m) + 51);
if id ~= [-1 -1 1] & id ~= [1 1 -1] ,
disp( ['Error in finding sat ' num2str(m) ' - sfl id did not match.'])
start_sfl(m) = 0; end end else
disp( ['Error in finding sat ' num2str(m)]) end end
2-16-4 : این برنامه بیتهای توازن را برای صحت داده ها بررسی می کند.
% p9_2.m This program checks the parity code
function [pt, navd] =matchsubf (navd) ;
nsat = size(navd, 1) ;
pt = zeros(nsat);
pt = findsfl (navd) ' ;
dlen= (floor (size (navd, 2) / 30) - 1) *30;
hi =[111011000111110011010010];% from GPS Theory &
App p. 131
h2 = [0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1] ; % by B.W. Parkinson &
J.J. Spilker
h3= [1 0111011000111110011010 0] ;
h4= [0 1011101100011111001101 0] ;
h5= [1 0101110110001111100110 1] ;
h6= [0 01011011110101000100111];
H= [hi; h2; h3 ; h4 ; h5; h6] ;
for m = l:nsat; if pt(m)>0
for pnt=pt(m) :30
len, %for different initial pts D2 9 = navd(m, pnt-2); D3 0 =navd(m, pnt-1) ;navd(m, pnt
nt+23) =D30 *navd(m, pntnt+23); d = navd(m, pntnt+23); Df = [D29 D30 D29 D30 D30 D29] ; for k = 1:6,temp = H(k,
.*d;p(k) =prod([Df(k) temp (find (temp))]) ; end
if p~=navd(m, pnt+24
nt+29) , dispC Parity check failed!') end end end endind=find(pt~=0) ; pt=pt(ind) ; navd = -navd; navd=(navd+l) ./2;
\ This program checks the parity code
function [pt, navd] =matchsubf (navd) ;
nsat = size(navd,1);
pt = zeros(nsat);
pt = findsfl (navd) ' ;
dlen= (floor (size (navd,2) / 30) - 1) *30;
hi =[111011000111110011010010];% from GPS Theory &
App p.131
h2 = [0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1] ; % by B.W. Parkinson &
J. J. Spilker
h3= [1 0111011000111110011010 0] ;
h4= [0 1011101100011111001101 0] ;
h5= [1 0101110110001111100110 1] ;
h6= [0 01011011110101000100111];
H= [hi; h2; h3 ; h4 ; h5; h6] ;
for m=l:nsat; if pt(m)>0
for pnt=pt(m) :30
len, %for different initial pts D2 9 = navd(m, pnt-2); D3 0 = navd(m, pnt-1);navd(m, pnt
nt+23) =D30 *navd(m, pntnt+23); d = navd(m, pntnt+23); Df = [D29 D30 D29 D30 D30 D29] ; for k = 1:6,temp = H(k,
.*d;p (k) = prod ([Df (k) temp (find (temp)) ] ) ; end
if p ~= navd(m, pnt+24
nt+29), dispC Parity check failed!') end end end endind=find(pt~=0) ; pt=pt (ind) ; navd = -navd; navd=(navd+l) ./2;
3-16-4 : این برنامه داده های ناوبری در فریم یک را به اطلاعات افمری تبدیل می کند:
% p9_3.m DECODE1.M decode navigation data in subframe 1 into ephermeris data
function[week_no, tgd, toe, af2, afl, afO, iodel,towl]=decodel (points,navdata);
nsat=length(points); for m=l:nsat;
week_no (m)=bi2de(m,points(m) -1+70 :-l
oints(m) -1+61));tgd(m)=comp2dec(navdata(m,points(m) -l+2 04:-l
oints (m) -1+197), -31);toe (m)=bi2de(navdata(m,points(m) -1+234;-l
oints (m) -1+219)) *2A4;af2 (m)=comp2dec(navdata(m,points(m) -1+248:-l
oints(m) -1+241), -55) ;afl (m)=comp2dec(navdata(m,points(m) -1+264:-l
oints(m) -1+24 9), -43);af 0 (m)=comp2dec(navdata(m,points(m) -1+2 92:-l
oints(m) -1+271), -31);iodel(m, : ) = [navdata(m,points(m) -l+211
oints(m) -1+218)];towl(m)=bi2de(navdata(m,points(m) -l+47:-l
oints(m) -1+31))*6; end% DECODE1.M decode navigation data in subframe 1 into ephemeris data
for m=l:nsat;
week_no(m)=bi2de(navdata(m,points (m)-l+70:-l
oints (m)-l+61)) ;tgd(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+204 :-l
oints (m)-1+197), -31);toe (m)=bi2de (navdata(m,points (m) -1+234 :-l
oints (m)-1+219)) *2 A4;af2 (m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+248 : —1
oints (m) -1+241), -55) ;afl (m)=comp2dec (navdata (m, points (m)-1+264 :-l
oints (m)-1+249), -43);af 0 (m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+292 : —1
oints (m) -1+271), -31);iodel (m, : ) = [navdata (m, points (m) -1+211
oints (m)-1+218) ] ;towl(m)=bi2de (navdata (m,points (m)-1+47 :-l
oints (m)-1+31)) *6-6; end4-16-4 : این برنامه داده های ناوبری درفریم 2 را به اطلاعات افمری تبدیل می کند:
% p9_4 .m DECODE2 .M decode navigation data in subfram 2 into ephermeris data
clear angmat navd rymkmat load d:/gps/big_data/srvy8210; angmat=ang; ptnumat=transpt; rymkmat=fintime ;
[st navd]=navdat (angmat) ; *find naviga data (20ms) & first angle
transition
[point, navdata] =matsubf (navd) ; *find start pt of subfram 2 prod 0 Is
nsat=length(points); for n=l:nsat;
iode2 (m, : )=navdata(m,points (m)-l+61
oints (m)-l+68) ;crs(m)=comp2dec (navdata (m,points (m)-l+84 :-l
oints (m)-l+69) ,-5) ;deln(m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+106 :-l
oints (m)-l+91), -43)*pi;m01=navdata (m,points (m)-1+114 :-l
oints (m)-1+107) ; m02=navdata (m,points (m)-1+144 :-loints (m)-1+121) ; m03=[m02 mOl] ;mO(m)=comp2dec(m03, -31)*pi; clear mOl m02 m03 ;
cuc(m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+166 :-l
oints (m)-1+151), -29);el=navdata(m,points (m) -1+174 :-l
oints (m)-1+167) ; e2=navdata (m,points (m) -1+204 : —1 oints (m) -1+181) ; e3=[e2 el] ;e(m)=bi2de(e3)*2A(-33) ; clear el e2 e3;
cus(m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+226 :-l
oints (m)-1+211), -29);sal=navdata(m,points (m)-1+234 :-l
oints (m)-1+227) ; sa2=navdata(m,points (m)-1+264 :-loints (m)-1+241) ; sa3=[sa2 sal] ; sa(m)=bi2de(sa3)*2A(-19); clear sal sa2 sa3;toe (m)=bi2de (navdata (m,points (m) -1+286: -1
oints (m) -1+271)) *2A4 ; end% DECODE2.M decode navigation data in subframe 2 into ephemeris data
for m=l:nsat;
iode2 (m, : )=navdata(m,points (m)-l+61
oints (m)-l+68) ;crs(m)=comp2dec (navdata (m,points (m)-l+84 :-l
oints (m)-l+69) , -5);deln(m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+106 :-l
oints (m)-l+91), -43)*pi;m01=navdata (m,points (m)-1+114 :-l
oints (m)-1+107) ;m02=navdata (m, points (m)-1+144 : — l
oints (m)-1+121) ; m03=[m02 mOl];mO(m)=comp2dec(m03, -31)*pi; clear mOl m02 m03 ;
cue (m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+166 :-l
oints (m)-1+151), -29);el=navdata(m,points (m) -1+174 :-l
oints (m)-1+167) ; e2=navdata (m,points (m)-1+2 04 :-loints (m)-1+181) ; e3=[32 el] ;e(m)=bi2de(e3)*2A(-33) ; clear el e2 e3;
cus (m)=comp2dec (navdata (m,points (m) -1+226 :-l
oints (m)-1+211), -29);sal=navdata(m,points (m) -1+234 :-l
oints (m)-1+227) ; sa2=navdata(m,points (m) -1+264 :-loints (m)-1+241) ; sa3=[sa2 sal]; sa(m)=bi2de(sa3)*2A(-19) ; clear sal sa2 sa3;toe (m)=bi2de (navdata (m,points (m) -1+286: -1
oints (m) -1+271)) *2A4 ; end5-16-4 : این برنامه داده های ناوبری درفریم 3 را به اطلاعات افمری تبدیل می کند:
% p9_5.m DECODE3.M decode navigation data in subframe 3 into ephermeris data
clear angmat navd rymkmat load d:/gps/big_data/srvy8310; angmat=ang; ptnumat=transpt; rymkmat=fintime ;
[st navd]=navdat (angmat) ; *find naviga data (20ms) & first angle
transition
[points, navdata] =matsubf (navd) ; *find start pt of subfrm 3 pro 0 Is
nsat=length(points); for m=l:nsat;
cic (m)=comp2dec (navdata (m,points (m)-1+76 :-l
oints (m)-1+61) , -29);comegal=navdata(m,points (m)-l+84 :-l
oints (m)-l+77) ; comega2-navdata (m,points (m) -1+114 :-loints (m)-l+91) ; comega3=[comega2 comegal]; comegaO(m)=comp2dec(comega3, -31)*pi;clear comegal comega2 comega3;
cis(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+136 :-l
oints (m)-1+121), -29);i01=navdata (m,points (m)-1+144 :-l
oints (m)-1+137) ; i02=navdata (m,points (m)-1+174 :-loints (m)-1+151) ; i03=[i02 iOl] ;iO(m)=comp2dec(i03, -31)*pi; clear iOl i02 i03;
crc(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+196 :-l
oints (m)-1+181), -5);omegal=navdata(m,points (m) -1+2 04 :-l
oints(m)-1+197) ;omega2=navdata (m,points (m)-1+234 :-l
oints (m)-1+211) ;omega3=[omega2 omegal];
omega (m)=comp2dec(omega3,-31)*pi;
clear omegal omega2 omega3;
comegadot (m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+264 :-l
oints (m)-l+ 241),-43)*pi;iode3 (m, : )=navdata (m,points (m) -1+271
oints (m)-1+278) ;idot (m)=comp2dec (navdata(m,points (m) -1+292 :-l
oints (m)-1+279) , -43)*pi; end% DECODE3.M decode navigation data in subframe 3 into ephemeris data
for m=l:nsat;
cic(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-l+76 :-l
oints (m)-l+61) , -29);comegal=navdata(m,points (m)-l+84 :-l
oints(m)-l+77) ; comega2=navdata(m,points (m)-1+114 :-loints (m)-l+91) ; comega3=[comega2 comegal]; comegaO(m)=comp2dec(comega3,-31)*pi; clear comegal comega2 comega3;cis(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+136 :-l
oints (m)-1+121), -29);i01=navdata (m,points (m)-1+144 :-l
oints (m)-1+137) ; i02=navdata (m,points (m)-1+174 :-loints (m)-1+151) ; i03=[i02 iOl] ;iO (m)=comp2dec(i03,—31)*pi; clear iOl i02 i03;
crc(m)=comp2dec (navdata(m,points (m)-1+196 :-l
oints (m)-1+181), -5);omegal=navdata(m,points (m) -1+204 :-l
oints (m)-1+197) ;omega2=navdata (m,points (m) -1+234 : —1
oints (m) -1+211) ;omega3=[omega2 omegal] ;
omega (m)=comp2dec (omega3,-31) *pi;
clear omegal omega2 omega3;
comegadot (m)=comp2dec (navdata (m,points (m)-1+264 :-l
oints(m)-l+ 241),-43)*pi;iode3 (m, : )=navdata (m,points (m) -1+271
oints (m)-1+278) ;idot (m)=comp2dec (navdata (m,points (m)-l+2 92:-l
oints (m)-1+279) , -43)*pi; end6-16-4 : این برنامه از اطلاعات افمری برای یافتن موقعیت ماهواره ها در فضا استفاده می کند:
%p9_6.m SATPOSM.M Use ephemeris data to calculate satellite position \ modified for data generated from OUR OWN COLLECTED DATA receiver % generat find PR from coarse PR \ JT 24 Sept 96
function [outp]=p (inpdat) ; tc=inpdat(1); toe=inpdat (2) ; deln=inpdat (3) ; asq=inpdat (4) ; ra=inpdat(5); i=inpdat(6); w=inpdat(7); delra=inpdat(8); M=inpdat(9); idot=inpdat(10); e=inpdat(11); crs=inpdat(12); cuc=inpdat (13) ; cus=inpdat (14) ; cic=inpdat (15) ; cis=inpdat (16) ; crc=inpdat (17) ; af0=inpdat(18) ; afl=inpdat(19) ; af2=inpdat(2 0) ; toc=inpdat (21) ; tgd=inpdat(22); PRc=inpdat(23) ;
****define data
wer=7.2921151467e-5;
GM=3986005e8; a=asqA2; mu=GM; n=(mu/(aA3))A.5+deln;
if tc-toe>302400;
tC=tC-604800; elseif tc-toe< —3 024 00;
tC=tC+604800; end
M=M+n*(tc-toe);
Eold=M;
error=l;
while error>le-12;
E=M+e*sin(Eold);
error=abs(E-Eold);
Eold=E; end
F=-4.442807633e-10; deltr=F*e*asq*sin(E);
delt=af0+afl*(tc-toc)+af2*(tc-toc)A2+deltr-tgd; t=tc-delt;
vl=acos((cos(E)-e)/(l-e*cos (E))); v2=asin(((l-eA2)A.5)*sin(E)/(l-e*cos(E))); v=vl*sign(v2) ; %r=a*(l-eA2)/(l+e*cos(v));
phi=v+w;
delphi=cus*sin(2*phi)+cuc*cos(2*phi); delr=crc*cos(2*phi)+crs*sin(2*phi); deli=cic*cos(2*phi)+cis*sin(2*phi);
phi=phi+delphi; r=a*(l-e*cos(E)); r=r+delr;
i=i+deli+idot*(t-toe); omeger=ra+delra* (t-toe) -wer*t;
x=r*cos (phi) *cos (omeger)-r*sin (phi) *cos (i) *sin (omeger) ; y=r*cos(phi) *sin (omeger) +r*sin(phi) *cos(i) *cos (omeger) ; z=r*sin(phi) *sin(i) ;
PRf=PRc+delt*299792458; tf=t;
OUtp=[x y z PRf tf] ;
\ SATPOSM.M Use ephemeris data to calculate satellite position \ modified for data generated from OUR OWN COLLECTED DATA receiver % generat find RP from coarse PR \ JT 24 Sept 96
function [outp]=p (inpdat) ; tc=inpdat(1); toe=inpdat (2) ; deln=inpdat (3) ; asq=inpdat (4) ; ra=inpdat(5); i=inpdat(6); w=inpdat(7); delra=inpdat(8); M=inpdat(9); idot=inpdat(10); e=inpdat(11); crs=inpdat(12); cuc=inpdat (13) ; cus=inpdat (14) ; cic=inpdat (15) ; cis=inpdat (16) ; crc=inpdat (17) ; af0=inpdat(18) ; afl=inpdat(19) ; af2=inpdat(2 0) ; toc=inpdat (21) ; tgd=inpdat(22); PRc=inpdata(23):
****define data
wer=7.2921151467e-5; GM=398605e8; a=asqA2; mu=GM; n=(mu/(aA3))A.5+deln;
if tc-toe>302400; tC=tC-604800;
elseif tc-toe< —3 024 00;
tC=tC+604800; end
M=M+n*(tc-toe);
Eold=M;
error=l;
while error>le-12;
E=M+e*sin(Eold);
error=abs(E-Eold);
Eold=E; end
F=-4.442807633e-10; deltr=F*e*asq*sin(E);
delt=af0+afl*(tc-toc)+af2*(tc-toc)A2+deltr-tgd; t=tc-delt;
vl=acos((cos(E)-e)/(l-e*cos (E))); v2=asin(((l-eA2)A.5)*sin(E)/(l-e*cos(E))); v=vl*sign(v2) ; %r=a*(l-eA2)/(l+e*cos(v));
phi=v+w;
7-16-4 : این برنامه از داده های تصادفی (psude) و موقعیت ماهواره برای یافتن موقعیت گیرنده جی پی اس استفاده می کند:
% p9_7.m Userpos.m use pseudorange and satellite positions to
calculate user position
\ JT 30 April 96
function [upos] = userpos (inp) ;
[mm nn]=size(inp); nsat=nn;
xquess = 0; yquess = 0; zquess = 0; tc = 0;
sp = inp(1:3,l:nn);
pr = inp (4,
;qu(l) = xquess; qu(2) = yquess; qu(3) = zquess;
for j =l:nsat
rn(j)=((qu(l)-sp(l,j))A2+(qu(2)-sp(2,j))A2+(qu(3)-sp(3,j))A2) • 5; end
rnO = rn;
h
,4) = ones(nsat,l);erro = 1;
while erro > 0.01;
for j = l:nsat; f or k = 1:3 ;
h(j,k) = (qu(k)-sp(k,j) )/(rn(j)) ; **find h end
end
dr = pr - (rn + ones (l,nsat) *tc) ; **find del pr
dl = pinv(h) *dr' ;
tc = tc + dl(4) :
f or k = 1:3 ;
qu(k) =qu(k) + dl (k) ; **find new position
end
erro = dl(l)A2 + dl(2)A2 + dl(3)A2;
for j = l:nsat;
rn(j)=((qu(l)-sp(l,j))A2+(qu(2)-sp(2,j))A2+(qu(3)-sp(3,j))A2)' .5; **new pr
end
inp = sat_corr(inp', qu) '; ^Correct satellite position
sp = inp (1:3, l:nn) ; end
xuser = qu(l); yuser = qu(2); zuser = qu(3); bias = tc; format long format short
rsp = (xuserA2+yuserA2+zuserA2)A.5; Lc = atan(zuser/(xuserA2+yuserA2)A.5); lsp = atan(yuser/xuser)*180/pi;
e=l/2 98.257223563;
Ltemp=Lc;
errol=l;
while errol>le-6;
L=Lc+e*sin(2*Ltemp);
errol=abs(Ltemp-L) ;
Ltemp=L; end
Lflp-L*180/pi; re=6378137;
h=rsp-re*(l-e* (sin(L)A2)); upos = [xuser yuser zuser bias rsp Lflp lsp h] ' ;
\ Userpos.m use pseudorange and satellite positions to calculate user position
% JT 30 April 96
function [upos] = userpos (inp) ;
[mm nn]=size(inp); nsat=nn;
xquess = 0; yquess = 0; zquess = 0; tc = 0;
sp = inp(1:3,l:nn);
pr = inp (4,
;qu(l) = xquess; qu(2) = yquess; qu(3) = zquess;
for j =l:nsat
rn(j)=((qu(l)-sp(l,j))A2+(qu(2)-sp(2,j))A2+(qu(3)-sp(3,j))A2)A • 5; end
rnO = rn;
h
,4) = ones (nsat, 1) ;erro = 1;
while erro > 0.01;
for j = l:nsat; f or k = 1:3 ;
h(j,k) = (qu(k)-sp(k,j) )/(rn(j)) ; **find h end
end
dr = pr - (rn + ones (1,nsat) *tc) ; **find del pr
dl = pinv(h) *dr' ;
tc = tc + dl(4) ;
f or k = 1:3 ;
qu(k) =qu(k) + dl (k) ; **find new position
end
erro = dl(l)A2 + dl(2)A2 + dl(3)A2;
for j = l:nsat;
rn(j)=((qu(l)-sp(l,j))A2+(qu(2)-sp(2,j))A2+(qu(3)-sp(3,j))A2) .5; **new pr
end
inp = sat_corr(inp', qu) '; ^Correct satellite position
sp = inp(l:3,l:nn); end
xuser = qu(l); yuser = qu(2); zuser = qu(3); bias = tc; format long format short
rsp = (xuserA2+yuserA2+zuserA2)A.5; Lc = atan (zuser/(zuser/(xuserA2+yuserA2)A.5;
lsp = atan(yuser/xuser)*180/pi;
e=l/2 98.257223563;
Ltemp=Lc;
errol=l;
while errol>le-6;
L=Lc+e*sin(2*Ltemp);
errol=abs(Ltemp-L) ;
Ltemp=L; end
Lflp=L*180/pi; re=6378137;
h=rsp-re*(l-e* (sin(L) A2)) ; upos = [xuser yuser zuser bias rsp Lflp lsp h] ' ;
8-16-4 : این برنامه که بوسیله برنامه قبلی فراخوانی می شود برای تصحیح موقعیت ماهواره ها استفاده میشود:
% p9_7_l.m This program corrects satellite position and called by program 9_7
function outp = sat_corr (satpl, userp)
[m, n] = size (satpl) ;
outp = satpl;
Omegadot_e = 7.2921151467e-5;
C = 299792458;
for k = l:m,
x = satpl (k, 1) ;
y = satpl (k, 2) ;
z = satpl (k, 3) ;
r = satpl (k, 6) ;
i = satpl (k, 7) ;
phi = satpl (k, 8) ;
omeger = satpl(k, 9) ;
xp = r *cos(phi); %In-plane x position
yp = r *sin(phi); %In-plane y position
xr = userp (1) ; yr = userp (2) ; zr = userp (3) ;
err = 1000;
where err > 1,
xold = x; yold = y; zold = z;
tprop = ((x - xr) A2 + (y-yr) A2 + (z- zr) A2) A0.5/c;
tprop = ((x - xr) A2 + (y-yr) A2 + (z- zr) A2) A0.5/c;
Omega_p = omeger - Omegadot_e *tprop;
x = xp *cos (Omega_p) -yp*cos(i) *sin(Omega_p) ;
y = xp *sin(Omega_p) + yp *cos(i) *cos (Omega_p) ;
z = yp *sin(i) ;
err = ((x - xold) A 2 + (y - yold) A 2 + (z - zold) A 2) A 0.5; end
OUtp(k, 1:3) = [x y z] ; end
