سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS-Global Positioning Systems)

Global Positioning Systems یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبکه ای با ۲۴ ماهواره تشکیل شده است. این ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده اند. این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰ استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شد.
خدمات این مجموعه در هر شرایط آب و هوایی و در هر نقطه از کره زمین در تمام ساعت شبانه روز در دسترس است. پدید آوردنگان این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رایگان است.
GPS چگونه کار می کند:
ماهواره های این سیستم، در مداراتی دقیق هر روز ۲ بار بدور زمین می گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می کنند. گیرنده های GPS این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می کند. از اختلاف این دو زمان فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می گردد. حال این عمل را با داده های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با اختلافی ناچیز، معین می کند.
گیرنده به دریافت اطلاعات همزمان از حداقل ۳ ماهواره برای محاسبه ۲ بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل ۴ ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطاعات مفید دیگر، می نماید.
این محاسبه بر اساس قاعده ای ساده در ریاضیات (dilatation) انجام می شود. برای درک بهتر این مساله ابتدا به شرح مساله در حالت دو بعدی می پردازیم. فرض کنید که شخصی از موقعیت خود فقط فاصله اش از ۳ شهر مختلف را می داند. برای مثال ، می داند از مشهد ۷۰ کیلومتر فاصله دارد. به این ترتیب اگر دایره ای به شعاع ۷۰ کیلومتر و به مرکز مشهد رسم شود، این شخص روی دایره قرار می گیرد. حال اگر فاصله این شخص تا چناران ۹۵ کیلومتر باشد و دایره ای به همین شعاع و مرکز چناران رسم شود، این شخص روی یکی از ۲ محل تلاقی این دایره با دایره قبلی قرار دارد. اگر فاصله این شخص تا شهر سومی (مثلا نیشابور ) را بدانیم و دایره سومی را هم به همین شعاع رسم کنیم ، ۲ دایره قبلی را در یکی از محلهای تلاقی آنها قطع می کند که محل قرار گرفتن شخص مورد نظر است. GPS هم از چنین روشی برای یافتن موقعیت خود استفاده می کند و با محاسبه فاصله خود از ۴ ماهواره می تواند موقعیت دقیق خود را محاسبه کند.

ماهواره های (GPS satellites) :
۲۴ عدد ماهواره GPS در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش می کنند. هر ماهواره دقیقا طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین می گردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهواره ها نیروی خود را از خورشید تامین می کنند. همچنین باتری هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می کنند بهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره ها را در مسیر صحیح نگاه می دارد. به این ماهواره ها NAVSTAR نیز گفته می شود.
برخی مشخصه های جالب این سیستم :
� اولین ماهواره GPS در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
� در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
� عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین می گردد.
� هر ماهواره حدود ۲۰۰۰ پاوند وزن دارد و طول باتری های خورشیدی آن ۵٫۵ متر است.
� انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.

GLONASS :

روسها نیز سیستم مشابه GPS با نام GLONASS دارند که البته ازنظر کارآیی و توان عملیات در حال حاضر به پای سیستم GPS نمی رسد. البته گیرنده های مشترک GPS-GLONASS در حال حاضر در بازار ایران یافت می شوند. درضمن اتحادیه اروپا نیز در حال ساخت یک سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای با نام گالیله می باشد.