محاسبه سرعت توسط دستگاه GPS


شما موقعیت و زمان دقیق را با استفاده از 4 ماهواره برای شما GPS ، همانطور که قبلاً ذکر کردیم
شما آن را محاسبه می کند سرعت لحظه ای GPS محاسبه می کند . اما پارامتر دیگری که دستگاه
شما می باشد .
دپلر : چون ماهواره ها در یک موقعیت ثابت نسبت به زمین قرار ندارند یک سرعت نسبی نسبت به
زمین خواهند داشت . این باعث اثر دپلر می شود .

شما با صدای آژیر یک آمبولانس یا یک ماشین پلیس وقتی به شما می رسد و یا از شما دور می شود
آشنا هستید . هنگامی که منبع به سمت شما می آید صدا شروع می شود و وقتی نزدیک می شود صدا
زیاد می شود و هنگامی که از شما فاصله می گیرد صدای آن کم می شود . تغییراتی که شما متوجه آن
شدید به اثر شیفت دپلر معروف است و این به خاطر سرعت نسبی بین ماشین پلیس یا آمبولانس و شما


می باشد . یکی از کاربردهای اثر دپلر برای سربازان در هنگام جنگ است . ولی می خواهیم فرض
کنیم که این مساله را تجربه نکرده ایم . سربازان در هنگام جنگ می توانند بفهمند که آیا فشنگ
مستقیماً به سمت آنها می آید یا نه ؟! بنابراین سریع می توانند کمین بگیرند ولی هنگامی که گلوله ها به
سمت محل دیگری می روند صدای ضعیفتری ایجاد می کنند و این به خاطر مساله اثر دپلر می باشد .
این تغییر در فرکانس مستقل از زمان فرستادن کدهای ماهواره است که ما قبلاً در مورد آنها بحث
کردیم . آنها می توانند خیلی راحت توسط دستگاه شما شناسایی شده و در تخمین سرعت شما و
مقصدی که به سمت آن حرکت می کنید بسیار سودمند باشند . ابتدائی ترین اعمال یک گیرنده
شما می باشد ( موقعیت ، سرعت ، زمان ) . دو مورد موقعیت و زمان را قبلاً توضیح PTV محاسبه
تصور می کنند دستگاه گیرنده سرعت آنها را با تفاضل GPS دادیم . بعضی از استفاده کنندگان از
ولی این روش خوبی برای وسیله ( x2-x1)/(t2-t فاصله بر زمان طی شده بدست می آورد . ( 1

نمی باشد . تخمین سرعت با این روش همراه با اخت لالات می باشد و غیر GPS دقیقی مانند یک
مطمئن است و اختلاف دو موقعیت بدست آمده ملاک خوبی برای تشخیص سرعت شما نمی باشد .
در عوض ، سرعت شما می تواند با محاسبه سرعت نسبی بین ماهواره و گیرنده شما به خوبی تخمین
زده شود . توجه کنید که اگر ماهواره دقیقاً بالای سر استفاده کننده باشد حرکت ماهواره عمود بر خط
فرضی بین ماهواره و گیرنده خواهد بود و اثر شیفت دپلر بین این دو در آن لحظه وجود ندارد . اگر
بخواهیم سرعت را با دقت سانتیمتر بر ثانیه تخمین بزنیم سیگنالهایی با طول موج در حد سانتیمتر مورد
نیاز است . طول موج یک میکروویو در حد سانتیمتر است . و امواج میکروویو امواجی هستند که
از آنها استفاده می کنند . یک مدل اولیه ماهواره موقعیت یاب که توسط نیروی GPS دستگاههای
هوایی امریکا طراحی شده بود تنها از پدیده شیفت دپلر برای تعیین موقعیت استفاده می کرد . این
سیستم هنوز کار می کند ولی هنگامی که گیرنده حرکت کند شیفت دپلر و در نتیجه اطلاعات اشتباه
خواهند شد . این سیستم نسبت به حرکت گیرنده بسیار حساس می باشد و نمی تواند در سیستم های
موقعیت یاب هواپیمایی مورد استفاده قرار بگیرد . همه ما می دانیم که تلسکوپ فضایی هابل ، که
بوسیله شاتل فضایی طراحی شده جدیداً کشفهای جدیدی در مورد جهان انجام داده است . این
تلسکوپ بعد از اینکه منجم امریکایی ادوین پول هابل اثر دپلر را مشاهده کرد و نتایج آن را به صورت
قانون در آورد هابل نام گرفت . قانون هابل روابط بین فاصله و اثر دپلر را توض یح می دهد . اثر دپلر
یکی از وسایل اندازه گیری مفید در بسیاری از کاربردها می باشد .
رادار : حال اجازه بدهید که در مورد دو نوع سیگنال صحبت کنیم . رادار و سونار . آنها برای مدت
طولانی در کنار ما بوده اند و در زندگی روزمره ما نقش مهمی ایفا کرده اند . گفته می شود این
تکنولوژی انگلستان را نجات داد ( و همچنین ساعت بیگ بن را ) . در هنگام جنگ جهانی دوم

موقعیت زیردریایی های آلمانی را بدست می Sonar نیروهای انگلیسی با استفاده از امواج سونار
آوردند و همچنین حمله به آسمان انگلستان به خاطر استفاده انگلیس از امواج رادار ممکن نبود و همین
مساله بود که باعث شد نیروهای آلمانی در جنگ جهانی دوم نتوانند به انگلیس دست یابند .
رادار و سونار هنوز هم احتیاجات بشر را تامین می کنند . کنترل ترافیک هوایی و امنیت آن و تحقیقات
در مورد منابع موجود در اقیانوسها مثالهایی از کاربرد این تکنولوژی می باشند .
Radar = Radio Detection and Ranging
Sonar = Sound Navigation and Ranging
رادار و سونار هم به صورت گسترده از اثر دپلر برای پیداکردن اهداف مورد نظر و تخمین سرعت آنها
استفاده می کنند . آنها پالس های مرتبط با هم از امواج الکترومغناطیسی یا امواج صوتی می فرستند و
امواج بازگشتی از هدف را مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهند . اهداف ثابت همیشه همان طول موجی
که از دستگاه شما فرستاده شده است را بر می گردانند و امواج بازگشتی بین یک پالس تا پالس بعدی
تغییری نسبت به امواج فرستاده شده مشاهده نمی شود . فقط مقداری نویز به آن اضافه شده است که با
یک فیلتر می شود این نویز را نیز جدا نمود . امواج بازگشتی از اهداف متحرک ، اختلاف فازی بین دو
پالس پیاپی خواهند داشت چون مقادیر تغییر می کند .
گیرنده : GPS
یک نوع ارتباط یکطرفه وجود دارد ( بوسیله ماهواره ه ایی که پیغامهای دیتا را ، GPS در کددهی
منتشر کرده و کدها را فقط به صورت یکطرفه می فرستند . ) این یک سیستم با توان پایین است . این
توان خیلی کم می باشد . در حقیقت ، این سیگنال در میان سیگنالهای رادیویی و نویزها گم می شود .
دستگاه گیرنده این سیگنال ضعیف گرفته شده از ماهواره را با استفاده از تکنولوژی مخابراتی توسعه
طیف بازیابی می کند . یک مساله بسیار جالب در علم مخابرات که با استفاده از شبه کدهای تصادفی

از سطح زمین به حدی زیاد می باشد GPS کار می کند . ولی ما می دانیم که فاصله ماهواره های
که کدها تا به سطح زمین برسند بسیار ضعیف می شوند . از نقطه نظر ریاضی ، قدرت یا توان یک
سیگنال به طور معکوس با مربع فاصله ای که طی کرده است متناسب است . این سیگنالها نوعی از
امواج الکترومغناطیسی هستند ( مانند نیروی جاذبه ) و باید راهی برای تقویت این سیگنالها وجود داشته
باشد . این تکنولوژی که طیفهای با کدهای شبه رمز تصادفی را تقویت می کند در دستگاه گیرنده شما
وجود دارد .
ارتباط طیف گسترده ، خود بدون نیاز به کسب انرژی زیاد ، خود را تقویت می کند . بنابراین ، شما
نیاز به یک آنتن بشقابی خاصی که به سمت ماهواره خاصی تنظیم شده باشد ندارید و کدهای م اهواره
از آن GPS مانند ماهواره های تلویزیونی دیجیتال نمی باشد . آنتن ی که گیرنده های GPS های
استفاده می کند به کارآمدی آنتن های گیرنده های تلویزیونی نمی باشد ولی در عوض بسیار کوچک
و کم حجم می باشد . همچنین نیازی به تنظیم به سمت ماهواره خاصی ندارد . به این ن وع آنتنها
می گویند . تصور کنید که چه کابوس وحشتناکی بود اگر شما می خواستید Omni-Directional
خود را به سمت ماهواره ای که نمی بینید تنظیم گنید . GPS آنتن
یک غذای مجانی ؟!
برای شما ممکن است این سوال پیش بیاید اگر این تکنولوژی توسعه طیف اینقدر جالب و کارآمد
تلویزیونی از این تکنولوژی استفاده نمی کنند . خوب DIGITAL است پس برای چه گیرنده های
همانطور که گفتیم ( چنین غذای مفتی وجود ندارد ) اساس کار کدهای شبه رمز تصادفی مقایسه بین
سیگنالها در یک دوره تناوب می باشد که در اصل یک پردازش آهسته می باشد . زمان زیا دی برای
مرتب کردن و جدا کردن نویزهای موجود در آن توسط دستگاه گیرنده وجود دارد . این به آن

بسیار کند انجام می شود . GPS معناست که ترجمه کردن و تحلیل اطلاعات دیتا از ماهواره های
طول GPS چیزی در حدود 50 بیت در ثانیه . بنابراین در حدود 12.5 دقیقه برای یک ماهواره
می کشد تا کل اطلاعات را برای گیرنده بفرستد . این نوع ارتباط برای یک سیگنال تلویزیونی بسیار
کند می باشد . که با اطلاعات تصویری لود می شود و نیازمند سرعت ترجمه بالا یا عرض باند بالا برای
از تکنولوژی شبه رمز کده ای تصادفی برای کار با توان GPS این سیگنالها است . به عبارت دیگر
پایین و هدایت مستقیم آنتن استفاده می کند .
اثر دوپلر که توسط کریستین دوپلر در سال 1842 کشف شد در واقع به اثبات تاثیر فرکانس دو شی و
رابطه آن با سرعت آنها می پردازد . در واقع اگر ماهواره ها نسبت به زمین ثابت بودند محاسبه سرعت
یک شی بر روی زمین بسیار ساده تر می بود ولی به دلیل اینکه ماهواره ها در حال حرکت هستند یک
را در دست GPS سرعت نسبی نسبت به زمین دارند . حال اگر فردی که بر روی زمین است گیرنده
خود داشته باشد می توان سرعت او را محاسبه کرد . به این صورت که سرعت و فرکانس موج ارسالی
از ماهواره را داریم و دستگاه گیرنده می تواند با استفاده از تحلیل اطلاعات فرکانس موج دریافت شده
را محاسبه کند . به همین صورت می توان سرعت فرد دریافت کننده سیگنال را نیز محاسبه کرد .
در صورتیکه سرعت فرد را نسبت به سرعت نور ناچیز در نظر بگیریم رابطه فرکانس ارسال شده و
 فرکانس دریافتی و سرعت شما به صورت زیر در خواهد آمد


که در اینجا :
فرکانس ارسال شده از ماهواره می باشد . f0
سرعت امواج در فضا است . V

سرعت گیرنده نسبت به سرعت نور می باشد که در صورتیکه به سمت منبع حرکت کند مثبت Vr
است و در غیر اینصورت منفی
سرعت فرستنده است و در صورتیکه فرستنده از گیرنده دور شود مثبت است و در غیر اینصورت Vs
منفی


پس به این نتیجه رسیدیم که دستگاه شما سرعت شما را به صورت کاملاٌ دقیق محاسبه می کند و این
سرعت محاسبه شده سرعت لحظه ای شما می باشد

نظرات بسته شده است، اما بازتاب و پینگ باز است.