اکثر کتب مختلف تقسیم بندی زیر را برای تشریح قسمت های مختلف سیستم جی.پی.اس  انجام می دهند:

1. بخش فضایی:با ماهواره های فعال.
2. بخش کنترل:برای کنترل سیستم و زمان و پیش بینی مدارات.
3. بخش کاربران:با انواع گیرنده ها.

بخش فضایی جی.پی.اس (GPS)

سیستم GPS دارای 21ماهواره فعال و 3 ماهواره فعال یدکی است. ماهواره ها در 6 مدار تقریبا دایروی و با زاویه میل 55 درجه قرار گرفته اند. ارتفاع مدارهاkm 20200 از سطح زمین است(نیم قطر اطول km26600).پریود مداری دقیقا برابر 12 ساعت نجومی است و این امر وضعیت تکراری برای ترکیب ماهواره ها را پیش می اوردکه هر روز با 4 دقیقهتا خیر نسبت به زمان جهانی ,وضعیت قرار گیری ماهواره ها بر روی افق یک نقطه تکرار می شود. فاصله بعدی بین مدارات بر روی استوا با هم مساوی و برابر 60 درجه است. موقعیت هر ماهواره در یک صفحه مداری خاص بوسیله ارگومان عرض جغرافیایی (u=w+v)و یا با انو مالی متوسط mبرای اپوک خاص تعیین میگردد.

3 سری ماهواره GPS موجوداند:

• ماهوارههای توسعه بلوک1.
• ماهواره های تولید بلوک 2.
• ماهواره های جایگزین بلوک .

11ماهواره بلوک 1بین سالهای 1978تا1985در2مدار با زاویه میل 63درجه قرار گرفته اند. طول عمر طراحی شده برای این ماهواره ها حدود 5 سال بوده است لیکن در اکثر این موارد عمر این ماهواره ها بیشتر از این بوده است. مجموعه 28 ماهواره بلوک 2 از سال 1989 در مدار قرار گرفتند تا ترکیب 21+3 ماهواره را پشتیبانی نمایند. در نوامبر 1989 این سری با اندکی دستکاری و اضافه نمودن وسایل جانبی به نام ماهواره های بلوک A2 نامیده شدند. عمر مفید این ماهواره ها 7.5 سال است. تولید نسل جدید ماهواره ها از سال 1995 اغاز شده است.

هر ماهواره دارای یک نوسان ساز بسیار کارا ودقیق با دقتی بین 1*10^-12تا 1*10^-13برای تولید زمان دقیق است.تعدادی از ماهواره های اولیه دارای نوسان ساز کوارتز بودند. تمام ماهواره های بلوک 2 2 نوسان ساز سدیم و2نوسان ساز ربدیم دارند. دو موج حامل L1وL2در باند lبا استفاده از فرکانس پایه f0=10.23mhzتولید وارسال میگردد.

ساختار امواج ارسالی در بخش های اتی مورد بحث قرار میگیرد. ماهواره های GPSدارای 2 نوع سیستم شماره گذاری هستند. SNVیا شماره NAVSTARماهواره که بر اساس زمان پرتاب است وPRNیاSUIDکه با نحوه قرار گیری ماهواره در مدارات و همچنین قسمتی از PRNکه برای ماهواره مورد نظر اختصاص داده شده است,مرتنبط است. لذا ماهواره های بلوک 1 و اولین ماهواره بلوک 2 دارای 2 شماره مختلف هستند لیکن بعد از ماهواره svin 14هر دو شماره یکسان شده اند. گیرنده های GPSشماره PRNرا نشان میدهند.

بخش کنترل جی پی اس (GPS)

در بخش کنترل عملیات زیر انجام میشود:

1. نمایش وکنترل مستمر سیستم ماهواره ها.
2. تخمین زمان سیستم GPS.
3. پیش بینی افمریس ماهواره ها ورفتار ساعت ماهواره ها.
4. به هنگام کردن پریودیک پیام های ناوبری برای هر کدام از ماهواره ها.

بخش کنترل دارای یک ایستگاه کنترل اصلی(MCS),چندین ایستگاه دریافت مخابراتی (MS)که در سطح جهان پراکنده اند و آنتن های زمینی(GA)برای تزریق اطلاعات به ماهواره ها است.

ایستگاه های دریافت مخابراتی تمام امواج ماهواره های GPS را دریافت نموده وبا استفاده از آنها شبه فاصله ها را برای تمام ماهواره های قابل رویت محاسبه نموده وآنها را همراه اطلاعات هوا شناسی بوسیله یک ارتباط رادیویی به ایستگاه کنترل اصلی ارسال میکنند. ایستگاه کنترل اصلی با به کار گیری این اطلاعات ,افمریس های ماهواره ها و رفتار ساعت ماهواره ها را بصورت مقدماتی محاسبه نموده

واطلاعات ناوبری(پیام ها)را فرموله می کند. این پیام ها به آنتن های زمینی ارسال شده و بوسیله آنها در باند Sبه ماهواره ها مخابره میگردد.

بخش کاربران (گیرنده های جی.پی.اس (GPS) )

بسته به نوع مصرف و بودجه می توان از طیف وسیع گیرنده های GPS بهره برد. همچنین، باید از در دسترس بودن نقشه مناسب و بروزجهت ناحیه مورد استفاده تان، اطمینان حاصل کرد. امروزه بهای گیرنده های GPS بطور چشمگیری کاهش پیدا کرده است و هم اکنون در کشور ما با بهایی معادل یک عدد گوشی متوسط موبایل نیز می توان گیرنده GPS تهیه کرد.

قیمت گیرنده های جی پی اس (GPS)  مناسب و مرغوب موجود در بازار ایران از 150000 تومان شروع می شود و به40میلیون تومان هم می رسد.لازم بذکر است کهGPS های Ashtech ساخت آمریکا، بهترین GPS در دنیا هستندو رئیس و صاحب این کارخانه آقای پروفسور جواد اشجعی می باشد. تعدادی از این گیرنده ها عبارتند از:

• Ashtech
• Garmin
• MAGELLAN
• Trimble

به منظور تعیین موقعیت یا ناوبری بوسیله GPS گیرنده های خاصی مورد نیاز است. تقسیم بندی انواع گیرنده های GPSبه یکی از روش های زیر انجام میشود:

1. بر اساس کاربری گیرنده GPS.
2. بر اساس اطلاعات دریافتی.

انواع گیرنده ها بر اساس نوع کاربری به قرار زیر هستند:

1. گیرنده های نظامی.
2. گیرنده های عمرانی.
3. گیرنده های ناوبری.
4. گیرنده های تعیین زمان.
5. گیرنده های ‍ژئودتیک.

گیرنده های نظامی دارای قابلیت های خاصی هستند وتنها کاربران نظامی خاص به آن دسترسی دارند و کاربرد های ناوبری نظامی دارند.

گیرنده های عمرانی برای تعیین موقعیت نسبی طراحی شده اندوبه pکد دسترسی ندارند, اغلب حجم کم و کارایی بالایی دارند. گیرنده های ناوبری معمولا کم دقت و ارزان قیمت میباشند. در مورد گیرنده های ژئودتیک دستیابی به دقت بالادرتعیین موقعیت نسبی مهمترین پارامتر طراحی است.

تقسیم بندی گیرنده ها بر اساس اطلاعات دریافتی به صورت زیر است:

1. گیرنده های C/Aکد.
2. گیرنده های C/Aکد+موج حامل L1.
3. گیرنده های C/Aکد+pکد+موج های حامل L1وL2.
4. گیرنده های C/Aکد+موج های حامل L1وL2.
5. موج حامل L1(اغلب به کار نمی رود).
6. موج های حامل L1وL2(اغلب به کار نمی رود).

با وجود تقسیم بندی های مختلف ,تمام گیرنده های جی.پی.اس (GPS) دارای اجزای زیر می باشند:

• آنتن تقویت کننده اولیه.
• بخشRFشامل بخش های شناسایی و پردازش سیگنال ها(کانال ها).
• ریز پردازنده برای کنترل گیرنده,نمونه برداری اطلاعات وپردازش اطلاعات(حل ناوبری).
• نوسان ساز دقیق.
• منبع تغذیه.
• قسمت ارتباط با کاربر,صفحه نمایش و فرمان.
• حافظه ضبط اطلاعات.

آنتن امواج الکترو مغناطیسی را کشف نموده وانرا به یک جریان الکتریکی تبدیل نموده,نیروی آنرا تقویت نموده وبه قسمت الکترونیکی گیرنده ارسال مینماید. ساختار امواج GPS به گونه ای است که بایستی تمام آنتن های GPSبه صورت دایروی پلاریزه باشند. بدلیل سیگنال های ضعیف ماهواره ای آنتن ها باید بسیار حساس باشند والگوی بهره (Gain pattern)باید به گونه ای باشد که امواج با هر آزیموت و ارتفاعی قابل دریافت باشند.

در حال حاضر آنتن های جی.پی.اس (GPS) مختلفی در دسترس می باشند.مثلا:

• تک قطبی یا دو قطبی.
• کوادریفیلار هلیکس.
• میکرو استریپ.
• چک رینک(حلقه بسته ).

مطالب مرتبط:

آشنایی با جی.پی.اس (GPS) – بخش دوم (عملکرد سیستم) تکنیک تعیین موقعیت آنی (RTK) در GPS -بخش دوم تعیین موقعیت در شبکه بیسیم بر اساس RSS – بخش دوم