امروزه خیلی از دستگاه‌های ما به فناوری GPS مجهز هستند و به‌سرعت موقعیت مکانی ما را پیدا می‌کنند. اما این سیستم چیست و چگونه کار می‌کند؟ گلوناس و AGPS چیست؟

GPS مخفف Global Positioning System یا سیستم موقعیت‌یاب جهانی است که نوعی تکنولوژی تشخیص موقعیت است که توسط آمریکا برای نیروی هوایی ایالات متحده ساخته شده. این سیستم یک سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی است که موقعیت و اطلاعات زمانی گیرنده GPS را در صورت وجود دید کافی توسط حداقل چهار ماهواره GPS در اختیار او قرار می‌دهد. تکنولوژی GPS مستقل از سایر تکنولوژی‌ها مثل ارتباطات موبایل یا اینترنت است، اما این تکنولوژی‌ها می‌توانند عملکرد GPS را بهبود ببخشند.

حافظ اصلی این سیستم دولت آمریکاست و آن را در اختیار همه کسانی قرار می‌دهد که گیرنده جی‌پی‌اس دارند. ولی اگر آمریکا بخواهد این حق را دارد تا دسترسی گیرنده‌های مدنظر خودش را از این سیستم قطع کند. این کشور یک بار در سال ۱۹۹۹ دسترسی هند را در طول جنگ کارگیل به این سیستم قطع کرد. جی‌پی‌اس نخستین بار در سال ۱۹۷۳ به وجود آمد تا بر محدودیت‌های سیستم‌های موجود در آن زمان فائق آید. این سیستم در ابتدا مجموعا ۲۴ ماهواره داشت.

گلوناس (GLONASS) تکنولوژی مشابه‌ای است که توسط روسیه راه‌اندازی شد، ولی تا قبل از دهه ۲۰۰۰ به خاطر عدم پوشش جهانی ناقص بود.

این تکنولوژی را می‌توان به همه گیرنده‌های جی‌پی‌اس اضافه کرد تا بتوانند از ماهواره‌های بیشتری استفاده کنند و دقت موقعیت‌یابی آن‌ها به حدود ۲ متر برسد. در حال حاضر، در سیستم جی‌پی‌اس چیزی حدود ۲۴ تا ۳۲ ماهواره وجود دارند که در مدار زمین قرار گرفته و از طریق مخابره سیگنال‌های مایکروویو موقعیت، زمان و سرعت بُرداری گیرنده را در اختیار آن قرار می‌دهند.

وقتی حداقل ۳ ماهواره موقعیت گیرنده جی‌پی‌اس را پیدا کرد، این گیرنده با ایجاد مثلثی از موقعیت خود، اطلاعات دقیق جغرافیایی را به شما نشان می‌دهد. ایجاد مثلث روشی برای نقشه‌برداری بر اساس فاصله‌ای است که از هر ماهواره به دست آمده و بعد با یافتن نقطه تلاقی موقعیت گیرنده را پیدا می‌کند. زمان اولیه لازم برای دریافت سیگنال توسط گیرنده جی‌پی‌اس معمولا در حین حرکت یا در مناطق شهری بیشتر است. این زمان همچنین به نحوه آغاز کار دستگاه بستگی دارد. انواع این حالت‌ها را می‌توان به سه دسته تقسیم‌بندی کرد.

شروع داغ

شروغ داغ (Hot Start) مربوط به زمانی است که گیرنده هنوز موقعیت دستگاه و محل قرارگیری ماهواره را به یاد می‌آورد. در این صورت اطلاعات خیلی سریع دریافت می‌شود، اما این حالت به ندرت پیش می‌آید و فقط زمانی قابل استفاده است که دستگاه در موقعیتی نزدیک به آخرین باری قرار داشته باشد که جی‌پی‌اس را خاموش کرده است.

شروع گرم

شروع گرم (Warm Start) مربوط به زمانی است که دستگاه آخرین موقعیت یافت‌شده و زمان UTC را به یاد می‌آورد ولی اطلاعات Almanac یا محل قرارگیری ماهواره را به خاطر ندارد. در این حالت، زمان بسیار بیشتری نسبت به حالت شروع داغ صرف می‌شود اما این زمان همچنان کمتر از حالت شروع سرد است.

شروع سرد

شروع سرد (Cold Start) مربوط به زمانی است که دستگاه هیچ اطلاعاتی را به یاد نمی‌آورد. در این حالت، زمانی که برای یافتن موقعیت مکانی فرد صرف می‌شود خیلی بیشتر از دو حالت قبلی است. در این‌جا دستگاه سعی می‌کند بعد از پیدا کردن ماهواره‌ها محل گیرنده را بیابد. با توجه به این که ابتدا باید ماهواره‌های مربوطه پیدا شود، این روش نسبت به زمانی که ماهواره‌ها از قبل پیدا شده زمان بسیار بیشتری می‌طلبد.

AGPS چیست؟

AGPS معنای جی‌پی‌اس کمکی (Assisted GPS) است. این تکنولوژی یک فناوری یاری‌رسان است که به گیرنده جی‌پی‌اس کمک می‌کند سریع‌تر ماهواره‌ها را پیدا کند. در این روش با دانلود موقعیت مکانی ماهواره‌ها در زمان‌های مختلف از شبانه‌روز در طول هفته باعث افزایش سرعت کارها می‌شود. شبکه بیسیم کمک می‌کند فرآیند ایجاد مثلث بر روی موقعیت کاربر با استفاده از برج‌های سلولی انجام بگیرد تا امکان یافتن و برقراری ارتباط مستقیم با ماهواره‌های موجود در آن محل فراهم شود.

GPS چگونه کار می‌کند؟

وقتی ارتباط گیرنده جی‌پی‌اس با ماهواره برقرار شد، ماهواره دائما و در فواصل زمانی مرتب موقعیت خود را مخابره می‌کند، این امواج با سرعت نور جابجا می‌شود و هنگامی که سرانجام به گیرنده می‌رسد، اطلاعات توسط دستگاه کاربر تفسیر می‌گردد تا معلوم شود که فرد با ماهواره چقدر فاصله دارد. علاوه بر این، وقتی دستگاه از حداقل ۳ ماهواره این اطلاعات را دریافت کرد، داده‌ها بر روی نقشه کشیده می‌شود تا موقعیت کاربری از طریق ایجاد یک مثلث مشخص گردد. ماهواره‌ها از ساعت‌های اتمی استفاده می‌کنند تا به طور دقیق بتوانند زمان را در اختیار داشته باشند، ولی صرف نظر از میزان دقت این ساعت‌ها، به خاطر تفاوت میزان گرانش و نسبیت خاص، همیشه تفاوت قابل توجه‌ای میان زمان محاسبه‌شده در زمین و در ماهواره وجود دارد.

دلیل این اتفاق گرانش قوی‌تری است که در زمین وجود دارد، همین عامل باعث می‌شود ساعت‌های روی زمین کندتر از ساعت‌های ماهواره حرکت کنند. با این حال، چون زمان در ماهواره نسبی است و با ساعت‌های زمین مقایسه می‌شود، این طور به نظر می‌رسد که ساعت‌های ماهواره کندتر از ساعت زمین حرکت می‌کنند. به همین منظور، ساعت ماهواره مدام باید اصلاح شود تا با ساعت روی زمین هماهنگ باشد. ضمنا، ساعت‌های اتمی بسیار گران‌اند، و از ساعت‌های معمولی هم نمی‌توان برای جی‌پی‌اس استفاده کرد.

علاوه بر این، از آن‌جایی که دستگاه گیرنده و ماهواره باید با دقت نانوثانیه‌ای با یکدیگر هماهنگ باشند، و نمی‌توان با ساعت‌های کوآرتز عادی که از آن‌ها در موبایل‌ استفاده می‌شود این کار را انجام داد، پس گیرنده هم زمانش را از خود ماهواره می‌گیرند. زمان از حداقل ۴ ماهواره مختلف دریافت و دقت آن سنجیده می‌شود. حالا دوباره از همین زمانی که از ماهواره گرفته شده برای تعیین فاصله با حداکثر ماهواره‌های ممکن استفاده می‌شود و دقت این زمان مجددا از طریق هر یک از این ماهواره مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. گلوناس نیز به روش مشابه‌ای کار می‌کند اما به خاطر نحوه قرارگیری ماهواره‌های آن، دقت خیلی بهتری دارد، هرچند پوشش این سامانه به خوبی جی‌پی‌اس نیست و خیلی از بخش‌های دنیا در میدان دید این سیستم قرار ندارند.