2- پیشینه

2-1- پیشینه سیستم‌های تعیین موقعیت

در چند دهه گذشته، سیستم‌های تعیین موقعیت اتوماتیک وسایل نقلیه با دقت تعیین موقعیت مطلق آنی چند کیلومتر تا سیستم‌های تعیین موقعیت اتوماتیک وسایل نقلیه امروزی با دقت تعیین موقعیت مطلق آنی چند متر به‌کار گرفته شده‌اند.

یکی از اولین تکنولوژی‌های تعیین موقعیت به‌کار رفته در سیستم‌های تعیین موقعیت اتوماتیک وسائل نقلیه، نوارهای مغناطیسی بود که در زیر جاده قرار می‌گرفتند. هنگامی که خودرو از قسمت ویژه‌ای از جاده عبور می‌کرد، یک آشکارساز کدهای باینری ( Binary Code Detector) ، شناسه ( ID) موقعیت را در خودرو آشکار می‌ساخت. عیب عمده این سیستم، نیاز به کندن جاده برای نصب و نگهداری سیستم بود .

تکنیک‌های تعیین موقعیت چند ضلع‌بندی ( Multi Lateration Location Techniques) بدین شکل بود که یک فرستنده بر روی خودرو در یک زمان معین پالس یا سیگنالی را ارسال می‌نمود. در همان زمان، چند گیرنده که در منطقه قرار گرفته بودند، اختلاف زمانی بین زمان دریافت و ارسال سیگنال را در هر گیرنده اندازه‌گیری می‌کردند و یک کامپیوتر مرکزی با پردازش این اطلاعات موقعیت خودرو را تعیین می‌نمود. با وجود این که سخت‌افزار درون خودرو نسبتاً ارزان بود، ولی مشکل اصلی این سیستم‌ها در زیر ساخت گران گیرنده‌های مستقر در منطقه ‌بود که به ساعت اتمی پایدار نیاز داشتند .

تکنیک دیگری که در تعیین موقعیت وسایل نقلیه به‌کار گرفته شد، استفاده از فاصله‌سنج ( Odometer) در درون خودرو بود. این فاصله‌سنج، تعداد دورهای چرخ جلو خودرو را به وسیله یک مغناطیس که به چرخ جلو متصل بود، می‌شمرد. در این تکنیک، تعیین موقعیت نیاز به دانستن موقعیت نقطه شروع و مسیر حرکت خودرو داشت و موقعیت خودرو با اندازه‌گیری مسافت طی شده از نقطه شروع در طول مسیر از پیش تعیین شده، بدست می‌آمد. مزیت اصلی سیستم فاصله‌سنج، پیوستگی در تعیین موقعیت و عیب این سیستم، عدم صحت تعیین موقعیت در فواصل زیاد بود ,. در حال حاضر، از فاصله‌سنج در تعیین موقعیت دریایی استفاده می‌شود.

سیستم ارسال علائم ( Signpost) ، یکی دیگر از سیستم‌های تعیین موقعیت وسایل نقلیه بود که از چند سیستم‌ مخابراتی Beacon در کنار جاده استفاده می‌کرد و Beaconها یک مشخصه یکتا را در منطقه تحت پوشش ارسال می‌نمودند. هنگامی که خودرو از منطقه تحت پوشش یک Beacon عبور می‌کرد، با دریافت مشخصه موقعیت خود را تعیین می‌نمود. ولی هنگامی که خودرو بین Beaconها قرار داشت، سیستم قادر نبود اطلاعات مفیدی از موقعیت خودرو را فراهم نماید. مشکل اصلی این سیستم‌ نیاز به تعداد بالای Beaconها برای تعیین موقعیت دقیق در منطقه بود که هزینه سنگینی را دربرداشت .

همانطور که پیشتر گفته شد، عیب عمده سیستم فاصله‌سنج عدم صحت و نیاز به دانستن نقطه شروع و مسیر حرکت و عیب عمده سیستم ارسال علائم تعیین موقعیت ناپیوسته بود. مزیت اصلی سیستم ارسال علائم، تعیین موقعیت دقیق خودرو در یک موقعیت مشخص و مزیت اصلی سیستم فاصله‌سنج، پیوستگی در تعیین موقعیت بود. با تلفیق این دو سیستم، سیستم فاصله‌سنج ارسال علائم می‌توانست موقعیت صحیح خودرو را در طول مسیری مشخص بدون مشکلات هر کدام از سیستم‌ها، تعیین نماید. بدین ترتیب موقعیت خودرو بوسیله سیستم فاصله‌سنج تعیین می‌گردید و سیستم فاصله‌سنج به وسیله موقعیت حاصل از سیستم ارسال علائم کالیبره می‌شد .

سیستم تعیین موقعیت زمینی C LORAN یکی دیگر از سیستم‌های تعیین موقعیت بود که نیازمند استفاده از گیرنده‌هایی گران قیمت در درون وسیله نقلیه می‌بود. این سیستم در اواخر دهه 80 رشد چشمگیری داشت، ولی تحت شعاع سیستم تعیین موقعیت GPS ( Global Positioning System) که دارای گیرنده‌های ارزانتری بود قرار گرفت. به علت دقت کم این سیستم، بیشتر در تعیین موقعیت کشتی‌ها در اقیانوس‌ها به‌کار گرفته ‌شد .

NDB ( Non-Directional Beacon) سیستمی است که از ارسال امواج رادیویی از یک ایستگاه با موقعیت معلوم برای تعیین جهت پرواز استفاده می‌کند. با دریافت امواج ایستگاه‌های مختلف NDB و با استفاده از تقاطع می‌توان به موقعیت وسیله نقلیه پی برد. این سیستم یک سیستم کمک ناوبری در دریانوردی و هوانوردی محسوب می‌گردد. در سایه تکامل سیستم‌های VOR ( VHF Omnidirectional Range) و GPS استفاده از این سیستم‌ها کاهش یافته است.

VOR نوعی سیستم ناوبری رادیویی برای هوانوردی می باشد. VORها یک سیگنال رادیویی VHF که حاوی اطلاعات ایستگاه است ارسال می‌نمایند که به خلبان جهت را نسبت به قطب شمال مغناطیسی را ارائه می‌دهد. پس از دریافت سیگنال VOR با اندازه‌گیری اختلاف فاز می‌توان پی به زاویه ارسال سیگنال برد. به منظور تعیین موقعیت از یک سیستم DME ( Distance Measuring Equipment) برای اندازه‌گیری طول در کنار سیستم VOR استفاده می‌شود.

Omega اولین سیستم ناوبری رادیویی جهانی برای هواپیما بود که در سال 1968 به کار گرفته شد و از هشت ایستگاه برای تعیین موقعیت برای پوشش جهانی استفاده می‌کرد. این سیستم بر اساس اندازه‌گیری اختلاف فاز بین ایستگاه‌ها عمل می‌کند. ماموریت این سیستم در سال 1997 به پایان رسید.

اولین سیستم‌های تعیین موقعیت ماهواره‌ای، سیستم ترانزیت بود. این سیستم که توسط آزمایشگاه فیزیک کاربردی جان هاپکینز توسعه یافت، بر اساس اندازه‌گیری شیفت داپلر ( Doppler Shift) کار می‌کرد. با معلوم بودن موقعیت ماهواره‌ها و با اندازه‌گیری شیفت داپلر می‌توان به موقعیت ایستگاه دریافت کننده پی برد. ماموریت این سیستم، در سال 1996 به پایان رسید .

در عمل، اولین سیستم‌ تعیین موقعیت دقیق ماهواره‌ای، سیستم GPS بود که موقعیت نسبی را با صحت قابل قبولی فراهم می‌نمود. سیستم تعیین موقعیت GPS، یک سیستم ماهواره‌ای است که در هر شرایط جوی می‌تواند موقعیت، سرعت و زمان کاربر را در سراسر جهان تعیین نماید. این سیستم، در دهه 70 میلادی توسط وزارت دفاع آمریکا برای اهداف نظامی ساخته شد. در دهه 80 میلادی دولت آمریکا تصمیم گرفت سیستم را به طور رایگان برای عموم قابل استفاده سازد. بسیاری از صنایع، تکنولوژی تعیین موقعیت GPS را به منظور بهبود محصولات و خدمات خود به کار گرفته‌اند .

تا سال 2000 صحت تعیین موقعیت مسطحاتی آنی GPS در حدود 100 متر بود . در می سال 2000 آمریکا S/A ( Selective Availability) را که سبب کاهش صحت می‌شد، حذف نمود. صحت GPS، امروزه بین 10 تا 20 متر است . این صحت می‌تواند نیاز به تعیین موقعیت را در بسیاری موارد تامین کند.

در سال 2002 اروپا تصمیم گرفت تا سیستم‌های ماهواره‌ای مشابهی به نام Galileo را ایجاد کند و در سال 2008 بخش عملیاتی این سیستم آغاز می‌گردد. همچنین در سال 2006 سیستم تعیین موقعیت GPS مدرن می‌شود و به کاربران اجازه می‌دهد تا موقعیت خود را با صحت بیشتری تعیین کنند .

مطالب مرتبط:

سیستم های تعیین موقعیت اتوماتیک وسایل نقلیه (AVL) – بخش اول سیستم های تعیین موقعیت اتوماتیک وسایل نقلیه (AVL) – بخش سوم سیستم های تعیین موقعیت اتوماتیک وسایل نقلیه (AVL) – بخش چهارم