مبانی GPS

 

مبانی GPSعنوان پستی است که قرار است با شما به اشتراک بگذاریم. امیدواریم که این پست جذاب مورد پسندشما قرار بگیرد. این پست توسط ونوس نصیرفام تهیه و تقدیم می گردد.

مقدمه

روش‌های مرسوم پیمایش و جهت‌یابی به مشاهدات میدانی و نجومی کسل‌کننده برای استخراج اطلاعات موقعیتی و جهتی نیاز دارند. پیشرفت سریع در انتقال سیگنال فرکانس بالاتر و سیگنال‌های ساعت دقیق همراه با فن‌آوری پیشرفته ماهواره‌ای منجر به توسعه سیستم موقعیت‌یابی (GPS) جهانی شده است. نتیجه یک بررسی معمولی GPS شامل زمین مرکزی موقعیت دقیق تا ۱۰ متر و موقعیت‌های نسبی بین مکان‌های گیرنده تا سطح سانتی‌متربهتر است. جنبه تکنولوژیکی و همچنین کاربردهای GPS در زمینه‌های مختلف در این پست مورد بحث قرار گرفته است.

معرفی

روش‌های سنتی نقشه‌برداری و ناوبری میدانی  و نجومی جهت مشاهده استخراج موقعیت و جهت اطلاعات متوسل می‌شوند. شرایط متنوع حوزه، تغییرات فصلی و بسیاری از آنها درشرایط اجتناب‌ناپذیر همیشه رویکرد میدانی سنتی را تحت تأثیر دارد. با این‌حال، با‌توجه به پیشرفت سریع در سیستم‌های الکترونیکی، همه جنبه‌های زندگی انسان تا حد زیادی تحت تأثیر قرار می‌گیرد. درزمینه نقشه‌برداری و ناوبری لوازم برقی بسیار سودمند است. بسیاری از موقعیت‌های بحرانی بررسی/ناوبری اکنون به راحتی و با دقت در زمان کوتاهی حل می‌شوند. رصد نجومی اجرام سماوی یکی از روش‌های استاندارد به‌دست آوردن مختصات یک موقعیت بود. این روش مستعد دید و شرایط آب‌و‌هوایی و نیاز به رسیدگی ومتخصص دارد. از اوایل دهه ۱۹۶۰ توسط ایالات متحده برای استفاده از ماهواره های مصنوعی فضایی ساخته شد.سیستم ترانزیت به طور‌گسترده برای ایجاد شبکه‌ای از نقاط کنترل در مناطق بزرگ مورد استفاده قرار گرفت. ایجاد داده‌های زمین مرکزی مدرن و رابطه آن به داده محلی با موفقیت از طریق ترانزیت به‌دست آمد. بهبود سریع در سیگنال‌های ساعتی با سرعت بالاتر و دقیق به همراه فن‌آوری پیشرفته ماهواره‌ای پایدار برای توسعه سیستم موقعیت‌یابی جهانی بسیار مفید بوده است.NAVSTAR GPS (سیستم ناوبری با زمان و محدوده موقعیت‌یابی جهانی سیستم) یک سیستم ناوبری رادیویی مبتنی بر ماهواره است که موقعیت اطلاعات دقیق سه‌بعدی، دوره و زمان به کاربر مجهز ارائه می‌دهد.

GPS از سال ۱۹۷۳ در ایالات‌متحده در حال توسعه است. وزارت دفاع ایالات‌متحده آمریکا به‌عنوان یک منبع ناوبری و موقعیت‌یابی درسراسر جهان برای استفاده نظامی و همچنین غیرنظامی به مدت ۲۴ ساعت و در تمام شرایط آب و هوایی در درجه اول آن را توسعه داد.
NAVSTAR GPS در پیکربندی نهایی خود از ۲۱ ماهواره (به اضافه ۳ ماهواره یدکی فعال) در ارتفاع ۲۰۲۰۰ کیلومتری از سطح زمین تشکیل شده است.
این ماهواره‌ها به‌گونه‌ای در مدار قرار گرفته‌اند که حداقل چهار ماهواره بالای افق در هر نقطه از زمین، در هر زمانی از روز قابل مشاهده باشند. Yماهواره‌های جی‌پی‌اس در فرکانس های L1 = 1575.42 مگاهرتز وL2 = 1227.6 مگاهرتز که با دو نوع کد مدوله شده است. P-code و کد C/A و با پیام ناوبری است. به‌طور عمده دو نوع قابل مشاهده مورد توجه کاربر است.

در محدوده شبه فاصله بین ماهواره و گیرنده GPS به اضافه یک عبارت اصلاحی کوچک برای خطای ساعت گیرنده برای موقعیت‌یابی مشاهده می‌شود در‌حالی‌که در فاز حامل تکنیک‌ها، تفاوت بین فاز سیگنال حامل ارسال توسط ماهواره و فاز نوسانگر گیرنده در دوره مشاهده شده تا اطلاعات دقیق استخراج شود. ماهواره‌های GPS به‌عنوان نقاط مرجعی عمل می‌کنندکه گیرنده‌ها روی آن‌ها زمین موقعیت آنها را تشخیص دهد. اصل پایه ناوبری در مورد اندازه‌گیری شبه نارنجی بین کاربر و چهار ماهواره است. ایستگاه‌های زمینی به‌طور‌دقیق بر مدار هر ماهواره و توسط آن نظارت می‌کنند، اندازه‌گیری زمان سفر سیگنال‌های ارسال شده از ماهواره چهار فاصله بین‌گیرنده و موقعیت‌ماهواره،جهت و سرعت دقیق را نشان می‌دهد. اگرچه اندازه گیری‌های سه‌بردکافی است، اما مشاهده چهارم برای حل خطای ساعت هماهنگ‌سازی بین‌گیرنده و ماهواره ضروری است. بنابراین، اصطلاح “شبه‌ها” مشتق شده است. راز اندازه‌گیری GPS به دلیل توانایی اندازه‌گیری فازهای حامل تا حدود ۱/۱۰۰ سیکل معادل ۲ تا ۳ میلی‌متر در فاصله خطی است.

علاوه بر این سیگنال بالا حامل فرکانس L1 و L2 می‌تواند به راحتی به یونوسفر نفوذ کند تا اثر آن را کاهش دهد. مشاهدات فرکانس دوگانه برای جداسازی ایستگاه‌های بزرگ و برای حذف اکثر خطای پارامترها است. پیشرفت چشمگیری در طراحی و کوچک‌سازی ساعت پایدار صورت گرفته است. مدارهای ماهواره جی‌پی‌اس به دلیل ارتفاع زیاد و بدون کشش جو است. با‌این‌حال، تأثیر خورشید و ماه بر مدار GPS اگرچه قابل‌توجه است، اما می‌توان آن را به‌طور کامل محاسبه کرد و اثر فشار تابش‌خورشیدی بر مدار و تأخیر سیگنال تروپوسفر تا حد زیادی از تجربه گذشته برای به‌دست‌آوردن اطلاعات‌دقیق برای برنامه‌های مختلف در حال‌حاضر به‌صورت مدل سازی شده است. مقایسه ویژگی‌های اصلی ترانزیت و GPS پیشرفت تکنولوژی در زمینه سیستم موقعیت‌یابی مبتنی بر فضا نشان می‌دهد.
GPS جهت ارائه دقت ناوبری ± ۱۰ متر تا ۱۵ ± متر طراحی شده است. با این‌حال، دقت متر در حالت دیفرانسیل به‌دست آمده وثابت‌شده که انواع گسترده‌ای از مشکلات در ژئودزی و ژئودینامیک می‌توان از طریق GPS مقابله کرد.

استفاده همه جانبه از GPS برای نیازهای غیرنظامی در زمینه‌‌های زیر بوده که با موفقیت تمرین کرد. ناوبری در زمین، دریا، هوا، فضا، با دقت بالا نقشه‌برداری سینماتیک روی زمین، نقشه‌برداری کاداستر، شبکه‌کنترل تراکم ژئودزی، موقعیت‌یابی هواپیما بادقت بالا، فتوگرامتری بدون‌کنترل‌زمین، نظارت بر تغییر شکل‌ها، بررسی‌های هیدروگرافی، کنترل‌فعال‌نظرسنجی و بسیاری از مشاغل مشابه دیگر مرتبط با ناوبری و موقعیت‌یابی. نتیجه یک بررسی معمولی GPS شامل موقعیت زمین‌مرکزی با دقت موقعیت‌های نسبی۱۰متری بین مکان‌های گیرنده تا سطح سانتی‌متر یا بهتر است.

بخش‌های GPS

برای درک بهترGPS، ما معمولاً سه بخش اصلی را در نظر می‌گیریم. بخش فضا، بخش کنترل و بخش کاربر. معاملات بخش فضایی با سیستم‌های ماهواره‌های GPS، بخش کنترل زمان‌زمینی و پیش‌بینی کنترل مدار و در بخش کاربر انواع مختلف GPS موجود گیرنده و کاربرد آن رسیدگی می‌شود.
GLONASS (سیستم ناوبری و نقشه‌برداری جهانی) یک سیستم مشابه GPSتوسط اتحادجماهیرشوروی‌سابق درحال‌توسعه است و به‌عنوان یک سیستم مکمل ارزشمند GPS جهت کاربردهای آینده در نظر گرفته می‌شود.

بخش فضایی

بخش فضایی شامل۲۱ ماهواره GPS با اضافه شدن ۳ عدد یدکی فعال خواهد بود. این ماهواره‌ها تقریباً درشش مداردایره‌ای با شیب از ۵۵ درجه قرار می‌گیرند. ارتفاع مداری این ماهواره‌ها حدود ۲۰۲۰۰ کیلومتر مربوط به حدود۲۶۶۰۰ کیلومتر از محور نیمه اصلی است. دوره مداری دقیقاً ساعت ۱۲ زمان غیر‌واقعی است و این ماهواره مکرر پیکربندی پیشرفت هر روزه با توجه به زمان جهانی چهار دقیقه را فراهم می کند.

شش صفحه مداری A تا F با جدایی ۶۰ درجه در صعود راست (تقاطع از استوا) وجود دارد. موقعیت یک ماهواره دریک مدار خاص را می‌توان با استدلال عرض جغرافیایی یا میانگین ناهنجاری M برای یک دوره معین شناسایی کرد.
ماهواره‌های GPS به‌طور کلی به سه بلوک تقسیم می‌شوند: ماهواره بلوک۱ مربوط به مرحله توسعه، بلوک۲    نشان‌دهنده ماهواره تولید و بلوک IIR مجدداً/ماهواره یدکی است.
طبق بلوک۱، ماهواره‌های NAVSTAR1 تا ۱۱ قبل از سال ۱۹۷۸ تا ۱۹۸۵ در دو هواپیمای مداری با شیب ۶۳ درجه پرتاب شدند. عمر طراحی این نمونه‌های آزمایشی ماهواره‌ها تنها پنج سال بوده است، اما دوره عملیاتی آن بوده است در بیشتر موارد از آن فراتر رفت.

اولین ماهواره تولیدی بلوک۲ در فوریه ۱۹۸۹ با استفاده از راکت تقویت کننده داگلاس دلتا ۲ به فضا پرتاب شد. در مجموع ۲۸ ماهواره بلوک۲ برای پشتیبانی از پیکربندی ماهواره‌ای ۲۱+۳ برنامه‌ریزی شده است. ماهواره‌های بلوک۲ عمری بین ۵-۷ سال طراحی کرده‌اند.

برای حفظ تسهیلاتGPS، توسعه ماهواره‌های پیگیری تحت بلوک۲ Rشروع شده است. درصورت لزوم، بیست ماهواره تکمیلی جایگزین ماهواره بلوک۲ کنونی خواهند شد. این ماهواره‌های GPS تحت‌تأثیر بلوکIR توانایی بیشتری برای اندازه‌گیری فواصل بین ماهواره‌ها دارد و همچنین برای اطلاعات زمان واقعی، گذر زمان را روی هواپیما محاسبه می‌کند.
انرژی الکتریکی از طریق دو پنل خورشیدی با مساحت ۷٫۲ مترمربع هر کدام تولید می‌شود. با این حال، باتری پشتیبان اضافی برای تأمین انرژی زمانی که ماهواره به منطقه سایه زمین حرکت می‌کند، ارائه می‌شود. وزن هر ماهواره ۸۴۵ کیلوگرم است و دارای سیستم رانش برای تثبیت موقعیت و مانورهای مداری است.

ماهواره‌های GPS دارای استاندارد فرکانس عملکرد بسیار بالایی با یک دقت بین ۱X10-12 تا ۱X10-13  و بنابراین قادر به ایجاد پایه زمانی دقیق هستند.
ماهواره‌های بلوک۱ تا حدی تنها به نوسانگرهای کوارتز مجهز بودند اما ماهواره‌های بلوک۲ دارای دو استاندارد فرکانس سزیم و دو استاندارد روبیدیوم استانداردهای فرکانس هستند. با استفاده از فرکانس اساسی ۱۰٫۲۳ مگاهرتز، دو حامل فرکانس‌ها برای انتقال کدهای سیگنال تولید می‌شوند.

اصل مشاهده و ساختار سیگنال

NAVSTAR GPS یک سیستم برد یک طرفه است، یعنی سیگنال‌ها فقط توسط ماهواره ارسال می‌شود. زمان سفر سیگنال بین ماهواره و گیرنده مشاهده می‌شود و فاصله برد از طریق آگاهی از انتشار سرعت سیگنال محاسبه می‎‌شود. محدوده یک طرفه به معنای خواندن ساعت در آنتن ارسالی با یک ساعت خواندن در آنتن گیرنده مقایسه می‌شود.اما از آنجایی که دو ساعت به‌طور دقیق همگام نیستند، زمان سفر سیگنال مشاهده شده با خطای همگام‌سازی سیستماتیک جانبداری می‎شود. محدوده‌های جانبدارانه به شبه نارنجی معروفند. مشاهدات همزمان چهارشبه برای تعیین مختصات X، Y، Z آنتن کاربر و جانب ساعت ضروری است.

موقعیت‌یابی زمان واقعی از طریق سیگنال‌های GPS با مدولاسیون فرکانس حامل با کدهای نویز شبه تصادفی (PRN) امکان‌پذیر است.
اینها دنباله مقادیر باینری (صفر و یک یا ۱+ و ۱-) دارای کاراکتر تصادفی اما قابل‌شناسایی به‌طور مشخص هستند. بنابراین شبه نارنجی‌ها از زمان سفر یک کد سیگنال PRN شناسایی شده به‌دست می‌آیند. دو کد مختلف یعنی کد P و کد C/A در حال استفاده هستند. P به معنی دقت یا محافظت شده و C/A به معنای کسب واضح/اکتساب یا ناهنجار است.

کد P دارای فرکانس ۱۰٫۲۳ مگاهرتز است. این به دنباله ای از ۱۰٫۲۳ میلیون رقم باینری یا تراشه در ثانیه اشاره دارد. این فرکانس به عنوان نرخ برش کدP نیز نامیده می شود. طول موج مربوط به یک تراشه ۲۹٫۳۰ متر است. دنباله کد Pبسیار طولانی است و تنها پس از ۲۶۶ روز تکرار می‌شود. بخش های هفت روزه هر کدام به ماهواره های مختلف اختصاص داده شده است. در نتیجه، همه ماهواره‌ها می‌توانند در فرکانس یکسان توسط بخش منحصربه‌فرد یک هفته‌ای آنها شناسایی شده ارسال کنند.این تکنیک به‌عنوان دسترسی چندگانه تقسیم کد (CDMA) نیز نامیده می‌شود. P-code کد اصلی است ناوبری و در فرکانس‌های حامل L1 و L2 در دسترس است. کد C/A تنها یک میلی ثانیه طول دارد. نرخ برش آن ۱٫۰۲۳ مگاهرتز با طول موج متناظر ۳۰۰ متر است. کد C/A فقط است در حامل L1 ارسال می‌شود.

گیرنده GPS معمولاً یک کپی از دنباله کد برای تعیین زمان انتشار سیگنال دارد. این دنباله کد به صورت مرحله به مرحله در زمان تغییر فاز داده و با سیگنال کد دریافتی همبستگی تا زمانی که حداکثر همبستگی حاصل شود. تغییر فاز لازم در دو دنباله کد، معیاری از زمان سفر بین ماهواره و آنتن گیرنده سیگنال است. این تکنیک را می‌توان به عنوان مشاهده فاز کد توضیح داد. برای کاربردهای ژئودتیکی دقیق، پرتقال‌های کاذب باید از اندازه‌گیری فاز روی سیگنال‌های حامل به‌دلیل وضوح بسیار بالاتر استخراج شوند. مشکلات تعیین ابهام برای چنین مشاهداتی حیاتی است.
نوع سوم سیگنالی که از ماهواره جی پی اس ارسال می‌شود، پخش پیام با سرعت نسبتاً آهسته ۵۰ بیت در ثانیه(۵۰ bps)هر۳۰ ثانیه ارسال و تکرار می‌شود. دنباله تراشه کد P و کد C/A به طور جداگانه هستند ترکیب با جریان بیت پیام با جمع دودویی یعنی همان مقدار برای کد و تراشه پیام ۰ می‌دهد و مقادیر مختلف به ۱ می رسد. ساختار سیگنال امکان تغییر فاز و تغییر فاز را فراهم می‌کند (داپلر اثر) باید همراه با انتشار سیگنال مستقیم اندازه‌گیری شود.

ساختار داده‌های ناوبری GPS

کاربر برای دسترسی به داده‌های ناوبری باید سیگنال داده را رمزگشایی کند. برای اهداف ناوبری خطی، پردازنده داخلی گیرنده رمزگشایی را انجام می دهد. اکثر سازندگان گیرنده GPS نرم‌افزار رمزگشایی را برای اهداف پس پردازش ارائه می‌دهند.
با نرخ بیت ۵۰ bps و زمان چرخه ۳۰ ثانیه، کل محتوای اطلاعات یک مجموعه داده ناوبری ۱۵۰۰ بیت است. فریم کامل داده به پنج فریم فرعی شش ثانیه‌ای شامل تکه‌های اطلاعات۳۰۰ تقسیم می‌شود. هر زیر فریم حاوی کلمات داده هر کدام ۳۰ بیت است. شش‌تای آن بیت‌های کنترلی هستند. دو کلمه اول هر زیرفریم عبارتند از: کار تله متری (TLM) و(HOW) C/A-P-Code Hand over Work. کار TheTLM شامل یک همگام‌سازی الگو، که دسترسی به داده‌های ناوبری را تسهیل می‌کند.

رکورد داده های ناوبری به سه بلوک داده تقسیم می‌شود:

بلوک داده I:

در اولین فریم فریم ظاهر می شود و حاوی ضریب/جانبداری ساعت است.

بلوک داده II:

در فریم دوم و سوم ظاهر می‌شود و شامل تمام پارامترهای لازم برای محاسبه مختصات ماهواره است.

بلوک دادهIII:

در زیر فریم‌های چهارم و پنجم و شامل داده‌های سالنامه با پارامتر ساعت و ephemeris برای تمام ماهواره‌های موجود سیستم GPS ظاهر می‌شود. این بلوک داده همچنین شامل پارامترهای تصحیح یونوسفر و اطلاعات الفبایی عددی خاص برای کاربران مجاز است. بر خلاف دو بلوک اول، زیرفریم چهار و پنج هر ۳۰ ثانیه تکرار نمی‌شود.

سیستم محدودیت دقت بین‌المللی

از آنجایی که GPS یک سیستم ناوبری نظامی ایالات‌متحده است، دسترسی محدودی به‌دقت کلی سیستم در دسترس کاربران غیرنظامی است. خدماتی که در دسترس غیرنظامیان سیستم موقعیت‌یابی استاندارد (SPS) نامیده می‌شوند درحالی‌که سرویسی که در اختیار کاربران مجاز قرار می‌گیرد، سرویس موقعیت‌یابی دقیق (PPS) نامیده می‌شود. بر اساس خط‌مشی فعلی، دقت موجود برای کاربران SPS 100 متر، ۲ بعدی RMS و برای کاربرانPPS 10 تا ۲۰ متر به صورت سه‌بعدی است. محدودیت اضافی یعنی ضدجعل (AS) و در دسترس بودن انتخابی (SA) بیشتر برای کاربران غیرنظامی تحمیل شد. تحت AS، فقط کاربران مجاز ابزار دسترسی به P-code را خواهند داشت. با تحمیل شرطSA، دقت‌موقعیتی از ماهواره بلوک۲ به‌طور‌تصادفی برای کاربران SPS جبران شد. از ۱ می ۲۰۰۰ طبق اعلام رئیس‌جمهور‌ایالات‌متحده،SA برای همه کاربران مبهم است.

زمان‌سیستم GPS توسط نوسانگر سزیم در یک ایستگاه مانیتور انتخاب شده تعریف می‌شود. با این‌حال، هیچ پارامتر ساعت برای این ایستگاه مشتق نشده است. زمان GPS با یک عدد هفته و تعداد ثانیه از ابتدای هفته جاری نشان داده می‌شود. بنابراین زمان GPS بین۰ در ابتدای هفته تا ۶,۰۴,۸۰۰ در پایان هفته متغیراست. جی‌پی‌اس اولیه دوره ۵ ژانویه ۱۹۸۰ در ساعت ۰ به وقت جهانی است. بنابراین، هفته GPS در نیمه شب(UT) بین شنبه و یکشنبه شروع می‌شود.
زمان GPS یک مقیاس زمانی پیوسته است و توسط ساعت اصلی در ایستگاه کنترل اصلی(MCS) تعریف می شود. ثانیه‌های کبیسه مقیاس زمانی UTC است و رانش در ساعت MCS نشان می‌دهد که زمان GPS و UTC یکسان نیستند. تفاوت این است به‌طور مداوم توسط بخش کنترل نظارت می‌شود و در پیام ناوبری برای کاربران پخش می‌شود. اختلاف حدود ۷ ثانیه در جولای ۱۹۹۲ مشاهده شد. ماهواره GPS با دو طرح شماره‌گذاری متفاوت شناسایی می شود. بر اساس دنباله پرتاب، شماره SVN (شماره وسیله نقلیه فضایی) یا NAVSTAR اختصاص داده شده است. PRN (صدای تصادفی شبه) یا SVID (شناسایی وسیله نقلیه فضایی) عدد مربوط به نظم مداری و بخش PRN خاص است به ماهواره اختصاص داده شده است. معمولاً گیرنده GPS شماره PRN را نمایش می‌دهد.

بخش کنترل

بخش کنترل پیوند حیاتی در فن‌آوری GPS است. توابع اصلی از بخش کنترل هستند:
_ پایش و کنترل سیستم ماهواره‌ای به صورت مستمر
_تعیین زمان سیستم GPS
_ پیش‌بینی زودگذر ماهواره و رفتار هر ساعت ماهواره‌ای
_ به‌طور دوره‌ای پیام ناوبری را برای هر ماهواره خاص به‌روز کنند.
برای نظارت و کنترل مستمر ماهواره‌های GPS یک کنترل اصلی ایستگاه ها (MCS)، چندین ایستگاه مانیتور (MS) و آنتن های زمینی (GA) در سرتاسر جهان قرار دارند. بخش کنترل عملیاتی(OCS) متشکل از MCS در نزدیکی چشمه های کلرادو (ایالات‌متحده‌آمریکا)، سه MS و GA در Kwajaleian است.

بخش کاربر

گیرنده‌های GPS مناسب برای دریافت سیگنال از ماهواره‌های GPS به منظور ناوبری یا موقعیت‌یابی مورد نیاز است. از آنجایی که GPS هنوز در مرحله توسعه است، بسیاری از پیشرفت‌های سریع کاملاً حذف شده‌اند، تجهیزات کاربر نسل اول حجیم و اکنون مدل‌های قدرتمند مینیاتوری اغلب در بازار ظاهر می‌شوند.

مفهوم اساسی گیرنده GPS و اجزای آن

-آنتن با پیش تقویت کننده
– بخش RF با شناسایی سیگنال و پردازش سیگنال
– ریزپردازنده برای کنترل گیرنده، نمونه‌برداری داده‌ها و پردازش داده‌ها
– نوسان‌ساز دقیق

– منبع تغذیه

-رابط کاربری، فرمان و پنل نمایش

-حافظه، ذخیره‌سازی اطلاعات

آنتن

آنتن حساس گیرنده GPS سیگنال امواج الکترومغناطیسی توسط ماهواره های GPS ارسال می‌شود و انرژی امواج را به برق تبدیل می‌کند، جریان قدرت سیگنال را تقویت می‌کند و آنها را به الکترونیک گیرنده می‌فرستد.
– تک‌قطبی یا دوقطبی

– مارپیچ چهار شاخه (Volute)

– میکرواستریپ (پچ)

– حلقه دریچه

آنتن‌های میکرواستریپ به دلیل مزیت افزوده آن برای کاربردهای هوایی، ساخت گیرنده GPS و ساخت آسان، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، جهت نیازهای زمین‌شناسی، آنتن‌ها برای دریافت هر دو فرکانس حامل L1 و L2 طراحی شده‌اند. همچنین آنها در برابر هواپیماهای زمینی اضافی چندمسیره یا با استفاده از حلقه‌های انسداد محافظت می‌شوند. حلقه محافظ از نوارهایی تشکیل شده است هادی با محور عمودی آنتن متحدالمرکز هستند و به صفحه زمین متصل می‌شوند که به‌نوبه خود اثر چند مسیری را کاهش می‌دهد.

بخش RF با شناسایی و پردازش سیگنال

سیگنال‌های ورودی GPS به فرکانس پایین‌تری تبدیل می‌شوند، بخش RS و در یک یا چند کانال پردازش می شود. کانال گیرنده واحد الکترونیکی اولیه گیرنده GPS است. یک گیرنده ممکن است کانال‌های بیشتر در مفهوم کانال موازی، هرکانال به‌طور مداوم یک ماهواره خاص را صحت‌سنجی می‌کند. حداقل چهارکانال موازی برای تعیین موقعیت و زمان مورد نیاز است. گیرنده‌های مدرن دارای حداکثر ۱۲ کانال برای هر فرکانس هستند. در مفهوم کانال توالی‌یابی، کانال در فواصل منظم از ماهواره به ماهواره تغییر می‌کند.
گیرنده تک کانال حداقل چهار بار مصرف می‌کند۳۰ثانیه برای ایجاد ثابت موقعیت اول، اگرچه برخی از انواع گیرنده یک کانال اختصاصی برای خواندن سیگنال داده دارند. در حال حاضر در بیشتر موارد کانال‌های توالی یابی سریع با نرخ راه‌گزینی حدود یک ثانیه در هر ماهواره استفاده می‌شود.در کانال متعدد، توالی با سرعت بسیار بالا بین مختلف ماهواره‌ها با استفاده از یک یا هر دو فرکانس به دست می آیند. نرخ توالی با پیام ناوبری۵۰ bps یا ۲۰ میلی‌ثانیه در هر بیت همزمان است. یک توالی کامل با چهار ماهواره در ۲۰ میلی‌ثانیه یا بعد از ۴۰ میلی‌ثانیه برای گیرنده‌های فرکانس دوگانه کامل می‌شود. پیام ناوبری پیوسته است، بنابراین اولین تعمیر پس از حدود ۳۰ ثانیه به دست می‌آید. اگرچه کانال‌های موازی ردیابی مداوم ارزان هستند و در مجموع عملکرد خوب هستند ، گیرنده‌های GPS مبتنی بر فن‌آوری مالتی پلکس به دلیل رونق الکترونیکی به زودی با قیمت ارزان‌تری در دسترس خواهند بود.

ریزپردازنده

برای کنترل عملکردیک گیرنده GPS،یک ریزپردازنده جهت به‌دست‌آوردن سیگنال‌ها، پردازش سیگنال و رمزگشایی از پیام پخش ضروری است. قابلیت‌های اضافی برای محاسبه موقعیت آنلاین و سرعت، تبدیل به یک داده محلی یا تعیین اطلاعات نقطه راه نیز موردنیاز است. در آینده بیشتر و اکثر نرم‌افزارهای مرتبط با کاربر بر روی تراشه‌های حافظه کوچک ساکن خواهند بود.

نوسان‌ساز دقیق

فرکانس مرجع درگیرنده توسط نوسانگر دقیق تولید می‌شود. به‌طور‌معمول، نوسانگر کوارتز کم‌هزینه و کم‌کارایی درگیرنده‌ها استفاده می‌شود از آنجایی که ساعت اطلاعات دقیق از ماهواره‌های GPS و خطای ساعت کاربر را می‌توان از طریق تکنیک تفاضل دوگانه حذف کردزمانی که همه گیرندگان شرکت کننده دقیقاً در یک دوره مشاهده می‌کنند. برای ناوبری با دو یا سه ماهواره فقط از یک نوسان‌ساز خارجی با دقت بالا استفاده می‌شود.

منبع تغذیه

گیرنده‌های نسل اول GPS انرژی بسیار بالایی مصرف می‌کنند، اما گیرنده‌های مدرن طوری طراحی شده‌اند که تاحدامکان انرژی کمتری مصرف کنند. اکثر گیرنده‌ها دارای یک باتری نیکل-کادمیمی قابل شارژ داخلی علاوه بر ورودی برق خارجی است. احتیاط سیگنال باتری کم از کاربر می‌خواهد تا از ترتیب مناسب منبع تغذیه اطمینان حاصل کند.

ظرفیت حافظه

برای اهداف پردازش پورت، تمام داده‌ها باید در حافظه داخلی یا خارجی دستگاه ها ذخیره شوند. پردازش پست برای تکنیک های چند ایستگاهی قابل اجرا در مسائل ژئوداتیک و نقشه برداری ضروری است. مشاهدات GPS برای شبه‌ها، داده‌های فاز، زمان و داده‌های پیام ناوبری باید ثبت شوند. بر اساس نرخ نمونه‌برداری، حدود ۱٫۵ مگابایت داده در ساعت برای شش ماهواره و ۱ ثانیه داده برای گیرنده‌های فرکانس دوگانه است. گیرنده‌های مدرن دارای حافظه داخلی ۵ مگابایت یا بیشتر هستند. برخی از گیرنده‌ها داده‌ها را روی نوار‌مغناطیسی یا روی فلاپی دیسک یا هارد دیسک با استفاده از خارجی میکرو کامپیوتر متصل از طریق پورت RS-232 ذخیره می کنند.

گیرنده‌های کلاسیک

توضیحات مفصل مربوط به کد T1 4100 GPS Navigator و Macrometer V1000 بدون کد در اینجا آورده شده است: T1 4100 GPS Navigatorتوسط Texas Instrument در سال ۱۹۸۴ ساخته شد. این اولین گیرنده GPS بود که کد C/A و P و مشاهدات فاز حامل L1 و L2 را ارائه کرد.

این یک گیرنده مالتی پلکسی با فرکانس دوگانه و مناسب برای متخصص زمین‌شناسی، نقشه‌برداری و ناوبر است.

قابل مشاهده از طریق آن هستند:

– محدوده شبه کد P در L1 و L2

– C/A-Code شبه محدوده در L1

– فاز حامل در L1 و L2

داده‌ها توسط یک ضبط صوت خارجی بر روی کاست‌های رقومی ضبط می‌شوند یا مستقیماً در یک ریزپردازنده خارجی دانلود می‌شوند.

واحد نمایش (CDU) کنترل دستی برای ارتباط بین ناظر و گیرنده استفاده می‌شود. برای اهداف ناوبری، ریزپردازنده ساخته شده موقعیت و سرعت در زمان واقعی هر سه ثانیه را فراهم می‌کند. T1 4100 ابزاری حجیم وزنی در حدود ۳۳ کیلوگرم دارد و در دو کیس حمل و نقل قابل بسته بندی می‌باشد. در حالت کارکرد ۲۲ – ۳۲ ولت ۹۰ وات انرژی مصرف می‌کند. استفاده از ژنراتور توصیه می‌شود. مشاهده نویز در P-Code بین ۰٫۶ تا ۱ متر، در کد C/A بین ۶ تا ۱۰ متر و برای فاز حامل بین ۲ تا ۳ متر است.

T1 4100 به‌طورگسترده در بسیاری از GPS های علمی و کاربردی پروژه‌ها و همچنان درحال استفاده است.

معایب اصلی T1 4100 در مقایسه با تجهیزات مدرن GPS هستند
– اندازه بزرگ تجهیزات

– مصرف برق بالا

– روش عملیات دشوار

– محدودیت ردیابی چهار ماهواره به طور همزمان

– سطح نویز بالا در اندازه گیری فاز
حساسیت آنتن آن برای تغییرات چند مسیره و مرکز فاز اگر دو باشد گیرنده‌ها به یک آنتن و ردیابی هفت ماهواره متصل هستند به‌طورهمزمان امکان‌پذیر است. برای مسافت‌های طولانی و در پروژه‌های علمی، T14100 هنوز مفید تلقی می‌شود. با این‎حال، به‌دلیل اعمال محدودیت در Pcode برای غیرنظامیان، T1 4100 در طول فعال‌سازی(AS) Anti Spoofing  فقط می‌تواند به‌عنوان گیرنده کد C/A تک فرکانس استفاده می‌شود.

MACROMETER V1000،یک گیرنده GPS بدون کد معرفی شد در سال ۱۹۸۲ و اولین گیرنده برای کاربردهای زمین‌شناسی بود. نتایج دقیق به‌دست آمده از طریق آن پتانسیل مشاهدات فاز GPS بسیار دقیق را نشان داده است. این گیرنده تک فرکانس است و۶ ماهواره را در۶ کانال موازی ردیابی می‌کند. سیستم کامل از سه واحد تشکیل شده است.
– گیرنده و ضبط با منبع تغذیه

– آنتن با صفحه زمین بزرگ

– پردازنده P1000
پردازنده برای ارائه داده‌های سالنامه ضروری است زیرا ماکرومتر V1000 نمی‌تواند پیام‌های ماهواره‌ای را رمزگشایی و داده‌ها را پردازش کند. در دوره‌های از پیش تعیین شده، اختلاف فاز بین حامل دریافتی سیگنال و یک سیگنال مرجع از نوسانگر گیرنده اندازه‌گیری می‌شود.

یک دقت خط پایه معمولی گزارش‌شده برای مسافت ۱۰۰ کیلومتری حدود ۱ تا ۲ ppm (بخش در میلیون) است.
Macrometer II، یک نسخه با فرکانس دوگانه در سال ۱۹۸۵ معرفی شد. اگرچه با ماکرومتر V1000 قابل مقایسه است، اما مصرف برق و وزن آن بسیار کمتر است. هر دو سیستم نیاز به گذراندن دوره‌‌های خارجی دارند. از این‌رو اپراتورهای تخصصی چند شرکت قادر به استفاده از آن هستند و لازم است ساعت تمام ابزارهای پیشنهادی برای استفاده در یک جلسه مشاهده خاص را همگام کنند. برای غلبه بر معایب فوق، ماکرومتر دو فرکانس II کوچکتر شد و با یک فرکانس ترکیب شده گیرنده کد C/A با نام تجاری MINIMAC در سال ۱۹۸۶، به یک گیرنده وابسته به کد تبدیل شد.

نمونه‌هایی از گیرنده‌های GPS ژئودتیکی موجود

تعداد کمی از گیرنده‌های GPS موجود در حال حاضر که در ژئودزی استفاده می‌شوند نقشه‌برداری و ناوبری دقیق شرح داده شده است. تقریباً همه مدل‌ها به این صورت گیرنده‌های تک فرکانس C/A-Code با چهار کانال شروع شدند. بعداً فاز حامل L2 اضافه شد و قابلیت ردیابی افزایش یافت. در حال حاضر روز همه پیشرو سازندگان به سراغ تکنیک L2 بدون کد و بدون توالی WILD/LEITZ رفته اند. (هیربروگ، سوئیس) و MAGNAVOX (تورنس، کالیفرنیا) مشترکا گیرنده ژئودتیک WM101‌را در سال ۱۹۸۶ توسعه داد.

این یک گیرنده کد L1 C/A چهار کاناله است. سه تا از کانال‌ها به‌صورت متوالی حداکثر شش ماهواره را ردیابی می‌کنند و کانال چهارم، کانال‌های خانه داری، پیام‌های ماهواره‌ای را جمع‌آوری می‌کند و به‌صورت دوره‌ای تأثیر بین‌کانالی را کالیبره می‌‌کند. C/A-codeو بازسازی شده است داده‌های فازی حامل L1 یک بار در ثانیه مشاهده می‌شود.

WM 102 دو فرکانس در سال ۱۹۸۸ با ویژگی‌های کلیدی زیر به بازار عرضه شد:

– دریافت L1 با هفت کانال کد C/A ردیابی تا شش ماهواره همزمان.

– دریافت L2 حداکثر شش ماهواره با یک کانال کد پی توالی

– تکنیک توالی‌یابی اصلاح شده برای دریافت L2 هنگام سیگنال‌های کد P رمزگذاری شده‌اند.

مشاهدات را می‌توان بر روی کاست‌های داده داخلی ضبط کرد یا می‌توان آن را به‌صورت خطی به یک دیتالاگر خارجی در رابط RS 232 یا RS 422 منتقل کرد. ارتباط بین اپراتور و گیرنده توسط پانل کنترل عددی آلفا برقرار می‌شود و صفحه نمایش WM 101/102 دارای تنوع زیادی از گزینه‌های منوی مقیم گیرنده رانده شده است و همراه با نرم‌افزار جامع پس‌پردازش می‌باشد.

در سال ۱۹۹۱ سیستم WILD GPS 200 معرفی شد. سخت‌افزار آن شامل سنسور GPS دو فرکانس Magnavox SR 299، کنترلر دستی CR 233GPS و باتری Nicd. کارت‌های حافظه را به برق وصل کند، رسانه ضبط را فراهم می‌کند. می‌تواند ۹ ماهواره را به‌طور همزمان در L1 و L2 ردیابی کند. بازسازی فاز حامل در L1 از طریق کد C/A و در L2 از طریق کد P است. گیرنده به‌طور خودکار به L2 بدون کد زمانی که P-code رمزگذاری شده سوئیچ می‌کند. از طریق منبع تغذیه ۱۲ ولتی ۸٫۵ وات مصرف می‌کند. TRIMBLE NAVIGATION سری TRIMBLE 4000 از سال ۱۹۸۵ تولید شده است. گیرنده نسل اول یک گیرنده کد C/A L1 با پنج کانال موازی بود که ۵ ماهواره همزمان را ردیابی می‌کرد. ارتقاء بیشتر شامل افزایش تعداد کانال تا دوازده، قابلیت توالی L2 و قابلیتP-code است. TRIMBLE Geodatic Surveyor 4000 SSE پیشرفته‌ترین مدل است. وقتی P-Code در دسترس باشد، می‌تواند انواع مشاهدات زیر را انجام دهد، به‌عنوان مثال،
-اندازه‌گیری فاز L1 و L2 دوره کامل

– اندازه‌گیری L1 و L2،P-Code هنگامی که AS روشن است و P-code است رمزگذاری شده

– اندازه‌گیری فاز L1 و L2 دوره کامل

– نویز کم ، کد L1

– C/Aداده‌های متقابل Y-Code
مشاهده نویز از اندازه‌گیری فاز حامل زمانی که P-کد است موجود تقریباً ۰-۲ میلی‌متر است و نزول‌های شبه کد P به اندازه ۲ سانتی‌متر است. بنابراین، برای تکنیک‌های حل ابهام سریع با ترکیب کد/حامل بسیار مناسب است.
ASHTECH (Sunnyvale)، کالیفرنیا یک گیرنده GPS با ۱۲ کانال موازی و پیشگام در فن‌آوری چند‎کاناله فعلی توسعه داد. گیرنده ASHTECH XII GPS در سال ۱۹۸۸ معرفی شد. قادر به اندازه‌گیری شبه، فاز حامل و دوپلر یکپارچه تا ۱۲ ماهواره روی L1است. اندازه‌گیری امتداد شبه با داپلر یکپارچه صاف می‌شود.اطلاعات سرعت پست، زمان و ناوبری روی صفحه کلیدی با نمایشگر ۴۰ کاراکتری نمایش داده می‌شود. گزینه L2 12 کانال فیزیکی از نوع مربع L2 را اضافه می‌کند.
گیرنده GPS ASHTECH XII پیشرفته‌ترین سیستم است که کار با آن آسان است و نیازی به مراحل اولیه سازی ندارد. اندازه‌گیری تمامی ماهواره‌ها در نظر به‌طور خودکار انجام می‌شود. داده‌ها را می‌توان در حافظه داخلی صفحه جامد ظرفیت ۵ مگابایت ذخیره کرد. حداقل فاصله نمونه‌برداری ۰٫۵ ثانیه است. مانند بسیاری از گیرنده‌های دیگر دارای گزینه‌های اضافی زیر است.
– خروجی سیگنال زمان بندی ۱ ppm

– ورودی دوربین فتوگرامتری

– مسیریابی نقطه راه

– زمان واقعی ناوبری دیفرانسیل و ارائه پردازش پورت و چشم‌انداز نرم‌افزار برنامه‌ریزی

در سال ۱۹۹۱ گیرنده جی پی اس ASHTECH P-12 به بازار عرضه شد. دارای ۱۲ عدد اختصاصی کانال‌های L1،P-code و حامل و ۱۲ کانال اختصاصیL2 وP-code حامل است. همچنین دارای ۱۲ L1، کد C/A و کانال حامل و ۱۲ کد کمتر مربع کردن کانال‌های L2 است.
بنابراین گیرنده شامل ۴۸ کانال است و تمام امکانات رصد را برای همه ماهواره های قابل مشاهده فراهم می کند. سیگنال به سطح نویز برای اندازه‌گیری فاز در L2 فقط کمی کمتر از L1 و به‌طور بهتر از تکنیک‌های بدون کد قابل‌توجهی است. در موارد رمزگذاری P-code فعال می‌توان از گزینه code less L2 استفاده کرد.
TURBO ROGUE SNR-8000 یک گیرنده قابل حمل با وزن حدود ۴ کیلوگرم است که انرژی ۱۵ وات مصرف می‌کند و برای استفاده در میدان مناسب است.

دقت مشخصات عبارتند از:
محدوده شبه کد P-Code 1 سانتی‌متر (ادغام ۵ دقیقه)

برد شبه بدون کد ۱۰ سانتی‌متر (ادغام ۵ دقیقه)
فاز حامل ۰٫۲ – ۰٫۳ میلی‌متر
فاز بدون کد ۰٫۲ – ۰٫۷ میلی‌متر
یکی از ویژگی‌های مهم این است که کمتر از ۱ سیکل لغزش برای ۱۰۰ ساعت ماهواره پیش‌بینی می‌شود.

گیرنده‌های ناوبری

گیرنده‌های ناوبری به‌سرعت بازار را به خود اختصاص داده‌اند. در بیشتر موارد از توالی کد C/A یا کانال چندگانه استفاده می‌شود. با این حال، ماژول‌های با چهار یا پنج کانال موازی به طور فزاینده‌ای محبوب می‌شوند. موقعیت و سرعت هستند از اندازه‌گیری پرتقال‌های کاذب کد C/A مشتق شده و در رایانه شخصی نمایش داده یا دانلود می‌شود. معمولاً نه داده خام و نه اطلاعات فاز حامل در دسترس است. ناوبری دیفرانسیل با برخی از مدل‌های پیشرفته ممکن است. MAGELLAN NAV 1000یک گیرنده GPS دستی است و تنها ۸۵۰ گرم وزن دارد. در سال ۱۹۸۹ معرفی شد و بعداً در سال ۱۹۹۰ مدل NAV 1000 PRO عرضه شد. این گیرنده تک‌کاناله است و ۳ تا ۴ ماهواره را ردیابی می‌کند سرعت بروزرسانی ۲٫۵ ثانیه و دارای پورت داده RS 232 است.
مدل پیگیری در سال ۱۹۹۱ NAV 5000 PRO بود. ۵ کاناله گیرنده تمام ماهواره‌های قابل‌مشاهده را با نرخ به روزرسانی ۱ ثانیه ردیابی می‌کند. دیفرانسیل ناوبری امکان‌پذیر است. داده‌های فاز حامل را می‌توان با یک ماژول فازحامل اختیاری استفاده کرد. آنتن quadrifilar به گیرنده یکپارچه شده است. پس‌پردازش داده‌ها نیزبا استفاده از گیرنده نقشه‌برداری مانند ASHTECH XII امکان‌پذیر است واقع در یک ایستگاه مرجع دقت نسبی حدود ۳ تا ۵ متر است. این در بسیاری از موارد برای اهداف موضوعی کافی است.

بسیاری از گیرنده‌های ناوبری دستی با ویژگی‌های اضافه در دسترس هستند. آخرین وضعیت بازار را می‌توان از طریق مجلاتی مانند GPS worldet غیره به دست آورد.
برای اکثر اهداف ناوبری، یک گیرنده کد C/A تک فرکانس کافی است. برای دقت مورد نیاز بهتر از ۵۰ تا ۱۰۰ متر، گزینه افتراقی ضروری است. برای نیاز زیر ۵ متر، گنجاندن داده های فاز حامل ضروری است. در ناوبری با دقت بالا استفاده از یک جفت گیرنده با قابلیت ژئودتیک کامل توصیه می‌شود.
برخی از ویژگی‌های مهم برای انتخاب گیرنده ژئودتیک عبارتند از:
– ردیابی تمامی ماهواره ها

– هر دو فرکانس

– طول موج کامل در L2

– نویز فاز کم- نویز کد کم

– نرخ نمونه برداری بالا برای L1 و L2

– ظرفیت حافظه بالا

– مصرف برق کم

– قابلیت عملیاتی کامل تحت شرایط ضد جعل

علاوه بر این، توصیه می شود از گیرنده فرکانس دوگانه برای به حداقل رساندن تأثیرات کروی و استفاده از راه حل ابهام استفاده شود.

دقت

به‌طور کلی یک گیرنده SPS می‌تواند اطلاعات موقعیت را با خطای کمتر از ۲۵ متر و اطلاعات سرعت را با خطای کمتر از ۵ متر بر ثانیه ارائه دهد. تا ۲ می ۲۰۰۰، دولت ایالات متحده برای حفظ اثربخشی نظامی بهینه، قابلیت دسترسی انتخابی (SA) را فعال کرده است. در دسترس بودن خطاهای تصادفی انتخابی را در پخش اطلاعات ephemeris توسط ماهواره‌ها درج می‌کند ، که دقت SPS را به حدود ۱۰۰ متر کاهش می‌دهد.

برای بسیاری از کاربردها، دقت ۱۰۰ متر بیش از حد قابل‌قبول است. برای برنامه‌هایی که نیاز زیادی دارند دقت بیشتر، اثرات SA و با استفاده از تکنیکی به‌نام می‌توان بر خطاهای محیطی غلبه کرد دیفرانسیل GPS (DGPS)، که دقت کلی را افزایش می‌دهد.

نظریه دیفرانسیل

موقعیت‌یابی دیفرانسیل تکنیکی است که اجازه می‌دهد تا بر اثرات خطاهای محیطی و SA بر سیگنال‌های GPS غلبه کرده و یک تثبیت موقعیت بسیار دقیق ایجاد کند. این کار با تعیین میزان خطای موقعیت‌یابی انجام می شود و اعمال آن در اصلاحات موقعیت که از داده‌های جمع‌آوری شده محاسبه شده است.
به‌طور معمول، دقت افقی یک موقعیت واحد از طریق GPS ثابت می‌شود گیرنده ۱۵ متر RMS (ریشه میانگین مربع) یا بهتر است. اگر توزیع رفع در مورد موقعیت واقعی دایره‌ای نرمال با میانگین صفر، دقت است از ۱۵ متر RMS نشان می‌دهد که حدود ۶۳٪ از رفع به‌دست آمده در طول یک جلسات در فاصله ۱۵ متری از موقعیت واقعی هستند.

انواع خطاها

دو نوع خطای موقعیت‌یابی وجود دارد: قابل اصلاح و غیرقابل اصلاح. خطاهای قابل اصلاح خطاهایی هستند که اساساً برای دو گیرنده GPS در یک منطقه یکسان هستند. خطاهای غیرقابل اصلاح را نمی توان بین دو گیرنده GPS در یک منطقه مرتبط کرد.

خطاهای قابل اصلاح

منابع خطاهای قابل تصحیح عبارتند از ساعت ماهواره‌ای، داده‌های زودگذر و یونوسفر و تأخیر تروپوسفر. در صورت پیاده‌سازی، SA ممکن است یک خطای موقعیت‌یابی قابل اصلاح نیز ایجاد کند. خطاهای ساعت و خطاهای زودگذر از ماهواره GPS منشاء می‌گیرند. خطای ساعت یک خطای آهسته در حال تغییر است که به عنوان یک سوگیری در آن ظاهر می شود اندازه‌گیری شبه پرتقال که توسط گیرنده انجام می‌شود. خطای گذرا یک خطای باقیمانده در داده‌هایی است که توسط گیرنده برای مکان‌یابی ماهواره در فضا استفاده می‌شود.
خطاهای تأخیر یونوسفر و خطاهای تأخیر تروپوسفر ناشی از شرایط جوی هستند. تأخیر یونوسفر به دلیل چگالی الکترون‌ها در یونوسفر در طول مسیرسیگنال ایجاد می‌شود. تأخیر گرمسیری مربوط به رطوبت، دما و ارتفاع در طول مسیر سیگنال. معمولاً خطای تروپوسفر کوچکتر از خطای یونوسفر است.

یکی دیگر از خطاهای قابل‌اصلاح توسط SA ایجاد می‌شود که توسط وزارت دفاع ایالات‌متحده استفاده می‌شود خطاها را درسیگنال‌های GPS خدمات موقعیت‌یابی استاندارد (SPS) معرفی کند تا دقت تعمیر را کاهش دهد. مقدار خطا و جهت خطا در هر زمان معین به سرعت تغییر نمی‌کند.بنابراین، دو گیرنده GPS که به‌اندازه کافی نزدیک هستند با هم همان خطای ثابت را مشاهده می‌کنند و اندازه خطای رفع را می‌توان تعیین کرد.

خطاهای غیر قابل اصلاح

خطاهای غیر قابل اصلاح را نمی‌توان بین دو گیرنده GPS مرتبط کرد که در همان منطقه عمومی قرار دارند. منابع خطاهای غیر قابل اصلاح شامل نویزگیرنده است که به‌طور اجتناب‌ناپذیری در هر گیرنده ذاتی است و خطاهای چند مسیری که محیطی هستند. خطاهای چند مسیری ناشی از گیرنده “دیدن” انعکاس سیگنال هایی که از اجسام اطراف منعکس شده‌اند. آنتن زیر متر در برابر چند مسیر مقاوم است. استفاده از آن هنگام ثبت داده‌های فاز حامل مورد نیاز است. هیچ یک از خطاها را نمی‌توان با دیفرانسیل حذف کرد، اما می‌توان آنها را به‌طور قابل توجهی با میانگین‌گیری ثابت موقعیت کاهش داد.

دیفرانسیل جی پی اس

اکثر تکنیک‌های DGPS از گیرنده GPS در یک سایت کنترل ژئودتیک استفاده می‌کنند موقعیت شناخته شده است.گیرنده اطلاعات موقعیت‌یابی را جمع‌آوری کرده و محاسبه می‌کند یک ثابت موقعیت، که سپس با مختصات شناخته شده مقایسه می‌شود. تفاوت بین موقعیت شناخته شده و موقعیت اکتسابی کنترل مکان خطای موقعیت یابی است. از آنجایی که فرض بر این است که سایرگیرنده‌هایGPS در منطقه تحت شرایط مشابهی کار می کنند، فرض بر این است که موقعیت به‎دست آمده توسط گیرنده‎های دیگر در منطقه (واحدهای راه دور) مشمول همین خطا هستند و این بنابراین تصحیح محاسبه شده برای موقعیت کنترل باید برای آن گیرنده‌ها دقیق باشد. اصلاح توسط یک اپراتور در محل کنترل با تجهیزات رادیویی یا سلولی به واحدهای راه دور ابلاغ می‌شود.در پس پردازش دیفرانسیل، همه واحدها داده‌ها را برای پردازش خارج از سایت جمع‌آوری می‌کنند. هیچ اصلاحی وجود ندارد در زمینه تعیین شده است. تفاوت بین‎موقعیت شناخته شده و موقعیت اکتسابی در نقطه کنترل، تصحیح DELTA است. DELTA که همیشه بیان می‌شود بر حسب متر، موازی با سطح زمین است. هنگامی که در سیستم مختصات محلی بیان می‌شود،DELTA از محور شمال-جنوب (y) و یک محور شرق-غرب (x) در عملیات دو بعدی استفاده می‌کند. یک محور عمودی اضافی (z) یعنی عمود بر y و x در عملیات سه بعدی برای ارتفاع استفاده می‌شود.

کاربردهایGPS

– ارائه کنترل ژئودتیک.

– کنترل نقشه‌برداری برای بررسی‌های کنترل فتوگرامتری و نقشه‌برداری.

– کشف محل حفاری دریایی.

– بررسی خط لوله و خطوط برق.

– ناوبری کشتی‌ها و هواپیماهای غیرنظامی.

– مطالعات حرکت پوسته.

– موقعیت‌یابی ژئوفیزیکی، اکتشاف و استخراج معدنی.

– تعیین ژئوئید دقیق با استفاده از داده‌های GPS.

– برآورد ناهنجاری‌های جاذبه با استفاده از GPS.

– موقعیت‌یابی فراساحلی: کشتیرانی، سکوهای دریایی، قایق‌های ماهیگیری و غیره.

خلاصه

سیستم موقعیت‌یاب جهانی(GPS) درحال حاضر برای ارائه دقت ناوبری ± ۱۰ متر تا ۱۵ ± متر طراحی شده است. با این‌حال، دقت متر زیر در حالت دیفرانسیل به‌دست آمده و ثابت شده که انواع گسترده مشکلات ژئودزی و ژئودینامیک را می‌توان از طریق GPS حل کرد. خدمات GPS از سه جزءفضا، کنترل و کاربر تشکیل شده است.

کلیدواژه:هوش مکانی، سیستم موقعیت‌یاب جهانی ،ونوس نصیرفام، ژئوئید، فتوگرامتری، نقشه‌برداری، مختصات، ماهواره، سیگنال،فرکانس، ناوبری،نویز،دیفرانسیل.