GPS تلفن هوشمند

سیستم های GPS در تلفن های هوشمند چگونه کار می کنند؟

GPS چیست ؟

GPS مخفف عبارت "سیستم موقعیت‌یاب جهانی" (Global Positioning System) است. این سیستم، شبکه‌ای از ماهواره‌هاست که به دستگاه‌های روی زمین (مانند گوشی‌های هوشمند، خودروها و غیره) کمک می‌کند تا موقعیت دقیق خود را پیدا کنند.

نحوه عملکرد GPS چگونه می باشد ؟

GPS یا سیستم موقعیت‌یاب جهانی (Global Positioning System) یک فناوری انقلابی است که به ما امکان می‌دهد موقعیت دقیق خود را در هر نقطه از کره زمین پیدا کنیم. این سیستم از شبکه‌ای از ماهواره‌ها، ایستگاه‌های زمینی و گیرنده‌های GPS تشکیل شده است. در این مقاله به بررسی دقیق نحوه عملکرد GPS می‌پردازیم.

1. ماهواره‌ها: سنگ بنای GPS

GPS از شبکه‌ای متشکل از حدود ۳۰ ماهواره تشکیل شده است که در مدارهای متوسط زمین (MEO) و در ارتفاع حدود ۲۰۲۰۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارند. این ماهواره‌ها هر ۱۲ ساعت یکبار به دور زمین می‌چرخند و سیگنال‌های رادیویی را به طور مداوم به زمین ارسال می‌کنند.

مدار این ماهواره‌ها به گونه‌ای طراحی شده است که در هر زمان و از هر نقطه روی زمین، حداقل ۴ ماهواره در دید مستقیم گیرنده GPS قرار داشته باشد. این امر برای تعیین دقیق موقعیت ضروری است.

2. سیگنال‌های ماهواره‌ای

هر ماهواره GPS سیگنال‌های رادیویی خاصی را ارسال می‌کند که شامل موارد زیر است:

ـ کد شبه تصادفی (PRN): یک کد شناسایی منحصربه‌فرد برای هر ماهواره.

ـ پیام ناوبری: شامل اطلاعاتی مانند زمان دقیق ارسال سیگنال، موقعیت ماهواره و اطلاعات مربوط به وضعیت سلامت ماهواره.

3. گیرنده‌های GPS: دریافت و محاسبه موقعیت

گیرنده‌های GPS دستگاه‌های کوچکی هستند که در تلفن‌های هوشمند، خودروها، دستگاه‌های ناوبری و سایر تجهیزات یافت می‌شوند. این گیرنده‌ها سیگنال‌های ارسالی از ماهواره‌ها را دریافت می‌کنند.

4. مثلث‌سازی (Trilateration): قلب تپنده GPS

مفهوم کلیدی در عملکرد GPS، مثلث‌سازی است. برای تعیین موقعیت دقیق، گیرنده GPS باید سیگنال حداقل از سه ماهواره را دریافت کند. با اندازه‌گیری زمان رسیدن سیگنال از هر ماهواره، گیرنده فاصله خود را از آن ماهواره محاسبه می‌کند.

از آنجایی که سرعت انتشار سیگنال‌های رادیویی ثابت و برابر با سرعت نور است، با دانستن زمان رسیدن سیگنال می‌توان فاصله را محاسبه کرد. با داشتن فاصله از سه ماهواره، گیرنده می‌تواند موقعیت خود را به صورت دو بعدی (طول و عرض جغرافیایی) روی نقشه مشخص کند. برای تعیین ارتفاع (موقعیت سه بعدی)، به سیگنال حداقل از چهار ماهواره نیاز است.

5. نقش زمان در GPS

دقت زمان در عملکرد GPS بسیار حیاتی است. ماهواره‌های GPS مجهز به ساعت‌های اتمی بسیار دقیق هستند که زمان را با دقت نانوثانیه اندازه‌گیری می‌کنند. گیرنده‌های GPS نیز باید زمان را با دقت بالایی محاسبه کنند، زیرا حتی یک خطای کوچک در زمان می‌تواند منجر به خطای قابل توجهی در محاسبه موقعیت شود.

6. منابع خطا در GPS

با وجود دقت بالای GPS، عواملی می‌توانند باعث ایجاد خطا در تعیین موقعیت شوند:

ـ خطاهای اتمسفری: عبور سیگنال‌ها از یونوسفر و تروپوسفر می‌تواند باعث ایجاد خطا شود.

ـ انعکاس سیگنال‌ها: برخورد سیگنال‌ها به ساختمان‌ها و سایر موانع و انعکاس آنها می‌تواند باعث ایجاد خطا شود (پدیده چند مسیری).

ـ موانع فیزیکی: ساختمان‌ها، درختان و دره‌ها می‌توانند مانع از دریافت سیگنال‌های ماهواره‌ای شوند.

ـ خطاهای ساعت ماهواره‌ها: هرچند ساعت‌های اتمی بسیار دقیق هستند، اما باز هم ممکن است خطاهای جزئی داشته باشند.

7. A-GPS (Assisted GPS): بهبود عملکرد GPS

A-GPS یا GPS کمکی، با استفاده از اطلاعات شبکه‌های تلفن همراه (مانند داده‌های سلولی و Wi-Fi) به گیرنده GPS کمک می‌کند تا سریع‌تر موقعیت خود را پیدا کند. این روش به ویژه در محیط‌های شهری که سیگنال GPS ضعیف است، بسیار مفید است. A-GPS همچنین می‌تواند به کاهش مصرف باتری گیرنده GPS کمک کند.

8. سایر سیستم‌های موقعیت‌یابی جهانی

علاوه بر GPS، سیستم‌های موقعیت‌یابی جهانی دیگری نیز وجود دارند، از جمله:

ـ GLONASS (روسیه)

ـ Galileo (اروپا)

ـ BeiDou (چین)

بسیاری از دستگاه‌های جدید از ترکیب این سیستم‌ها برای افزایش دقت و سرعت موقعیت‌یابی استفاده می‌کنند.

9. کاربردهای GPS

GPS کاربردهای فراوانی در زمینه‌های مختلف دارد، از جمله:

ـ ناوبری و مسیریابی

ـ نقشه‌برداری و زمین‌شناسی

ـ حمل و نقل و لجستیک

ـ کشاورزی دقیق

ـ عملیات امداد و نجات

ـ ورزش و تفریح

GPS یک فناوری قدرتمند و حیاتی است که نقش مهمی در زندگی روزمره ما ایفا می‌کند. با درک نحوه عملکرد این سیستم، می‌توانیم از مزایای آن به بهترین شکل بهره‌مند شویم.

نحوه عملکرد GPSدر گوشی های هوشمند

نحوه عملکرد GPSدر گوشی های هوشمند

GPS در گوشی‌های هوشمند اساساً همانند یک گیرنده GPS مستقل عمل می‌کند، اما با استفاده از فناوری‌های کمکی، عملکرد آن بهینه‌تر شده است. در اینجا به بررسی دقیق‌تر نحوه عملکرد GPS در گوشی‌های هوشمند می‌پردازیم:

1. دریافت سیگنال از ماهواره‌ها:

مانند هر گیرنده GPS دیگر، گوشی هوشمند شما نیز سیگنال‌های ارسالی از ماهواره‌های GPS را دریافت می‌کند. این سیگنال‌ها شامل اطلاعاتی مانند زمان دقیق ارسال سیگنال و موقعیت ماهواره هستند.

2. محاسبه فاصله با استفاده از زمان:

با اندازه‌گیری زمان رسیدن سیگنال از هر ماهواره، گوشی فاصله خود را از آن ماهواره محاسبه می‌کند. از آنجایی که سرعت انتشار سیگنال‌های رادیویی (سرعت نور) ثابت است، با دانستن زمان می‌توان فاصله را به دست آورد.

3. مثلث‌سازی (Trilateration) برای تعیین موقعیت:

گوشی با دریافت سیگنال از حداقل سه ماهواره و محاسبه فاصله خود از آنها، موقعیت خود را به صورت دو بعدی (طول و عرض جغرافیایی) روی نقشه مشخص می‌کند. برای تعیین ارتفاع (موقعیت سه بعدی)، به سیگنال حداقل از چهار ماهواره نیاز است.

4. A-GPS (Assisted GPS): کمک از شبکه‌های موبایل:

اینجاست که تفاوت اصلی بین GPS معمولی و GPS در گوشی‌های هوشمند مشخص می‌شود. A-GPS با استفاده از اطلاعات شبکه‌های تلفن همراه (مانند داده‌های سلولی و Wi-Fi) به گیرنده GPS کمک می‌کند تا:

سریع‌تر موقعیت را پیدا کند: A-GPS اطلاعات اولیه‌ای از موقعیت تقریبی گوشی را از طریق دکل‌های مخابراتی یا نقاط اتصال Wi-Fi دریافت می‌کند. این اطلاعات به گیرنده GPS کمک می‌کند تا سریع‌تر ماهواره‌های مورد نظر را پیدا کند و زمان لازم برای تعیین موقعیت اولیه کاهش یابد. این امر به ویژه در محیط‌های شهری که سیگنال GPS ممکن است به دلیل وجود ساختمان‌ها ضعیف باشد، بسیار مفید است.

دقت را بهبود بخشد: در برخی موارد، A-GPS می‌تواند اطلاعات تکمیلی در مورد موقعیت ماهواره‌ها را فراهم کند که به افزایش دقت مکان‌یابی کمک می‌کند.

مصرف باتری را کاهش دهد: با کمک A-GPS، گیرنده GPS نیازی به جستجوی طولانی برای یافتن ماهواره‌ها ندارد و در نتیجه مصرف باتری کاهش می‌یابد.

5. استفاده از سایر سیستم‌های موقعیت‌یابی:

بسیاری از گوشی‌های هوشمند علاوه بر GPS از سایر سیستم‌های موقعیت‌یابی جهانی مانند GLONASS (روسیه)، Galileo (اروپا) و BeiDou (چین) نیز پشتیبانی می‌کنند. این امر باعث افزایش دقت و سرعت مکان‌یابی، به ویژه در شرایطی که سیگنال GPS ضعیف است، می‌شود.

6. نرم‌افزارها و برنامه‌های کاربردی:

نرم‌افزارها و برنامه‌های کاربردی مانند Google Maps، Waze و غیره از اطلاعات GPS برای ارائه خدمات مختلف مانند مسیریابی، پیدا کردن مکان‌های اطراف، نمایش موقعیت روی نقشه و غیره استفاده می‌کنند.

به طور خلاصه، GPS در گوشی‌های هوشمند با ترکیب دریافت سیگنال از ماهواره‌ها، استفاده از اطلاعات شبکه‌های موبایل و بهره‌گیری از نرم‌افزارهای کاربردی، موقعیت دقیق شما را با سرعت و دقت بالا تعیین می‌کند.

نکاتی در مورد عملکرد GPS در گوشی‌ها:

ـ برای بهترین عملکرد GPS، بهتر است در فضای باز و بدون موانع زیاد قرار داشته باشید.

ـ استفاده مداوم از GPS می‌تواند مصرف باتری گوشی را افزایش دهد. در صورت عدم نیاز، می‌توانید GPS را خاموش کنید.

ـ برای بهبود عملکرد GPS در گوشی خود، مطمئن شوید که تنظیمات مربوط به مکان‌یابی (Location) در گوشی شما روی حالت "دقت بالا" (High accuracy) تنظیم شده باشد. این حالت از GPS، Wi-Fi و شبکه‌های موبایل به طور همزمان برای تعیین موقعیت استفاده می‌کند.

با درک نحوه عملکرد GPS در گوشی‌های هوشمند، می‌توانید از این فناوری قدرتمند به بهترین شکل در زندگی روزمره خود بهره‌مند شوید.

نکات مهم GPS که باید بدانید!

نکات مهم درباره GPS را می‌توان به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم:

۱. دقت و عوامل مؤثر بر آن:

ـ تعداد ماهواره‌ها: برای تعیین دقیق موقعیت، گیرنده GPS باید حداقل از ۴ ماهواره سیگنال دریافت کند. هرچه تعداد ماهواره‌های در دسترس بیشتر باشد، دقت مکان‌یابی بالاتر می‌رود.

ـ موانع فیزیکی: ساختمان‌ها، درختان، کوه‌ها و سایر موانع می‌توانند مانع از دریافت سیگنال‌های ماهواره‌ای شوند و دقت GPS را کاهش دهند. در فضاهای باز و بدون مانع، دقت GPS به حداکثر می‌رسد.

ـ شرایط آب و هوایی: شرایط جوی نامساعد مانند باران شدید، برف و طوفان می‌توانند بر کیفیت سیگنال‌های GPS تأثیر بگذارند و باعث کاهش دقت شوند.

ـ خطاهای اتمسفری: عبور سیگنال‌های GPS از لایه‌های مختلف جو زمین (یونوسفر و تروپوسفر) می‌تواند باعث ایجاد خطا در محاسبه موقعیت شود.

ـ خطاهای ساعت ماهواره‌ها: هرچند ساعت‌های اتمی ماهواره‌ها بسیار دقیق هستند، اما باز هم ممکن است خطاهای جزئی داشته باشند که بر دقت GPS تأثیر می‌گذارند.

ـ پدیده چند مسیری (Multipath): وقتی سیگنال‌های GPS پس از برخورد به موانع مختلف به گیرنده می‌رسند، پدیده چند مسیری رخ می‌دهد که باعث ایجاد خطا در محاسبه فاصله و در نتیجه موقعیت می‌شود.

۲. A-GPS (GPS کمکی):

۴

ـ A-GPS با استفاده از اطلاعات شبکه‌های تلفن همراه (مانند دکل‌های مخابراتی و نقاط اتصال Wi-Fi) به گیرنده GPS کمک می‌کند تا سریع‌تر موقعیت خود را پیدا کند.

ـ این فناوری به ویژه در محیط‌های شهری که سیگنال GPS ممکن است ضعیف باشد، بسیار مفید است.

ـ A-GPS همچنین می‌تواند به کاهش مصرف باتری گیرنده GPS کمک کند.

۳. مصرف باتری:

ـ استفاده مداوم از GPS می‌تواند مصرف باتری دستگاه را افزایش دهد.

ـ برای کاهش مصرف باتری، می‌توانید در صورت عدم نیاز، GPS را خاموش کنید یا از حالت‌های صرفه‌جویی باتری استفاده کنید.

ـ در گوشی‌های هوشمند، تنظیم حالت مکان‌یابی روی "صرفه‌جویی باتری" (Battery saving) یا "فقط دستگاه" (Device only) می‌تواند مصرف باتری را کاهش دهد، اما دقت مکان‌یابی نیز کاهش می‌یابد.

۴. حریم خصوصی:

ـ برنامه‌ها و سرویس‌های مختلف ممکن است از اطلاعات موقعیت مکانی شما استفاده کنند.

ـ به تنظیمات حریم خصوصی برنامه‌ها توجه کنید و دسترسی آنها به موقعیت مکانی خود را در صورت لزوم محدود کنید.

ـ به اشتراک‌گذاری موقعیت مکانی خود با افراد و سرویس‌های ناشناس دقت کنید.

۵. کاربردها و محدودیت‌ها:

ـ GPS در شرایط مختلفی مانند مسیریابی، پیدا کردن مکان‌های اطراف، ورزش و تفریح، امداد و نجات، نقشه‌برداری و غیره کاربرد دارد.

ـ GPS در محیط‌های بسته مانند داخل ساختمان‌ها، تونل‌ها و غارها معمولاً به خوبی کار نمی‌کند.

ـ برای بهترین عملکرد GPS، بهتر است در فضای باز و بدون موانع زیاد قرار داشته باشید.

۶. سایر سیستم‌های موقعیت‌یابی:

ـ علاوه بر GPS، سیستم‌های موقعیت‌یابی جهانی دیگری مانند GLONASS (روسیه)، Galileo (اروپا) و BeiDou (چین) نیز وجود دارند.

ـ بسیاری از دستگاه‌های جدید از ترکیب این سیستم‌ها برای افزایش دقت و سرعت مکان‌یابی استفاده می‌کنند.

۷. نکات مربوط به استفاده در گوشی‌های هوشمند:

ـ مطمئن شوید که تنظیمات مربوط به مکان‌یابی (Location) در گوشی شما فعال باشد.

ـ برای بهترین عملکرد، حالت مکان‌یابی را روی "دقت بالا" (High accuracy) تنظیم کنید.

ـ برنامه‌های مسیریابی و نقشه‌برداری خود را به‌روز نگه دارید.

با رعایت این نکات، می‌توانید از GPS به بهترین شکل ممکن استفاده کنید و از مزایای آن بهره‌مند شوید.

نکات مهم GPS که باید بدانید