تعیین موقعیت مطلق

در تعیین موقعیت ماهواره ای روش های متعددی برای تعیین موقعیت مکان آنتن یک گیرنده وجود دارد. یکی از این روش ها، روش تعیین موقعیت مطلق (absolute positioning) یا تعیین موقعیت تک نقطه ای (single-point positioning) و یا راه حل ناوبری نام دارد (Navigation solution). به صورت کلی این روش با استفاده از اندازه گیری همزمان فاصله یک گیرنده تا حداقل چهار ماهواره انجام پذیر است.

در این روش گیرنده با هیچ ایستگاهی با مختصات معلوم ارتباط ندارد، گیرنده روی یک نقطه مجهول قرار گرفته و در همین حالت باید خطای ساعت گیرنده را حل کند. بنابراین مجهول های پیش رو سه مولفه مختصاتی X, Y,Z و زمان هستند.

تعیین موقعیت مطلق در اصل تحقق ایده GPS است که بر اساس اندازه گیری شبه فاصله های کد بوده و می توان با آن تعیین موقعیت لحظه ای مجازی انجام داد. در این روش موقعیت ماهواره ها در جدول نجومی (broadcast ephemeris) آن ها وجود دارد. همچنین خطای یونسفر و جابجایی ساعت ماهواره در پیغام ناوبری (Navigation messages) هرچهار ماهواره وجود دارد.

راه حل این مسئله بر اساس شبه فاصله ها شکل گرفته است و از پیغام ناوبری ماهواره ها برای جدول نجومی، جابجایی های ساعت ماهواره، تصحیحات اتمسفری و … استفاده می کند. بدیهی است که این تصحیحات برای گیرنده ایده آل نخواهند بود.

چنانچه داده های موجود در پیغام ناوبری هیچ خطایی به همراه نداشته باشند (که البته دارند) در نهایت چهار مجهول باقی خواهد ماند. سه مجهول موقعیت گیرنده در سیستم مختصات کارتزین و یک مجهول خطای ساعت گیرنده. سه شبه فاصله از سه ماهواره برای حل سه مجهول موقعیت گیرنده مناسب بوده و شبه فاصله ماهواره آخر برای حل خطای ساعت گیرنده کافیست. این مسئله به دلیل برابری تعداد مجهول ها با تعداد روابط برای هر Epoch مشاهداتی قابل حل خواهد بود.

 

انواع تعیین موقعیت مطلق:

تعیین موقعیت autonomous

این نوع تعیین موقعیت اصطلاحا خودمختار (autonomous) بوده و از نوع تفاضلی (نسبی) نیست و در آن گیرنده به صورت مستقل فعالیت خواهد کرد. برای تعیین موقعیت مکان آنتن گیرنده در هر لحظه، به فاصله و موقعیت حداقل چهار ماهواره نسبت به گیرنده نیاز است. گیرنده مجهول مختصات ماهواره ها را با استفاده از پیغام ناوبری دریافت می کند و فاصله ماهواره ها تا گیرنده با استفاده از کد C/A و یا کد PY بسته به نوع گیرنده (نظامی یا تجاری) مشخص می شود. شبه فاصله ها آلوده به خطای ساعت گیرنده و ماهواره هستند که خطای مربوط به ساعت ماهواره با استفاده از تصحیحات ساعت ماهواره موجود در پیغام ناوبری تصحیح می گردد؛ اما خطای ساعت گیرنده به عنوان یک پارامتر مجهول در روند تخمین مختصات در نظر گرفته می شود. در این حالت همانطور که از پیش گفته شد چهار معادله با چهار مجهول برای هر Epoch مشاهداتی به وجود خواهد آمد. در صورتی که مشاهدات بیش از چهار ماهواره در این روند وجود داشته باشد از روش های least-squares estimation یا Kalman filtering برای تخمین مجهولات استفاده می شود. مختصات نقطه مجهول در سیستم WGS84 محاسبه می شود؛ این در حالی است که اکثر گیرنده GNSS پارامترهای ترانسفورماسیون میان سیستم WGS84 و هر سیستم Local دیگری را به همراه خواهند داشت.

تعیین موقعیت SBAS

بهبود دقت تعیین موقعیت مطلق با استفاده از روش های مختلفی امکان پذیر است که یکی از این روش ها استفاده از سیستم های تقویتی ماهواره مبنا منطقه ای یا SBAS است. لغت SBAS مخفف Satellite-based Augmentation Systems می باشد. SBAS دقت و اعتماد پذیری اطلاعات GNSS را با استفاده از تصحیح خطاهای موجود در سیگنال های اندازه گیری شده در فرکانس L1، بهبود می بخشد. همچنین SBAS اطلاعاتی پیرامون وضعیت صحت ، یکپارچگی، تداوم و دسترسی سیگنال های GNSS برای گیرنده فراهم می کند.

SBAS با استفاده از مجموعه ای از ایستگاه مرجع پراکنده در سرتاسر قاره مجموعه ای از اندازه گیری های GNSS استفاده می کند. تمام خطاها جمع آوری شده به یک مرکز داده ارسال می شود تا تصحیحات تفاضلی و پیغام های بی عیب در آنجا محاسبه شوند. تصحیحات محاسبه شده در منطقه تحت پوشش برای ماهواره های زمین مرجع پخش می شوند. این ماهواره ها یک سرویس تقویتی یا پوششی در غالب پیغام های اصلی GNSS ارائه می دهند.

وضعیت و معرفی SBAS های موجود:

کشورهای مختلف سیستم های تقویتی مجزا راه اندازی کرده اند که در ادامه به معرفی آن ها پرداخته خواهد شد.

  • آمریکا: سیستم تقویتی منطقه وسیع (WAAS) مخفف Wide Area Augmentation System
  • اروپا: سرویس پوشش ناوبری زمین مبنای اروپایی (EGNOS) مخفف European Geostationary Navigation Overlay Service
  • ژاپن: سیستم تقویتی ماهواره ای چند کاربردی (MSAS) مخفف  Multi-functional Satellite Augmentation System
  • هند: ناوبری تقویت شده جی.پی.اس و زمین (GAGAN) مخفف GPS and GEO Augmented Navigation
  • چین: سیستم تقویتی ناوبری ماهواره ای (SNAS) مخفف Satellite Navigation Augmentation System
  • کره جنوبی: سیستم تعین موقعیت جهانی تفاصلی منطقه وسیع (WADGPS) مخفف Wide Area Differential Global Positioning System
  • روسیه: سیستمی برای مانیتورینگ و تصحیحات تفاضلی (SDCM) مخفف System for Differential Corrections and Monitoring

 

تمامی سیستم های فوق تداخلی با یگدیگر ندارند. تمام گیرنده های استاندارد موجود در منطقه تحت پوشش این سیستم ها از خدمات ارسالی به یک اندازه بهره می برند. لازم به ذکر است که گیرنده های خارج از محدوده تحت پوشش تصحیحات را دریافت می کنند اما دقت اندازه گیری آن ها به میزان در نظر گرفته شده نخواهد رسید.

با استفاده از سیستم SBAS امکان دستیابی به دقت 1 تا 3 متر در منطقه تحت پوشش و دقت 3 تا 30 متر در مناطق برون مرزی فراهم می شود. عمده گیرنده های تک فرکانسه و حتی گیرنده های ارزان قیمت، این سیستم را پوشش می دهند. اما برای اینکه  بتوانیم از سیستم SBAS استفاده کنیم، باید زیر ساختی در منطقه جغرافیایی مورد نظر ایجاد شده باشد. سیستم های SBAS معمولا توسط بخش دولتی ایجاد می شوند و رایگان در اختیار عموم قرار می گیرند. SBAS برای کاربردهای غیرنظامی و مخصوصا در هوانوردی غیرنظامی کاربرد دارد. ارگانی به نام ICAO ( سازمان بین المللی هوانوردی غیرنظامی) وجود دارد که فرودگاه ها و هواپیماها را ملزم کرده است که در سیستم های کمک ناوبری خود از سیستم SBAS استفاده کنند. از دیگر کاربردهای سامانه SBAS می توان به کاربری کشاورزی اشاره کرد. چراکه از لازمه های دریافت تصحیحات SBAS آسمان باز و وضعیت Open Sky می باشد. برای اینکه هم دقت سیستم بر پایه GPS بهبود پیدا کند و هم در صورت وقوع خطر به خلبان هشدار بدهد.

 

تعیین موقعیت L-Band:

از دیگر روش های بهبود دقت می توان به سامانه های L-BAND اشاره کرد. L-Band در حقیقت مربوط به بازه فرکانسی 1-2 گیگاهرتز می باشد که طول موجی در ابعاد 15-30 سانتی متر را در بر دارد. این سامانه نظیر SBAS است با این تفاوت که اولا منطقه پوشش آن جهانی است و دوم اینکه یک سیستم تجاری است؛ یعنی این سیستم توسط بخش خصوصی ایجاد شده است و رایگان نیست. تصحیحات L-Band از طریق ماهواره های GEO با استفاده از اینترنت برای کاربران ثبت نامی با اطلاعات کاربری مشخص در پکیج های تجاری و سفارشی ارسال خواهد شد. با استفاده از سیستم های L-BAND می توان بدون نیاز به سامانه های RTK یا لینکی مانند لینک رادیویی HF و با استفاده از یک گیرنده به سرویس های مختلفی دسترسی پیدا کرد که خطای زیر 1 متر، زیر 30 سانتی متر و یا زیر 10 سانتی متر دارند. از جمله تصحیحات L-Band می توان به تصحیح خطاهای مدار ماهواره و ساعت ماهواره اشاره نمود.

 

Star fire،Terra Star و Atlas، نمونه هایی از سیستم L-BAND هستند که سرویس دهی می کنند. جهت استفاده از سرویس های مذکور دو شرط لازم است. اول اینکه گیرنده سامانه های L-Band را پشتیبانی کند و دوم اینکه باید اشتراک این سامانه ها را خریداری شده باشد. این اشتراک می تواند ماهیانه، فصلی و یا سالیانه باشد.


پاسخی بگذارید

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