جی پی اس GPS
بوسیله گیرنده‌های سیستم GPS می‌توان هم به روش مطلق و هم به روش نسبی تعیین موقعیت کرد. برای تعیین موقعیت در هر یک از دو روش فوق می‌توان از روش‌های ایستا (Static)، متحرک(Kinematics) و انیمه متحرک (Semi-Kinematics) استفاده نمود.
در روش مطلق، موقعیت نسبی نقطه نسبت به یک نقطه مختصات دار معلوم (Z)DELTA(X),DELTA(Y),DELTA بدست می‌آید. روش تعیین موقعیت نسبی به علت حذف خطاهای سیستماتیک موجود در اندازه‌گیری‌های GPS از اهمیت خاصی برخوردار است و برای انجام آن نیاز به دو گیرنده GPS می‌باشد که به طور همزمان ماهواره‌های مشترک را مشاهده و اندازه‌گیری نمایند. منظور از هم زمانی این است که شرایط اندازه گیری برای هردو گیرنده مستقر در ایستگاه‌های استقرار، یکی با مختصات مجهول، یکسان باشد. از روش تعیین موقعیت نسبی با GPS اکثرا در کارهای نقشه شبکه‌های ژئودزی استفاده می‌شود. دقت تعیین مختصات مطلق با سیستم GPS در حال حاضر بهترین آن حالت ۳+ متر بوده و دقت تعیین مختصات نسبی با این سیستم در حد میلیمتر است.
امواج حامل
الف) موج حامل (L1) با فرکانس 1500 MHZ
ب) موج حامل (L2) با فرکانس 1200 MHZ
کدهای اطلاعاتی (به صورت دودویی)
الف) کد غیر نظامی (کد C/A)؛
ب) کد دقیق (کد P)؛ F10/23 MHz
ج) کد سری (کد Y)؛ f10/23 MHz
برای رسین به حداکثر دقت و کارآیی GPS توسط یک گیرنده باید از گیرنده‌ای استفاده کرد که هر دو موج حامل L1 و L2 و کدهای فوق را دریافت نموده و قابلیت آنتی اسپوفینگ (AS) داشته باشد؛ یعنی بتواند کد سری Y را به یک کد P و بالعکس تبدیل کند.
فرکانس پیام ماهواره (Message)
فرکانس f=1500 MHz که حامل اطلاعات زیر است:
الف) اطلاعات مدار ماهواره که مربوط به موقعیت ماهواره می‌شود.
ب) اطلاعات مربوط به زمان
ج) اطلاعات شماره ماهواره
د) اطلاعات مربوط به ضریب دقت آرایش هندسی ماهواره‌ها (لازم به ذکر است که چنانچه ماهواره‌ها در افق منطقه مورد نظر باشند، نه در بالای سر و یا اگر زاویه هر دو ماهواره باهم ۱۲۰ درجه باشد، تعیین موقعیت محل دارای دقت بیشتری خواهد بود.
عملکرد مثلث بندی به عنوان اساس
به عنوان اساس کار فرض شود که ما در نقطه O در فضا قرار داشته‌ایم و از موقعیت خود اطلاع نداریم، اما می‌دانیم که فاصله ما از نقطه A برابر a است و می‌دانیم که نقطه O روی کره‌ای به شعاع a و مرکزیت A قرار دارد و همین سلسله را تا نقاط (D (A B C D نیز به کار ببریم و برای به دست آوردن فاصله از ماهواره، به مثال زیر توجه کنید:
شما و دوستتان در نقاط شمالی و جنوبی یک زمین فوتبال ایستاده‌اید و هر دو همزمان در ساعت ۴ می‌گویید یک، چهار و یک ثانیه بگویید، دو …. حال اگر یک گفتن دوستان را هنگام گفتن ۴ توسط خودتان بشنوید و محاسبه کنید، رسیدن صدای یک دوست شما، سه ثانیه طول کشیده است و اگر این سه ثانیه را در سرعت صوت و در دمای مشخص ضرر فاصله به دست می‌آید. اکنون که GPS موقعیت و فاصله ماهواره را می‌داند، می‌تواند موقعیت خود را حيا فرض کنید فاصله ما از یک ماهواره 11000 مایل است. بنابراین، مکان ما در جایی روی محیط یک کره فرضی به شعاع1100۰ مایل و مرکزیت ماهواره است. حال، یک ماهواره دیگر با 13000 مایل فاصله تصور کنید. کره دوم در تقاطع كره اول یک دایره را تشکیل می‌دهد. اگر ماهواره‌ی سوم را اضافه کنید در دو نقطه برخورد خواهیم داشت که با دادن ارتفاع حدودی خود GPS مختصات طولی و عرضی را به ما می‌دهد، ولی مختصات ممکن است درست نباشد. برای همین، ماهواره‌ی چهارم را وارد می‌کنیم که از برخورد ۴ کره فرضی فقط یک نقطه بدست می‌آید.
منابع خطا
گیرنده‌های GPS غیر نظامی به صورت بالقوه یک سری خطا دارند که به بعضی از آنها می‌پردازیم.
lonosphere and troposphere delays
سیگنال‌های ماهواره هنگام عبور از اتمسفر سرعت حرکت خود را از دست می‌دهند: سیستم یک مدل در داخل خود دارد که با آن میانگین تاخیر را حساب می‌کند، ولی این مقدار دقیقا مقدار تاخیر نیست و همین باعث ایجاد خطا می‌شود.
signal multi-path
وقتی سیگنال قبل از رسیدن به گیرنده‌های GPS با برخورد با اجسامی مثل ساختمان‌های بلند تغییر مسیر می‌دهد و باعث زیاد شدن زمان رسیدن سیگنال به GPS می‌شود، این تولید خطا می‌کند.
receiver clock error
داشتن یک ساعت اتمی در داخل GPS عملی نیست. همچنین، ساعت داخلی GPS دارای خطای زیادی است.
orbital errors
این خطا با نام EPHEMERIS ERROR نیز شناخته می‌شود که خطای گزارش غلط درباره‌ی مدار ماهواره است.
NUMBER OF SATELLITES VISIBLE
هر چه تعداد ماهواره‌ها بیشتر باشد، اطلاعات GPS درست‌تر است. ساختمان‌ها، قطار، منابع الکتریکی و گاهی اوقات شاخ و برگ درختان می‌تواند مانع رسیدن امواج به GPS شده و منجر به خطای موقعیت شوند. یک دید تمیز باعث دریافت بهتر می‌شود. GPS در مناطق در بسته (اغلب) یا زیر آب یا زیر زمین کار نمی‌کند.
Satellite geometric /shading
ماهواره‌های پیدا شده در زمان داده شده بستگی دارد. جغرافیای مطلوب زمانی است که ماهواره‌ها با زاویه‌ی زیاد در دید هم و در دسترس بوده و جغرافیای بد زمانی است که ماهواره‌ها در یک خط یا در یک گروه بسته در دسترس باشند.
- GPS در ابتدا خود را براساس تقسیم ناحیه‌ای به مثلث‌های هم جهت مساحی براساس اطلاعات ماهواره‌ای تنظیم می‌کند. این روش کمک می‌کند تا این دستگاه بتواند موقعیت هر منطقه را به صورت دیجیتالی برای خود تشخیص داده و آنها را شناسایی کند.
- برای اینکه این تقسیم بندی‌ها به صورت درست انجام شود، گیرنده GPS با استفاده از مدت زمان انتقال سیگنال‌های رادیویی فاصله‌ها را محاسبه می‌کند.
- برای محاسبه هرچه دقیق‌تر این فواصل، GPS به زمان سنج‌های بسیار حساس نیاز دارد که برای استفاده از این زمان سنج‌ها باید روش‌های متفاوتی را به کار بندد.
- به جز تشخیص فاصله‌ها، این دستگاه مجبور است که موقعیت دقیق استقرار هر ماهواره در فضا را تشخیص دهد. لازم به ذکر است که موقعیت مدارها و استقرار ماهواره در آنها محرمانه است و در اختیار هر شخصی قرار نمی‌گیرد .
- پس از این مراحل، GPS باید تمام تاخیرها در دریافت سیگنال‌های رادیویی را از بین برده و آنها را بدون هیچ گونه تاخیر در جو به حرکت در بیاورد.
ایستگاه‌های زمینی
شامل ایستگاه‌های کنترل زمینی است که دارای مختصات معلوم بوده و موقعیت آنها از طریق روش‌های کلاسیک تعیین موقعیت نظیر روش VLBI (تعیین فواصل بلند توسط کوازارها) و روش (SLR) (فاصله سنجی ماهواره‌ای با امواج لیزر) بدست آمده است. این ایستگاه‌ها وظیفه تعقیب و مشاهده شبانه روزی ماهواره‌های GPS را بر عهده دارند. این بخش به وسیله محاسبات ریاضی پیچیده از طریق محاسبه معادله پلی نومیال (Polynomials) ریاضی به طریق کمترین مربعات، پارامترهای مداری (افمریزها) و موقعیت ماهواره‌ها را نسبت به یک سیستم مختصات ژئودتیک ژئوسنتریک (مبدا سیستم مختصات تقریبا در مرکز زمین قرار دارد) محاسبه می‌نماید. تعداد این ایستگاه‌های زمینی ۵ عدد است که ایستگاه اصلی با نام کلرادو اسپرینگ در آمریکا قرار داشته و 4 ایستگاه فرعی دیگر در نقاط دیگر کره زمین مستقر هستند.
کاربردها
GPS ها دارای کاربردهای متنوعی در زمین، دریا و هوا می‌باشند. اساسا GPS در هر جایی قابل استفاده است مگر در نقاطی مانند داخل ساختمان‌ها، غارها و نقاط زیرزمینی دیگر و یا زیر دریا که امکان دسترسی به امواج ماهواره در آن محل‌ها نمی‌باشد. کاربردهای هوایی GPS در رهیابی برای هوا نوردی تجاری است. در دریا نیز ماهیگیران، قایق‌های تجاری، و دریانوردان حرفه‌ای از GPS برای رهیابی استفاده می‌کنند.
