خانه » مطالب تخصصی » ماهیت امواج GPS

ماهیت امواج GPS

 ماهیت امواج GPS

امواج GPS یا امواج ارسالی از ماهواره های سامانه موقعیت یابی جهانی (GPS) همگی امواجی الکترومغناطیسی هستند. و با توجه به این که نور خود یک نوع موج الکترومغناطیس هست بنابراین این امواج خواصی مشابه امواج نوری دارند.امواج GPS


محل قرار گیری ماهواره های GPS در مدار

ماهیت امواج GPS

 

ماهواره های GPS در ارتفاع ۲۰۲۰۰ کیلومتری از سطح زمین (یعنی خارج از جو زمین) قرار دارند. تعداد این ماهواره ها در حال حاضر ۳۲ عدد است که در ۶ مدار با زاویه میل ۵۵ درجه نسبت به استوا در حال حرکت اند.امواج GPS

طبقه بندی لایه های جوی

لایه های جوی کره زمین را به چهار قسمت تقسیم می کنند.

تروپوسفر

استراتوسفر

مزوسفر

ترموسفر

اگزوسفر (بیرونی ترین لایه با ارتفاع ۸۰۰ کیلومتری)

 

شکست نور و امواج الکترومغناطیسی (امواج GPS)

می دانیم که هر موج الکترومغناطیسی با سرعتی ثابت در محیط منتشر می شود و اگر این موج وارد محیطی جدید با غلظتی متفاوت گردد به دلیل تغیر ناگهانی سرعت مسیر آن نیز منحرف می شود. امواج ارسالی از ماهواره های GPS نیز از این امر مستثنی نیستند و با عبور از لایه های جوی زمین دچار انحراف از مسیر میگردند. تاثیر لایه های جوی زمین بر روی امواج الکترومغناطیس (کدام لایه از لایه های جوی زمین بیشتر از همه بر روی امواج تاثیر گذارند؟)

 

ماهیت امواج GPS

 

بخشی از اتمسفر زمین، که توسط اشعه‌ های خورشیدی یونیزه شده را یونوسفر می‌نامیم. یونسفر دارای الکترون های آزاد است. یونوسفر به عنوان گستره‌ای از ترموسفر محسوب می‌شود  و نمی‌توان آن را به عنوان جزء جدایی از لایه‌های اتمسفر زمین به حساب آورد.این لایه به طور تقریبی در بازه ۵۰ تا ۱۰۰۰ کیلومتری سطح زمین قرار دارد. این لایه به دلیل خاصیت یونیزه بودن باعث شکست موج های الکترومغناطیسی ارسال شده از ماهواره ها می گردد. (امواج GPS)

لایه یونسفر به سه ناحیه کلی F ،D ،E تقسیم می‌شود.

 

شدت تاثیر لایه یونسفر بر امواج الکترومغناطیسی

این لایه باعث انحراف امواج الکترومغناطیس می شود و این خاصیتی متضرر کننده را برای ما متصور می شود در حالی که اگر این خاصیت در لایه یونسفر وجود نداشت انسان برای مخابره امواج الکترومغناطیس بر روی سطح زمین به فرستنده های تا هزار برابر قوی تر از فرستنده های کنونی نیاز داشت. در حق واقع خاصیت یونیزه بودن این لایه باعث می گردد امواج رادیویی ارسال شده از دکل های زمینی که به سمت آسمان منتشر می شوند دوباره بازتاب کرده و به سطح زمین برگردند.

ماهیت امواج GPS

 

 اهمیت انحراف امواج GPS ها در اندازه گیری فاصله

سیستم های تعین موقعیت ماهواره ای بر اساس سرعت موج های ارسالی و اندازه گیری اختلاف زمان ارسال و دریافت این امواج کار می کنند.(امواج GPS)

سرعت ثابت موج در یک ثانیه × (زمان ارسال از ماهواره – زمان دریافت توسط گیرنده) = فاصله ماهواره تا گیرنده

امواج الکترو مغناطیسی ارسال شده از ماهواره ها با سرعت ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه منتشر می شوند. هنگامی که به این عدد توجه کنید در می یابید که انحراف این امواج به چه میزان خطا را در اندازه گیری فاصله ایجاد می کنند.

به عنوان مثال اگر به دلیل قوسی شدن مسیر موج تا گیرنده ۰/۰۰۱ ثانیه وقفه ایجاد گردد خطایی به اندازه ۳۰۰ کیلومتر در اندازه گیری فاصله ایجاد می شود که عددی غیر قابل قبول است.

خمیده شدن مسیر حرکت موج باعث طولانی تر شدن مسیر و در نتیجه اخلال در زمان پیمایش مسیر می گردد.

 

ماهیت امواج GPS

 

نتیجه گیری

به دلیل خطای فاحشی که لایه یونسفر در اندازه گیری های این سیستم ایجاد می کند عملا کار آن را مختل نموده و مشاهداتی سر تا سر اشتباه برای کاربر فراهم می نماید اما این پایان ماجرا نیست و می باید این اثر را در اندازه گیری ها حذف نمود حذف این خطاها کار چندان ساده ای نیست چرا که میزان انحرافات ایجاد شده هیچگاه یکسان نبوده و نیستند پس نمی توان به صورت خطاهای سیستماتیک با آن ها برخورد نمود بنابراین می باید راه حلی دیگر اختیار کرد در واقع راه حل به کار گرفته شده در اینجا همان ماهیت سیستماتیک بودن خطای یونسفر را در بر دارد با این تفاوت که  تشخیص میزان آن با یک ترفند بسیار جالب و البته کاربردی است که نشات گرفته از خواص امواج الکترو مغناطیسی هست.

 

استفاده از دو موج با فرکانس های متفاوت به طور همزمان

دو موج  L1 و L2 که اطلاعات ساعت ماهواره بر روی آن ها مدوله شده در یک زمان واحد ارسال می شوند هر دو موج با هم وارد لایه یونسفر شده و منحرف می گردند اما انحراف آن ها به یک اندازه نیست سپس وارد تروپوسفر شده و نهایتا به آنتن  گیرنده می رسند. گیرنده این دو موج را با اختلاف زمانی دریافت می کند و زمان ورود آن ها را ثبت کرده و با توجه به زمان ارسال که توسط امواج مخابره گشته به محاسبه میزان وقفه ایجاد شده در یونسفر می پردازد و آن را از مشاهدات کسر می کند بدین ترتیب خطای یونسفر تصحیح می شود.


نوشته محمد اژدهاکش از وب سایت نقشه برداران دانشکده سازمان نقشه برداری کشور

 

 

ماهیت امواج GPS

 

 

 

 

 

 

 

آدرس ایمیل پشتیبانی : newmap@yahoo.com


 پسورد تمام فایل ها در وب سایت  : www.newmap.ir

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

RSS
Instagram
SOCIALICON