اجداد ما براي اين كه گم نشوند مجبور بودند به انواع روش هاي اندازه گيري متوسل شوند. آن ها براي اين كار به ساخت بناهاي مكان نما، ترسيم بسيار پر مشقت نقشه هاي جز به جز روي آوردند و آموختند كه چگونه در آسمان شب از ستاره ها براي مسير يابي كمك بگيرند. اما امروزه مكانيابي بسيار آسان تر شده است . شما مي توانيد با كمتر از 100 دلار ،‌يك دستگاه بسيار كوچك تهيه نماييد كه در هر لحظه اي به شما نشان دهد در كدام نقطه از زمين قرار داريد با در اختيار داشتن يك گيرنده GPS و يك آسمان صاف ، شما هيچ گاه گم نخواهيد شد. در اين مقاله قصد داريم ضمن آشنا سازي شما با سامانه ي مكانيكي جهاني GPS، ‌اصول كاري آن را براي شما تشريح كنيم: وقتي مردم درباره GPS صحبت مي كنند ، معمولاً‌يك گيرنده GPS را مد نظر مي باشند اين شبكه ي ماهواره اي ابتدا به عنوان يك سامانه ي ناوبري نظامي و توسط نيروهاي نظامي آمريكايي راه اندازي شده، ‌اما به زودي راه خود را به بازار كاربردهاي تجاري نيز باز كرد. هر يك از اين 27 ماهواره داراي وزني معادل 3000 تا 4000 پاوند مي باشد و از نور خورشيد نيرو مي گيرد. اين ماهواره در فاصله ي حدود 12000 مايلي ( 19300 كيلومتري ) زمين درحال چرخش هستند و در هر روز دو دور كامل به دور زمين مي چرخند مدارهاي چرخش اين ماهواره ها به گونه اي تنظيم شده است كه در هر زمان و در هر نقطه از زمين،‌دست كم چهار ماهواره در ديد باشند. وظيفه ي يك گيرنده GPS اين است كه چهار ماهواره يا بيشتر را مكان يابي كند،‌فاصله با هر يك را اندازه گيري نمايد و از اين اطلاعات براي تخمين موقعيت خود استفاده كند . اين كار بر اساس يك اصل ساده رياضي به نام سه وجهي انجام مي پذيرد. سه وجهي يك فضاي سه بعدي است كه توضيح آن كمي پيچيده مي باشد. بنابراين ابتدا از توضيح فضاي دو بعدي استفاده مي كنيم. سه وجهي دو بعدي تصور كنيد كه در قسمتي از ايالات متحده گم شده ايد و هيچ گونه اطلاعاتي در مورد موقعيت خود نداريد يك فرد بومي را پيدا مي كنيد و مي پرسيد: « ببخشيد من كجا هستم؟» او پاسخ مي دهد در 625 مايلي بويس، ‌ايداهود، ‌اطلاعات خوبي به دست آورده ايد اما هنوز نمي توانيد از آن به تنهايي استفاده ي چنداني كنيد در اين حالت شما ممكن است در هر نقطه اي به شعاع 625 مايلي و مركزيت قرار داده باشد حال يك نفر ديگر را پيدا مي كنيد و از او نيز سوال مي كنيد نفر دوم پاسخ مي دهد در 690 مايلي مينياپوليس ،‌مينسوتا هستيد اگر اين اطلاعات را با هم تركيب كنيد،‌دو دايره متقاطع خواهيد داشت. مشخص است كه شما روي يكي از دو نقطه برخورد دايره ي قبلي با دايره ي جديد به شعاع 690 مايل و مركزيت مينياپوليس قرار دارد ديگر نيز ترسيم نمود كه با هر دو دايره ي قبلي متقاطع است اكنون مي توانيد بفهميد كه دقيقاً‌ در كجا قرار داريد. نقطه ي برخورد سه دايره كه شهر دنور مي باشد محلي است كه شما در آن جا هستيد. همين مفهوم را در فضاي سه بعدي نيز مي توانيد به كار بريد،‌البته در اين فضا شما ديگر با كره سر و كار خواهيد داشت و به دايره در ادامه با اين روش بيشتر آشنا مي شويم. سه وجهي سه بعدي سه وجهي سه بعدي از نظر اصول تفاوت چنداني با دو بعدي ندارد و فقط تصور آن كمي مشكل تر است تصور كنيد كه شعاع دايره كه در مثال هاي قبل داشتيم دائماً‌ در جهات مختلف حركت مي كند در اين صورت به جاي دايره يك سري كرده خواهيد داشت. اگر بدانيد كه از ماهواره ي A در آسمان 10 مايل فاصله داريد، ممكن است در هر نقطه اي روي يك كره با شعاع 10 مايلي قرار داشته باشد. همچنين اگر بدانيد كه حد فاصله 15 مايلي ماهواره ي B هستيد، بنابراين نقاط احتمالي مكان شما،‌ به نقاط هم پوشاني دو كره محدود مي شود، ‌اگر فاصله ي خود از يك ماهواره ي سوم را نيز داشته باشيد، فقط دو نقطه ي برخورد سه كره مي تواند نقاط مكان شما باشد. خود زمين مي تواند به عنوان كره ي چهارم عمل كند چرا كه فقط يكي از دو نقطه ي ياد شده بر روي زمين قرار خواهد داشت و مي توان نقطه اي كه در فضا قرار گرفته است را حذف نمود. با وجود اين گيرنده ها معمولاً‌ از چهار ماهواره يا بيشتر استفاده مي كنند تا دقت اندازه گيري افزايش يابد. سپس گيرنده ي GPS براي انجام اين محاسبه ي ساده، بايد از دو چيز اطلاع داشته باشد: 1-موقعيت دست كم سه ماهواره در فضا 2-فاصله ي بين شما و هر يك از اين ماهواره ها گيرنده ي GPS اين دو مورد را با استفاده از تجزيه و تحليل سيگنال هاي راديويي داراي فرنكانس بالا و قدرت پايين ارسالي از ماهواره GPS به دست مي آورد واحد هاي پيشرفته تر GPS داراي چند گيرنده هستند، ‌بنابراين مي توان همزمان از چندين ماهواره ،‌سيگنال گرفت. امواج رادويي داراي انرژي الكترو مغناطيسي هستند و بنابراين با سرعت نور حركت مي كنند ( حدود 18600 مايل بر ثانيه يا 300000 كيلومتر بر ساعت در خلا) گيرنده مي تواند با كمك محاسبه ي زماني كه موج از ماهواره تا گيرنده پيموده است فاصله ي ماهواره را محاسبه كند، اما گيرنده و ماهواره چگونه براي انجام اين اندازه گيري ها با يكديگر هماهنگ مي شوند؟ اندازه گيري فاصله همان طور كه گفتيم، ‌گيرنده ي GPS با اندازه گيري زمان ارسال سيگنال از ماهواره به گيرنده ،‌فاصله تا ماهواره هاي GPS را اندازه گيري مي كند. در يك زمان ويژه ( مثلاً نصف شب ) ماهواره شروع به انتقال يك الگوي ديجيتال بلند مي كند كه ( كد متناوب ساختگي ) ناميده مي شود گيرنده نيز دقيقاً‌در نيمه شب، شروع به اجراي همان الگوي ديجيتال مي كند وقتي گيرنده سيگنال ماهواره را دريافت مي كند انتقال الگو به اندازه ي بيت عقب تر از اجراي الگو توسط گيرنده خواهد بود ميزان تاخير برابر زمان انتقال سيگنال مي باشد گيرنده اين زمان را در سرعت نور ضرب مي كند تا مسافت طي شده توسط سيگنال را تعيين كند با فرض اين كه سيگنال يك خط مستقيم را مي پيمايد، اين خط فاصله بين گيرنده و ماهواره خواهد بود براي انجام اين اندازه گيري ، هم گيرنده هم ماهواره به ساعت هايي نياز دارند كه دقت تنظيم آن ها در حد نانو ثانيه باشد براي اين منظور به وجود ساعت هاي اتمي نه تنها در داخل تمامي ماهواره ها بلكه در داخل خود گيرنده نياز خواهيم داشت اما ساعت هاي اتمي قيمتي بين 50000 تا 100000 دلار دارند بنابر اين ،‌براي عام مردم بسيار گران هستند سيستم مكان يابي جهاني،‌ يك راه حل هوشمندانه و كار آمد براي اين مشكل دارد. هر ماهواره در بر دارنده ي يك ساعت اتمي گران مي باشد اماخود گيرنده از يك ساعت معمولي استفاده مي كند كه پيوسته تنظيم مي شود گيرنده به سيگنال هاي دريافتي از چهار ماهواره يا بيشتر نگاه مي كند و بدين ترتيب ، هر گونه بي دقتي خود را نيز جبران مي كند به بيان ديگر ،‌تنها يك عدد براي زمان كنوني وجود دارد كه گيرنده مي تواند از آن استفاده كند به كار گيري زمان صحيح ،‌همان زماني است كه توسط ساعت اتمي داخل ماهواره ها نشان داده مي شود بنابراين گيرنده نيز پيوسته زمان خود را با آن تنظيم مي كند و در نتيجه تمامي ساعت هاي داخل ماهواره ها و گيرنده ي منطبق بر هم خواهند بدين ترتيب گيرنده ي ‌GPS داراي يك ساعت اتمي مجاني مي باشد. وقتي فاصله ي خود را با چهار ماهواره ي مشخص شده اندازه گيري مي كنيم،‌مي توانيم چهار كره را ترسيم نماييم كه در يك نقطه همديگر را قطع كرده اند اگر اعداد مورد استفاده ي شما صحيح نباشد، ممكن است سه كره همديگر را قطع كنند، اما چهار كره هيچ گاه يك نقطه ي اشتراك نخواهند داشت از آن جا كه گيرنده تمامي اندازه گيري ها را با ساعت داخلي خود انجام مي دهد، ميزان اشتباه در فاصله چهار ماهواره متناسب با يكديگر خواهد بود. براي استفاده از اطلاعات مسافتي، گيرنده نيز بايد بداند ماهواره ها كجا واقع شده اند اين كار چندان سختي نيست چون ماهواره ها در مدارهايي بسيار بالا و قابل پيش بيني حركت مي كنند. گيرنه يك تقويم نجومي ويژه دارد كه در آن مكان هر ماهواره در هر لحظه از سال مشخص شده است مواردي همچون جاذبه ي خورشيد و ماه نيز تغييرات اندكي درمدارهاي ماهواره ها ايجاد مي كند اما وزارت آمريكا پيوسته مكان دقيق آن ها مشخص مي كند و هر گونه اطلاعات تنظيمي را به عنوان بخشي از سيگنال هاي ماهواره ها به تمامي گيرنده ها GPS مي فرستد. اين سيستم بسيار خوب كار مي كند اما گاهي بي دقتي هايي نيز در آن ديده مي شود در اين روش فرض بر آن است كه سيگنال هاي راديويي با سرعت ثابت ( سرعت نور) از جو زمين گذر مي كنند در حالي كه در واقع جو زمين تا حدودي انرژي مغناطيسي را كاهش مي دهد به ويژه در لايه هاي يونوسفرو تراپوسفر ميزان تاخير نيز بسته به اين كه شما در كجاي زمين هستيد فرق مي كند و به همين دليل، مد نظر قرار دادن آن در محاسبات بسيار مشكل است اين مسائل را مي توان با مد نظر قرار دادن عبور سيگنال هاي راديويي از ميان اشياي بزرگ مثل آسمان خراش ها حل نمود. بدين ترتيب براي گيرنده چنين فرضي تداعي مي شود كه ماهواره كمي دورتر از محل واقعي خود است افزون بر اين ،‌ماهواره ها گاهي داده هاي تقويم نجومي را با خط ارسال مي كنند و بنابراين تخمين موقعيت آن ها نيز با اشتباه همراه خواهد بود GPS تفاضلي به رفعDGPS در منطقه ي مي فرستد و اطلاعات اصلاحي سيگنال را براي اين منطقه تعيين مي كند در كل دستيابي به اين اطلاعت اصلاحي گيرنده هاي DGPS را دقيق تر از گيرنده هاي معمولي مي كند اصلي ترين كار يك گيرنده GPS اين است كه نقل و انتقالات دست كم چهر ماهواره را برداشته و اطلاعت را با آن دسته از نقل و انتقالاتي كه در برداردنه ي يك تقويم الكترونيكي هستند تركيب كند تا موقعيت گيرنده بر روي زمين مشخص شود. گيرنده با انجام اين محاسبات مي توان طول و عرض جغرافيايي و ارتفاع ( يا برخي اندازه گيري هاي مشابه ) موقعيت كنوني خود را به شما بگويد براي اين كه ناوبري براي كاربر قبل استفاده تر باشد بيشتر گيرنده ها از رديف داده ها را با فايل هاي نقشه ذخيره شده در حافظه دانلود كنيد. يك گيرنده استاندارد GPS نه تنها مكان شما را در هر نقطه ويژه از نقشه مشخص مي كند بلكه مسير حركت شما را نيز در نقشه نشان مي دهد اگر گيرنده تان را روشن بگذاريد مي توانيد در ارتباط پيوسته با ماهواره باشد تا چگونگي تغيير موقعيت شما را نشان دهد با اين اطلاعت و ساعت داخلي گيرنده مي توان اطلاعت بسيار ارزشمندي را در اختيار شما بگذارد از جمله چه مقدار حركت كرده ايد ( مسافت سنج ) چه مدت در حركت بوده ايد سرعت كنوني شما چقدر است ( سرعت سنج ) سرعت ميانگين شما چقدر بوده است يك خط ممتد ترسيم نماييد كه چگونه حركت شما را روي نقشه نشان دهد زمان تقريبي رسيدن شما به مقصد را محاسبه كند.

منبع: تارنوشت گروه كوه نوردي كنگاور