GPS เป็นเทคโนโลยีการนำทางที่บอกข้อมูลที่แม่นยำเกี่ยวกับตำแหน่งโดยใช้ดาวเทียม โดยทั่วไประบบ GPS ประกอบด้วยกลุ่มดาวเทียมและเครื่องมือที่พัฒนามาอย่างดีเช่นเครื่องรับ อย่างไรก็ตามระบบควรประกอบด้วยดาวเทียมอย่างน้อยสี่ดวง ดาวเทียมและเครื่องรับแต่ละดวงมีนาฬิกาอะตอมที่เสถียร นาฬิกาดาวเทียมจะซิงโครไนซ์ซึ่งกันและกันและนาฬิกาภาคพื้นดิน เครื่องรับ GPS ยังมีนาฬิกา แต่ไม่ซิงโครไนซ์และไม่เสถียร (เสถียรน้อยกว่า) การเบี่ยงเบนของเวลาจริงของดาวเทียมจากนาฬิกาภาคพื้นดินควรได้รับการแก้ไขทุกวัน ต้องคำนวณปริมาณที่ไม่ทราบจำนวนสี่ค่า (พิกัดสามและการเบี่ยงเบนของนาฬิกาจากเวลาดาวเทียม) จากเครือข่ายดาวเทียมและเครื่องรับการทำงานของเครื่องรับ GPS คือการรับสัญญาณจากเครือข่ายดาวเทียมเพื่อคำนวณสมการเวลาและตำแหน่งพื้นฐานที่ไม่รู้จักสามสมการ
สัญญาณ GPS ประกอบด้วยรหัสหลอกและเวลาในการส่งและตำแหน่งดาวเทียมในขณะนั้น สัญญาณที่ถ่ายทอดโดย GPS เรียกอีกอย่างว่าความถี่ของผู้ให้บริการที่มีการมอดูเลต นอกจากนี้รหัสเทียมคือลำดับของเลขศูนย์และรหัส ในทางปฏิบัติตำแหน่งเครื่องรับและออฟเซ็ตของนาฬิกาเครื่องรับที่สัมพันธ์กับเวลาของระบบเครื่องรับจะคำนวณพร้อมกันโดยใช้สมการการนำทางเพื่อประมวลผลเวลาของเที่ยวบิน (TOF) TOF คือค่าสี่ค่าที่ผู้รับสร้างขึ้นโดยใช้เวลามาถึงและเวลาในการส่งสัญญาณ ตำแหน่งมักจะแปลงเป็นละติจูดลองจิจูดและความสูงเมื่อเทียบกับภูมิศาสตร์ (โดยพื้นฐานแล้วคือระดับน้ำทะเลปานกลาง) จากนั้นพิกัดจะแสดงบนหน้าจอ
องค์ประกอบของ GPS
โครงสร้างของ GPS นั้นซับซ้อน ประกอบด้วยสามส่วนหลัก ๆ ของส่วนพื้นที่ส่วนควบคุมและกลุ่มผู้ใช้ การส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรของโลกขนาดกลางเป็นงานที่ต้องใช้ความพยายามมาก ส่วนอวกาศประกอบด้วยดาวเทียม 24 ถึง 32 ดวงหรือยานอวกาศในวงโคจรเดียวกัน 8 ดวงในวงโคจรวงกลมสามดวง ดาวเทียมอย่างน้อยหกดวงมักจะอยู่ในแนวสายตาจากเกือบทุกแห่งบนพื้นผิวโลก
ถัดจากส่วนพื้นที่คือส่วนควบคุม ในส่วนควบคุมมีสถานีควบคุมหลักสถานีควบคุมหลักสำรองเสาอากาศภาคพื้นดินและสถานีตรวจสอบ กลุ่มผู้ใช้ประกอบด้วยบริการระบุตำแหน่งพลเรือนพาณิชย์และทหารหลายพันรายการ ตัวรับสัญญาณ GPS หรืออุปกรณ์ประกอบไปด้วยเสาอากาศซึ่งปรับตามความถี่ที่ส่งโดยดาวเทียม นอกจากนี้ยังมีหน้าจอแสดงตำแหน่งและเวลา
เครื่องรับ GPS ถูกจัดประเภทตามจำนวนดาวเทียมที่สามารถตรวจสอบได้พร้อมกันนั่นคือจำนวนช่องสัญญาณ โดยทั่วไปเครื่องรับมีสี่ถึงห้าช่อง แต่ความก้าวหน้าล่าสุดแสดงให้เห็นว่ามีการสร้างช่องมากถึง 20 ช่อง
ความถี่ดาวเทียม: ความถี่ออกอากาศดาวเทียมทั้งหมด ย่านความถี่ประกอบด้วยห้าประเภทเช่น L1, L2, L3, L4 และ L5 คลื่นความถี่เหล่านี้มีช่วงความถี่ระหว่าง 1176MHz ถึง 1600 M Hz
GPS ทำงานอย่างไร
ดาวเทียม GPS หมุนรอบโลกสองครั้งในหนึ่งวัน มันหมุนรอบตัวเองในเส้นทางที่แม่นยำมากและส่งสัญญาณบ่งชี้และข้อมูลมายังโลก เครื่องรับ GPS จะรับข้อมูลทั้งหมดและใช้การระบุตำแหน่งเพื่อค้นหาตำแหน่งที่ถูกต้องของผู้ใช้ โดยพื้นฐานแล้วเครื่องรับ GPS จะเปรียบเทียบระยะเวลาที่สัญญาณแพร่กระจายโดยดาวเทียมและจะจัดสรรเวลาที่ได้รับ ความแตกต่างของเวลากำหนดว่าเครื่องรับอยู่ห่างจากดาวเทียมของ GPS มากเพียงใด มันวัดระยะทางที่แน่นอนด้วยดาวเทียมอีกสองสามดวงและเครื่องรับจะกำหนดตำแหน่งของผู้ใช้และแสดงบนแผนที่ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เครื่องรับจะต้องล็อคสัญญาณด้วยดาวเทียมอย่างน้อยสามดวงเพื่อสร้างตำแหน่งสองมิติและติดตามการเคลื่อนไหวของผู้ใช้ด้วย ด้วยการใช้ดาวเทียมตั้งแต่สี่ดวงขึ้นไปเครื่องรับสามารถกำหนดตำแหน่งสามมิติของผู้ใช้ซึ่งประกอบด้วยระดับความสูงละติจูดและลองจิจูด หลังจากกำหนดตำแหน่งของผู้ใช้แล้วหน่วย GPS จะคำนวณข้อมูลอื่น ๆ เช่นความเร็วแบริ่งลู่วิ่งระยะทางปลายทางเวลาพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตก
GPS แม่นยำแค่ไหน?
เครื่องรับ GPS มีความแม่นยำมากเนื่องจากมีการออกแบบหลายช่องสัญญาณแบบขนาน ช่องสัญญาณคู่ขนานนั้นรวดเร็วและแม่นยำมากแม้ว่าปัจจัยบางอย่างเช่นเสียงรบกวนในบรรยากาศและสิ่งรบกวนอาจทำให้เกิดความวุ่นวายและส่งผลต่อความแม่นยำของเครื่องรับ GPS ในบางครั้ง
ผู้ใช้ยังสามารถปรับปรุงความแม่นยำได้ด้วย Differential GPS (DGPS) ซึ่งจะแก้ไขสัญญาณ GPS ให้ล้อมรอบด้วยระยะปกติสามถึงห้าเมตร หน่วยยามฝั่งของสหรัฐฯดำเนินการบริการแก้ไข DGPS ที่พบบ่อยที่สุด ระบบประกอบด้วยการจัดเรียงเสาที่รับสัญญาณ GPS และถ่ายทอดสัญญาณที่แน่นอนโดยเครื่องส่งสัญญาณบีคอน ด้วยจุดประสงค์ในการรับสัญญาณที่แน่นอนผู้ใช้จะต้องมีตัวรับสัญญาณสัญญาณที่แตกต่างกันและเสาสัญญาณบีคอนนอกเหนือจากการมี GPS
แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดของสัญญาณ GPS
ปัจจัยที่สามารถทำลายความแม่นยำของสัญญาณ GPS และส่งผลต่อความถูกต้องมีดังต่อไปนี้:
- ไอโอโนสเฟียร์และโทรโพสเฟียร์ล่าช้า - สัญญาณดาวเทียมจะช้าลงเมื่อข้ามชั้นบรรยากาศ ระบบ GPS ใช้แบบจำลองในตัวที่ใช้ในการคำนวณระยะเวลาปกติของการขัดขวางที่จำเป็นในการแก้ไขความไม่ถูกต้องประเภทนี้
- สัญญาณหลายทาง - ข้อผิดพลาดนี้เกิดขึ้นเมื่อสัญญาณสะท้อนจากวัตถุเช่นอาคารสูงและก้อนหินขนาดใหญ่ก่อนที่จะถึงเครื่องรับ สิ่งนี้จะเพิ่มระยะเวลาโดยรวมของการเดินทางของสัญญาณและทำให้เกิดข้อผิดพลาดและไม่ถูกต้อง
- ข้อผิดพลาดของวงโคจร - ข้อผิดพลาดเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าข้อผิดพลาดชั่วคราวซึ่งใช้ในการคำนวณความไม่ถูกต้องของตำแหน่งของดาวเทียม
- จำนวนดาวเทียมที่มองเห็นได้ - ความแม่นยำขึ้นอยู่กับจำนวนดาวเทียมที่เครื่องรับ GPS สามารถมองเห็นได้ ปัจจัยต่างๆเช่นอาคารภูมิประเทศการรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์ขัดขวางความแม่นยำของสัญญาณและการรับสัญญาณซึ่งทำให้เกิดความผิดพลาดในตำแหน่งและบางครั้งไม่มีการอ่านสัญญาณ โดยทั่วไปจะไม่ทำงานในอาคารใต้น้ำและใต้ดิน
การใช้งาน
ไม่เพียง แต่สำหรับการใช้งานทางทหารเท่านั้นเครื่อง GPS ที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในด้านการใช้งานในบริการพลเรือนและเชิงพาณิชย์ แอปพลิเคชันพลเรือนบางประเภท ได้แก่:
1. ดาราศาสตร์: ใช้ในการคำนวณทางดาราศาสตร์และกลศาสตร์ท้องฟ้า
2. ยานพาหนะอัตโนมัติ: นอกจากนี้ยังใช้ในยานยนต์อัตโนมัติ (ยานพาหนะไร้คนขับ) เพื่อใช้ตำแหน่งสำหรับรถยนต์และรถบรรทุก
3. โทรศัพท์เคลื่อนที่: โทรศัพท์มือถือสมัยใหม่มาพร้อมกับซอฟต์แวร์ติดตาม GPS ปัจจุบันเป็นเพราะเราสามารถรู้ตำแหน่งของตัวเองและยังสามารถติดตามสาธารณูปโภคในบริเวณใกล้เคียงเช่นตู้เอทีเอ็มร้านกาแฟเครื่องพันธนาการ ฯลฯ โทรศัพท์มือถือเครื่องแรกที่เปิดใช้งาน GPS ได้เปิดตัวในปี 1990 ในโทรศัพท์เซลลูลาร์ยังใช้ในการตรวจจับการโทรฉุกเฉินและแอพพลิเคชั่นอื่น ๆ อีกมากมาย
4. การบรรเทาสาธารณภัยและบริการฉุกเฉินอื่น ๆ: ในกรณีที่เกิดภัยธรรมชาติ GPS เป็นเครื่องมือที่ดีที่สุดในการระบุตำแหน่ง แม้กระทั่งก่อนเกิดภัยพิบัติเช่นไซโคลน GPS ช่วยในการคำนวณเวลาโดยประมาณ
5. การติดตามยานพาหนะ: GPS เป็นเครื่องมือสำหรับนักพัฒนาที่รู้จักกันดีว่ามีศักยภาพในการติดตามเรือทหารในช่วงสงคราม
6. ตำแหน่งรถ: รถที่เปิดใช้งาน GPS ช่วยให้ติดตามตำแหน่งได้ง่ายขึ้น
7. การฟันดาบทางภูมิศาสตร์:ในการฟันดาบทางภูมิศาสตร์เราใช้ GPS เพื่อติดตามมนุษย์สัตว์หรือรถยนต์ อุปกรณ์ติดอยู่กับยานพาหนะคนหรือบนปลอกคอของสัตว์ ให้การติดตามและอัปเดตอย่างต่อเนื่อง
8. การติดแท็กภูมิศาสตร์: หนึ่งในแอปพลิเคชันหลักคือการติดแท็กตำแหน่งซึ่งหมายถึงการใช้พิกัดในพื้นที่กับวัตถุดิจิทัล
9. GPS สำหรับการขุด: ใช้ความแม่นยำในการระบุตำแหน่งระดับเซนติเมตร
10. GPS ทัวร์: ช่วยในการระบุตำแหน่งของจุดที่น่าสนใจใกล้เคียง
11. การสำรวจ: ผู้สำรวจใช้ประโยชน์จากระบบกำหนดตำแหน่งบนโลกในการวางแผนแผนที่