امروزه جی پی اس به یکی از ضروری‌ترین بخش‌های زندگی مدرن تبدیل شده است. میزان دقت جی پی اس از اهمیت زیادی برخوردار است؛ زیرا این ابزار کاربردی ما را در خیابان‌های ناآشنا راهنمایی می‌کند، محموله‌ها را در سراسر قاره‌ها ردیابی می‌کند و حتی در واکنش به مواقع اضطراری مفید واقع می‌شود. از زمان آغاز به کار در سال 1970، نحوه عملکرد GPS از یک ابزار نظامی به یک فناوری فراگیر در گوشی‌های هوشمند، وسایل نقلیه، ردیاب‌ها و… تبدیل شده است.
این سیستم فناوری مبتنی بر ماهواره که ما تا این اندازه به آن متکی هستیم، چقدر دقیق است؟ پاسخ به این سؤال هم جذاب و هم پیچیده است. دقت جی پی اس به عوامل مختلفی مانند تداخل سیگنال، کیفیت گیرنده و سیستم‌های تقویت و… بستگی دارد. در این مقاله از سری مقالات وب سایت تلاش توسعه نیک آریا با ما همراه باشید تا به بررسی عوامل موثر بر دقت جی پی اس بپردازیم.
میزان دقت جی پی اس
سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS) یک شگفتی از فناوری مدرن است که اطلاعات مکان و زمان را از طریق مجموعه‌ای از ماهواره‌ها که به دور زمین می‌چرخند، در اختیار کاربران سراسر دنیا قرار می‌دهد. اما میزان دقت جی پی اس (اینکه چقدر موقعیت را نسبت به مکان واقعی مشخص می‌کند) بسته به عوامل متعددی متفاوت است. جی پی اس به شبکه‌ای متشکل از حداقل 24 ماهواره متکی است که هرکدام سیگنال‌های زمانی دقیق را با استفاده از ساعت‌های اتمی پخش می‌کنند.
یک گیرنده جی پی اس، مانند گیرنده گوشی هوشمند یا ردیاب ماشین FMC125، موقعیت خود را با اندازه‌گیری زمان رسیدن سیگنال‌های چندین ماهواره، مثلث‌سازی مکان آن در فضای سه‌بعدی (طول، عرض و ارتفاع)، محاسبه می‌کند. در شرایط ایده‌ال، نحوه عملکرد جی پی اس و دقت آن به عوامل زیر بستگی دارد.
1. هندسه ماهواره
یکی از عوامل کلیدی تعیین‌کننده میزان دقت جی پی اس، هندسه ماهواره‌های مورد نظر است. این عامل که به‌عنوان DOP شناخته می‌شود، میزان پراکندگی ماهواره‌ها در آسمان را از دیدگاه گیرنده اندازه‌گیری می‌کند. DOP کم با پراکندگی گسترده ماهواره‌ها، دقت بهتری را به همراه دارد، درحالی‌که DOP بالا با ماهواره‌هایی که در کنار هم قرار گرفته‌اند، دقت را کاهش می‌دهند.
در هندسه ماهواره‌ای بهینه، میزان دقت جی پی اس غیرنظامی در حدود 5 متر شناور است که نسبت به اوایل دهه 2000، زمانی که دسترسی انتخابی دقت را به حدود 100 متر محدود می‌کرد، یک پیشرفت بزرگ محسوب می‌شود. قطع دسترسی انتخابی در سال 2000 نقطه عطفی بود و GPS را برای استفاده‌های روزمره ردیاب‌ها، مانند ردیاب شخصی TMT250 قابل‌اعتمادتر کرد.
2. تداخل سیگنال
میزان دقت جی پی اس تنها به موقعیت ماهواره‌ها بستگی ندارد. تداخل سیگنال نقش مهمی در این فرایند ایفا می‌کند. سیگنال GPS که تقریباً 20000 کیلومتر از ماهواره به گیرنده سفر می‌کند، باید از جو زمین که یونوسفر و تروپوسفر می‌توانند آن را به تأخیر بیندازند، عبور کند.
تأخیرهای یونوسفر، ناشی از ذرات باردار، و تأخیرهای تروپوسفر تحت تاثیر شرایط آب‌وهوایی مانند رطوبت می‌توانند خطاهای چندمتری را ایجاد کنند. انسدادهای فیزیکی، ساختمان‌های بلند، جنگل‌های انبوه یا دره‌ها، با مسدودکردن انعکاس سیگنال‌ها می‌توانند تداخل چند مسیری ایجاد کرده و مسائل را پیچیده‌تر کنند. در محیط‌های شهری، این امر می‌تواند خطاها را به بیش از 10 متر برساند و کاربران متکی به برنامه‌های ناوبری مانند ردیاب حرفه ای fmc130 را گمراه کند.
3. افزایش میزان دقت جی پی اس
برای مقابله با این محدودیت‌ها، سیستم‌های تقویت، میزان دقت جی پی اس را افزایش می‌دهند. به‌عنوان‌مثال، GPS دیفرانسیل (DGPS) از ایستگاه‌های مرجع زمینی با مکان‌های شناخته شده برای تصحیح سیگنال‌های ماهواره‌ای استفاده می‌کند و خطاها را تا 1 الی 3 متر کاهش می‌دهد. تحویل به موقع کالاها با ردیاب های GPS یکی از کاربردهای نوین این فناوری است. سیستم تقویت منطقه گسترده (WAAS) که در آمریکای شمالی مستقر شده است، میزان دقت جی پی اس را بیشتر اصلاح می‌کند و به‌دقت متر برای هوانوردی و سایر کاربردهای حیاتی دست می‌یابد.
برای سخت‌ترین کارها (مانند نقشه‌برداری یا وسایل نقلیه خودران)، GPS کینماتیک واقعی (RTK) از اندازه‌گیری‌های فاز حامل استفاده می‌کند و دقت را به سانتی‌متر کاهش می‌دهد. بااین‌حال، این سیستم‌ها به تجهیزات تخصصی و اغلب اشتراک نیاز دارند که آن‌ها را برای کاربران عادی غیرعملی می‌کند.
4. کیفیت گیرنده
کیفیت گیرنده بر میزان دقت جی پی اس تاثیر زیادی می‌گذارد. دستگاه‌های پیشرفته با قابلیت‌های فرکانس دوگانه می‌توانند با پردازش سیگنال‌ها در دو باند (مثلاً L1 و L5) خطاهای یونوسفر را کاهش دهند و عملکرد بهتری نسبت به گیرنده‌های تک فرکانسی در گوشی‌های هوشمند دارند. این گیرنده‌ها می‌توانند نقش ردیاب های gps در تامین نیازهای شما را بهبود ببخشند.
در همین حال، پیشرفتهای در حال انجام، مانند مدرن‌سازی GPS با ماهواره‌های جدید که سیگنال‌های قوی‌تر و دقیق‌تری را پخش می‌کنند، نویدبخش بهبود مستمر است. بااین‌حال، هیچ سیستمی بی‌عیب‌ونقص نیست. اختلال، جعل یا طوفان‌های خورشیدی نادر می‌توانند GPS را مختل کنند و به ما یادآوری کنند که حتی این غول فناوری نیز آسیب‌پذیری‌هایی دارد.
عوامل موثر بر دقت جی پی اس
میزان دقت جی پی اس به عوامل مختلفی بستگی دارد. این سیستم موقعیت‌یابی جهانی، یک سیستم ناوبری مبتنی بر ماهواره است که اطلاعات مکان و زمان را در اختیار کاربران سراسر دنیا قرار می‌دهد. درحالی‌که نحوه عملکرد GPS بسیار قابل‌اعتماد است، دقت آن تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار می‌گیرد که در ادامه به بررسی هرکدام می‌پردازیم.
1. DOP
گیرنده‌های جی پی اس موقعیت را با مثلث‌بندی سیگنال‌های چندین ماهواره محاسبه می‌کنند. اگر ماهواره‌ها در آسمان به هم نزدیک شوند، هندسه ضعیف است که منجر به مقادیر بالاتر DOP و کاهش دقت می‌شود. برعکس، وقتی ماهواره‌ها به طور مساوی در آسمان پخش می‌شوند، هندسه بهینه است و در نتیجه DOP کمتر و دقت بهتری ایجاد می‌کند. کاربران در دره‌ها و مناطق کوهستانی ممکن است هندسه ضعیف ماهواره‌ای را به دلیل نقاط مسدود شده از آسمان تجربه کنند.
2. شرایط جوی
یکی دیگر از عوامل تأثیرگذار بر میزان دقت جی پی اس، شرایط جوی است. سیگنال‌های GPS از طریق یونوسفر و تروپوسفر، لایه‌هایی از جو زمین که می‌توانند انتقال سیگنال را به تأخیر بیندازند، حرکت می‌کنند. یونوسفر، حاوی ذرات باردار است و می‌تواند سیگنال‌ها را به‌ویژه در هنگام طوفان‌های خورشیدی یا طوفان‌های ژئومغناطیسی شکست دهد و خطاهای چندمتری ایجاد کند.
تروپوسفر که به زمین نزدیک‌تر است، سیگنال‌ها را از طریق عوامل مرتبط با آب‌وهوا، مانند رطوبت، دما و فشار تحت تاثیر قرار می‌دهد. شرایط مرطوب یا پوشش ابر متراکم می‌تواند سیگنال‌ها را کند کند؛ اگرچه سیستم‌های پیشرفته GPS از گیرنده‌های فرکانس دوگانه برای تصحیح تأخیرهای یونوسفر و مدل‌هایی برای تخمین اثرات تروپوسفر استفاده می‌کنند.
3. انسداد سیگنال و اثرات چند مسیری
از دیگر عوامل موثر بر دقت جی پی اس، می‌توان به انسداد سیگنال و اثرات چند مسیری اشاره کرد. انسدادهای فیزیکی مانند ساختمان‌ها، درخت‌ها یا تونل‌ها می‌توانند سیگنال‌های ماهواره را مسدود کنند، تعداد ماهواره‌های قابل دید را کاهش دهند و تثبیت موقعیت را ضعیف کنند. چند مسیری زمانی اتفاق می‌افتد که سیگنال‌ها قبل از رسیدن به گیرنده از سطوحی مانند شیشه یا فلز منعکس می‌شوند و باعث می‌شود فاصله تا ماهواره اشتباه محاسبه شود. این عوامل تأثیرگذار بر میزان دقت جی پی اس به‌ویژه در محیط‌های شهری با آسمان‌خراش‌هایی با سطح انعکاسی یا نزدیک توده‌های آب مشکل‌ساز می‌شوند.
4. خطاهای ساعت
خطاهای ساعت نیز نقش ظریف و درعین‌حال حیاتی در میزان دقت جی پی اس دارند. نحوه عملکرد GPS بر زمان‌بندی متکی است. ماهواره‌ها و گیرنده‌ها باید با نانوثانیه همگام شوند. ماهواره‌ها ساعت‌های اتمی را حمل می‌کنند که بسیار دقیق هستند؛ اما ساعت‌های گیرنده نمونه‌های مبتنی بر کوارتز، دقیق‌تر هستند.
حتی ناهماهنگی‌های کوچک می‌تواند به خطاهای موقعیتی قابل‌توجه تبدیل شود؛ زیرا نور تقریباً 300 متر را در یک میکروثانیه طی می‌کند. سیستم‌های GPS این امر را با استفاده از سیگنال‌های حداقل 4 ماهواره برای حل موقعیت و زمان توضیح می‌دهند، بااین‌حال، خطاهای ساعت باقی‌مانده همچنان می‌توانند بر میزان دقت جی پی اس تاثیر بگذارند.
5. مداخلات انسانی
مداخلات انسانی مانند پارازیت و جعل سیگنال، یک نگرانی نوظهور در میزان دقت جی پی اس محسوب می‌شوند. پارازیت شامل پخش نویز برای غلبه بر سیگنال‌های GPS است. جعل، سیگنال‌های جعلی را برای گمراه‌کردن گیرنده‌ها ارسال می‌کند. این اختلالات عمدی که اغلب به فعالیت‌های نظامی یا غیرقانونی مرتبط است، می‌تواند GPS را در مناطق آسیب‌دیده غیرقابل‌استفاده کند. دولت‌ها و صنایع درحال‌توسعه فناوری‌های ضد پارازیت هستند؛ اما چنین مداخلاتی همچنان نحوه عملکرد GPS را آسیب‌پذیر می‌کنند.
6. کیفیت گیرنده
کیفیت گیرنده و الگوریتم‌های پردازش بر میزان دقت جی پی اس تاثیر می‌گذارند. گیرنده‌های ارزان‌قیمت در تلفن‌های هوشمند ممکن است فاقد حساسیت یا قدرت محاسبانی واحدهای پیشرفته مورداستفاده در نقشه‌برداری باشند. تکنیک‌های پیشرفتهای مانند موقعیت‌یابی GPS دیفرانسیل (DGPS) یا موقعیت‌یابی سینماتیک در زمان واقعی (RTK) که از ایستگاه‌های زمینی برای تصحیح خطاها استفاده می‌کنند، می‌توانند به‌دقت سطح سانتی‌متر دست یابند که بسیار از دقت معمولی 5 الی 10 متری GPS استاندارد فراتر می‌روند.
جمع‌بندی
به طور خلاصه، میزان دقت جی پی اس به عوامل مختلفی از جمله علم، محیط‌زیست و نوآوری بستگی دارد. عوامل موثر بر دقت جی پی اس شامل هندسه ماهواره، تأخیرهای جوی، انسداد سیگنال، دقت ساعت، تداخل و قابلیت‌های گیرنده بستگی دارد. بسیاری از این مسائل، نحوه عملکرد GPS را مختل می‌کنند و باعث خطا در موقعیت‌یابی می‌شوند.
بااین‌حال، پیشرفتهای مدرن بسیاری از این مسائل را کاهش می‌دهند، متغیرهای محیطی و تکنولوژیکی تضمین می‌کنند که عملکرد GPS وابسته به زمینه باقی می‌ماند و کاربران را ملزم می‌کنند تا با شرایط خاص برای نتایج بهینه سازگار شوند. تلتونیکا به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان تجهیزات مدیریت ناوگان هوشمندسازی، راه‌حل‌های هوشمندانه و کارآمد را برای مشتریان خود فراهم می‌کند. تیم ما با تمرکز بر طراحی و توسعه سیستم‌های پیشرفته، بهبود عملکرد و کارایی کسب‌وکارهای شما را تضمین می‌کند. برای اطلاعات بیشتر و سفارش، از طریق بخش تماس با ما، با مشاوران ما در ارتباط باشید.
