گیرنده‌ GPS و GNSS

بخش زمینی تشکیل دهنده سامانه­ های GNSS شامل گیرنده های GNSS یا همان گیرنده های جی پی اس است. هر گیرنده GPS یا GNSS می تواند با استفاده از دریافت سیگنال های ماهواره ای گسیل شده از سمت ماهواره به سمت آنتن گیرنده، تعیین موقعیت دقیق نقطه را در هر شرایط آب و هوایی و در هر ساعتی از شبانه روز انجام دهد.

گیرنده های جی ‌پی‌ اس ( گیرنده GPS ) فقط سیگنال­ های ارسالی از سمت ماهواره­ های GPS موجود بر مدار را دریافت می نمایند، درحالی که گیرنده های GNSS قادر به دریافت سیگنال های ارسالی از سمت تمام سیستم های ماهواره ای موجود در سامانه GNSS شامل GPS، GLONASS، Galileo، BeiDou، QZSS و IRNSS هستند.

دسته بندی گیرنده های GPS و GNSS از نظر کاربرد

در حال حاضر چندین میلیارد گیرنده GPS اعم از گیرنده ‌های نقشه‌ برداری، چیپست های موجود در گوشی‌ های هوشمند، ناوبری، حمل و نقل شهری و دریایی و... در سطح جهان وجود دارد. کاربرد های اصلی گیرنده های GNSS را می توان متناسب با اهداف کلی زیر دسته بندی کرد:

  • گیرنده های مورد استفاده در کاربری های عمومی

از این گیرنده ها می توان در اهداف مربوط به ناوبری مانند استفاده از نقشه های آنلاین مورد استفاده در نرم افزار های مکان‌مبنا موجود در ماشین، گوشی های تلفن همراه و... استفاده نمود. این گیرنده ها معمولا دقت هایی در حد چند متر داشته و به دلیل ارزان قیمت بودن، بیشتر در دسترس عموم قرار دارند.

  • گیرنده های مورد استفاده در کاربری های نظامی

این گیرنده ها برای اهداف نظامی مورد نظر متولیان این سیستم ها یا کشورهای هم پیمان با صاحبان تکنولوژی سیستم تعیین موقعیت ماهواره‌ای استفاده می شود. علت دقت بالای این گیرنده ها مصون بودن از اختلالاتی است که ممکن است روی سیگنال های معمولی وجود داشته باشد.

در تعیین موقعیت با استفاده از این گیرنده های GPS یا GNSS از کدهای رمزنگاری شده‌ای (PCode) استفاده می شود که خطاهای عمدی ایجاد شده روی سیگنال های ماهواره ای در آن ها حذف شده است. این گیرنده ها می توانند بصورت لحظه ای (آنی) و بدون نیاز به دریافت هیچگونه تصحیحاتی، به دقتی بهتر از یک متر برسند.

  • گیرنده های نقشه برداری

با استفاده از این گیرنده ها، موقعیت نقاط با دقت مناسبی (در حد میلی متر و یا سانتی متر برحسب نوع پردازش داده) تعیین می شود. برای تعیین موقعیت با استفاده از این گیرنده ها با استقرار روی نقطه مورد نظر و استفاده از یک گیرنده GNSS چند فرکانسه، می توان موقعیت دقیق نقطه را محاسبه و ارائه کرد.

این گیرنده ها با استفاده از الگوریتم های موجود در نرم افزار داخلی خود، خطاهای موجود بر سیگنال ماهواره را حذف و یا تعدیل می کنند و به همین دلیل از دقت مطلوبی برخوردار هستند. از این گیرنده ها در عملیات های عمرانی و ساختمانی، شهرسازی، انتقال خطوط لوله نفت و گاز و... استفاده می شود.

دسته بندی گیرنده های نقشه برداری GPS  و GNSS

  • گیرنده های نقشه برداری دقیق

گیرنده های مورد استفاده در تعیین موقعیت و نقشه برداری از گذشته تا امروز، پیشرفت های زیادی داشته اند. بعنوان مثال درگذشته، آنتن دریافت سیگنال های ماهواره ای بطور مجزا، به گیرنده و کنترلر تعبیه شده در یک دستگاه (در واقع هسته پردازنده آن ها بر روی کنترلر تعبیه شده بود) متصل میشد و با استفاده از کل این مجموعه تعیین موقعیت نقطه صورت می گرفت.

از انواع این گیرنده ها میتوان به سری گیرنده های جی پی اس لایکا ( یعنی جی پی اس Leica 1200 ) یا سری گیرنده های کمپانی تریمبل ( مثل Trimble 5800-4800) اشاره نمود.

با پیشرفت تکنولوژی در حوزه GNSS، گیرنده های تعیین موقعیت به گیرنده های هوشمند تبدیل شدند که در اصطلاح به آنها Smart Antenna گفته می شود. مهمترین ویژگی این گیرنده نقشه برداری این است که، آنتن دریافت سیگنال ماهواره و پردازشگر تعیین موقعیت GNSS هر دو در قالب یک دستگاه قرار دارد. این گیرنده ها یا به وسیله کابل و یا به وسیله ارتباط بلوتوثی به کنترلر متصل می شوند.

با توجه به پیشرفت های اتفاق افتاده در تکنولوژی های مخابراتی و ارتباطی، رفته رفته به این گیرنده ها امکانات جدیدی مانند قابلیت تجهیز شدن به ماژول رادیو داخلی، سیم‌کارت داخلی و... اضافه شد.

  • گیرنده های GIS (گیرنده های موبایل GIS)

این نوع از گیرنده های GPS یا GNSS بیشتر در پروژه های سیستم اطلاعات مکانی (GIS) که عمدتاً برای ضمیمه نمودن اطلاعات توصیفی به اطلاعات مکانی با دقت دسی متر استفاده می شوند. بطور مثال برای جمع آوری اطلاعات توصیفی مربوط به مبلمان شهری و یا شناسنامه دار کردن درختان یک شهر، ثبت محل دقیق تابلوهای راهنمایی و رانندگی و... کاربرد دارد.

این گیرنده ها دقت تعیین موقعیتی در حدود 20 تا 30 سانتی متر دارند و از نظر قیمتی، از گیرنده های دقیق ژئودتیکی ارزان قیمت تر هستند که علت آن دقت، قابلیت های سخت افزاری و نرم افزاری و کاربرد این نوع از گیرنده هاست.

  • گیرنده های ایستگاه دائمی

این گیرنده ها بعنوان ایستگاه های مرجع در زیرساخت شبکه های تعیین موقعیت آنی GNSS (NRTK) به منظور محاسبه و ارسال تصحیحات اینترنتی (NTRIP) استفاده می شوند.

از آنجا که این گیرنده ها بطور پیوسته در حال جمع آوری و ارسال اطلاعات به سرور مرکزی شبکه هستند، به آنها CORS (Continuously Operating Reference Stations) گفته می شود.

این نوع از گیرنده های جی ان اس اس همواره در حال جمع آوری اطلاعات گسیل شده از سمت ماهواره های GNSS هستند، به همین منظور از مشاهدات آنها در مطالعات و تحقیقاتی مانند پایش فرونشست، پایش تکتونیک و اثرات جوی و... استفاده می شود. در این دسته از گیرنده های GPS یا GNSS معمولا آنتن و گیرنده جی ان اس اس از هم مجزا هستند و از آنجا که این گیرنده ها به طور دائم در حال ذخیره داده هستند، از حافظه داخلی با حجم مناسبی برخوردارند.

این گیرنده ها با بهره مندی از برخی ویژگی های یک سرور مثل پشتیبانی از پروتکل‌های مختلف شبکه و درگاه‌های ارتباطی متنوع نظیر  HTTP, FTPوNTP, NTRIP, TCP/IP, Ethernet, LCD, RS232, RS422, USB قادر خواهند بود تا در ایستگاه­های مرجع دائمی کشور مورد استفاده قرار بگیرند.

دسته بندی گیرنده های GPS  یا  GNSS نقشه برداری از نظر تعداد فرکانس دریافتی

با توجه به پارامترهای مختلف، می‌ توان یک گیرنده GNSS را در دسته بندی های مختلفی قرار داد. یکی از پارامترهای مهم در این تقسیم‌ بندی، تعداد فرکانس‌های دریافتی گیرنده GPS – GNSS است. بر این مبنا سه نوع گیرنده تک فرکانسه، دو فرکانسه و چند فرکانسه (مولتی فرکانس یا مالتی فرکانس) وجود دارد.

گيرنده ­GPS یا GNSS تك فركانسه

این گیرنده ها فرکانس باند L1 را دریافت نموده و قابلیت رمزگشایی کد C/A را دارند. از آنجا که این گیرنده ‌ها فقط از یک فرکانس استفاده می ‌کنند، در محیط ‌های چالشی در صورت قطع ارتباط با ماهواره، زمان زیادی برای توجیه مجدد لازم دارند، بنابراین در محیط‌ های چالشی استفاده از چنین گیرنده ‌هایی پیشنهاد نمی ‌شود.

فرکانس L1 در ماهواره های مختلف با نام های: L1 برای سیستم ماهواره ای GPS، G1 برای سیستم ماهواره ای GLONASS، B1 برای سیستم ماهواره ای BeiDou و E1 برای سیستم ماهواره ای Galileo توسط گیرنده GNSS قابل دریافت است.

گيرنده­ ­GPS یا GNSS دو فركانسه

این نوع از جی پی اس نقشه برداری، امواج باند فرکانسی  L1وL2  را دریافت نموده و قابلیت رمزگشایی كدC/A ، P وL2C  را دارد. دستگاه‌ های دو فرکانسه که به جی پی اس دو فرکانسه معروفند، به عنوان ايستگاه مرجع (از طریق راديو مودم یا سيم كارتGPRS ) قابليت ارسال تصحيحات را به دستگاه در حال برداشت (Rover) دارند.

در گیرنده های دوفرکانسه، سیگنال های L1/L2 ماهواره های جی پی اس، G1/G2 ماهواره های GLONASS، E1/E5 سیستم گالیله و B1/B2 در سیستم ماهواره ای بیدو قابل ردیابی و دریافت هستند.

گيرنده‌ GPS و GNSS سه فرکانسه یا چند فركانسه (مولتی فرکانسه)

گیرنده های GPS که در کارهای نقشه برداری امروزی از آنها استفاده می‌شود، به GPS ایستگاهی و یا GPS مولتی فرکانسه ( GPS مالتی فرکانس ) معروف هستند، گیرنده‌های چند فرکانسه علاوه بر امواج L1 و L2 قابليت دريافت موج L5 را نیز دارند. اين موج جهت بهبود كيفيت اطلاعات دريافتي و بهينه ­سازي امواج استفاده مي­ شود.

این گیرنده ‌ها از لحاظ كارايي و كاربري، مشابه سيستم جی پی اس دو فركانسه عمل می‌کنند، اما قادر به دریافت تمام فرکانس های ارسالی از سمت ماهواره های تعیین موقعیت مانند جی پی اس، گلوناس، گالیله، بیدو، کیو زد اس اس، آی آر ان اس اس و... می باشند.

سیگنال های قابل ردیابی در یک گیرنده مولتی فرکانس را می توان بصورت L1/L2/L5 در GPS، G1/G2/G3 در گلوناس، E1/E5/E6 در Galileo و B1/B2/B3 در BeiDou طبقه بندی کرد.

در شکل زیر، می توانید فرکانس‌های ارسالی از سمت ماهواره های GNSS در باندهای فرکانسی مختلف را بصورت شماتیک، مشاهده کنید.

باندهای فرکانسی ماهواره های GPS

شکل1: باندهای فرکانسی ماهواره های GPS، GLONASS، GALILEO و BeiDou

 

مفهوم کد، فاز و تعداد کانال در گیرنده های نقشه برداری

انتقال داده از ماهواره ‌های تعیین موقعیت GNSS به گیرنده جی پی اس یا جی ان اس اس از طریق ارسال سیگنال انجام می‌شود. نسل‌ های متفاوت ماهواره ‌های GNSS، دارای تکنولوژی ‌های متفاوتی هستند، به طوری که ماهواره‌ های نسل جدید تعداد سیگنال ‌های بیشتری را نسبت به ماهواره‌ های نسل قدیم ارسال می ‌کنند.

ماهواره ‌های جی ان اس اس همواره در حال ارسال سیگنال در یک، دو و یا سه باند فرکانسی از طول موج L هستند، این سیگنال ‌ها حامل اطلاعاتی از قبیل کد های فاصله ‌یابی و اطلاعات ناوبری ‌اند که به دستگاه برای محاسبه زمان سیر موج از ماهواره تا گیرنده GNSS و محاسبه‌ موقعیت در تمام طول روز کمک می کنند.

مولفه ‌های اصلی هر سیگنال شامل فاز موج حامل، کد فاصله ‌یابی و داده‌ های ناوبری است.

فاز موج حامل

فاز موج حامل، یک سیگنال ماکروویو سینوسی است که در فرکانس مشخص، از سمت ماهواره به سمت گیرنده GPS مولتی فرکانس و GNSS ارسال می‌ شود. فاز موج حامل در سیستم‌ های جی ان اس اس بصورت تعداد سیکل‌ های کامل فاز ارسالی از ماهواره GNSS، شمرده می شود.

 کد فاصله ­یابی

مجموعه ‌ای از اعداد 0 و 1 که اجازه‌ محاسبه‌ زمان سیر موج سیگنال ماکروویو ارسالی از ماهواره تا گیرندهGNSS را می ‌دهد. به این مجموعه، دنباله ‌ی نویز شبه تصادفی (PRN: Pseudo-Random Noise) یا کد های PRN می ‌گویند. این کد ها برای هر ماهواره مقدار منحصر به فردی دارند.

کانال

هر سیگنال گسیل شده از سمت ماهواره های GNSS حاوی اطلاعات زیادی از قبیل چندین مشاهده کد، مشاهده داپلر و ... است که پردازش هر کدام از این مشاهدات، توسط یک کانال پردازشی مجزا انجام می‌ شود.

از فواید بیشتر بودن تعداد کانال در گیرنده های جی پی اس این است که هر کانال، مدت زمان کمتری مشغول پردازش اطلاعات بوده و در نتیجه توان مصرفی گیرنده کم تر خواهد شد و چون فعالیت هر کانال کمتر می شود، طول عمر مفید قطعات الکترونیکی به کار گرفته شده در گیرنده GNSS و GPS نیز افزایش می یابد.

چون با افزایش تعداد کانال در گیرنده، پردازش هر کدام از سیگنال ها توسط یک کانال پردازشی مجزا انجام می‌ شود، سرعت ردیابی ماهواره های در دید گیرنده افزایش پیدا میکند و سبب افزایش سرعت پردازش گیرنده تعیین موقعیت نقشه برداری خواهد شد.

امروزه با توجه به افزایش تعداد فرکانس ها و ماهواره های موجود در منظومه های GNSS، وجود حداقل 600 کانال پردازشی در گیرنده باعث بهبود عملکرد گیرنده GNSS خواهد شد. البته یکی از دلایل موثر بر قیمت جی پی اس مولتی فرکانس نیز همین تعداد کانال پردازش اطلاعات مورد استفاده در آن است.

مشخصات فنی یک گیرنده GNSS

از عمده مواردی که می‌توان در بیان مشخصات فنی یک گیرنده مولتی فرکانس به آن اشاره کرده و باید بعنوان یک پارامتر موثر در انتخاب گیرنده GNSS به آن توجه نمود، می توان موارد زیر را نام برد:

  • سرعت پردازش گیرنده نقشه برداری
  • قابلیت عملکرد آن در انواع محیط های چالشی و غیر چالشی
  • الگوریتم های مختلف موجود در نرم افزار داخلی آن جهت حذف و یا تعدیل خطای موجود بر سیگنال GNSS
  • تکنولوژی های مورد استفاده در نرم افزار و سخت افزار گیرنده جی ان اس اس
  • ماژول های تعبیه شده در گیرنده GNSS جهت اهداف تعیین موقعیت با روش های مختلف
  • عمر باتری
  • ابعاد کوچک و وزن کم گیرنده GNSS

توجه به چه مواردی در خرید یک گیرنده GNSS حائز اهمیت است؟

در خرید گیرنده جی ان اس اس آنچه در درجه اول اهمیت دارد توجه به مشخصات فنی گیرنده است. اما چند عامل اساسی دیگر نیز برای انتخاب بهترین گزینه از بین گیرنده های GPS یا GNSS موجود در بازار و خرید گیرنده جی پی اس به شما کمک خواهد کرد. بعنوان مثال:

  1. تعداد کاربران محصولات هر برند ارائه دهنده تجهیزات GNSS، نماینده میزان اعتماد مشتریان به این شرکت بوده و خود سنگ محک ارزشمندی برای بیان جایگاه یک شرکت ارائه دهنده تجهیزات GNSS در بازار محصولات نقشه برداری است.

 

  1. وجود پشتیبانی فنی و خدمات پس از فروش مناسب که به شما اطمینان دهد در صورت بروز هرگونه مشکل و یا بروزرسانی نرم افزاری و سخت افزاری در حوزه تعیین موقعیت و ناوبری، گیرنده جی ان اس اس شما با پرداخت حداقل هزینه ممکن، تعمیر و یا بروزرسانی می شود.

چنین ویژگی‌ای مهمترین دلیل برای ترجیح یک گیرنده GPS ایرانی برای مهندسین نقشه بردار ایرانی با درنظر گرفتن قیمت گیرنده های GNSS خارجی بدون هیچگونه ضمانت و گارانتی است.

زیرا حتی در صورت وجود هرگونه سوال فنی در مورد گیرنده و نحوه کار با آن در شرایط مختلف تا سالیان طولانی بعد از خرید آن گیرنده GNSS قادر خواهند بود تا بدون هیچ هزینه ای و فقط با برقراری ارتباط با پشتیبانی فنی گیرنده، مشکل را مرتفع نمایند.

 

  1. ارائه پکیج ها و کلاس های حضوری و یا مجازی برای آموزش کار با گیرنده و استفاده از ویژگی های مختلف آن، برگزاری دوره های مختلف مرتبط با روش های تعیین موقعیت، آشنایی با سامانه ها و ابزار های مختلف مورد استفاده در تعیین موقعیت دقیق از سمت شرکت ارائه دهنده گیرنده GNSS. بهره مند شدن از خدمات آموزشی، به شما این اطمینان خاطر را می دهد که هیچ موضوع مبهمی در هنگام خرید گیرنده GNSS و روش های تعیین موقعیت به کمک آن برای شما باقی نمانده و شما قادر خواهید بود که یک تعیین موقعیت دقیق و صحیح را تجربه نمایید.

 

  1. ارائه تجهیزات و فناوری های برتر روز در گیرنده نقشه برداری GPS یا GNSS از سمت شرکت تولید کننده همگام با پیشرفت تکنولوژی در حوزه GNSS. از آنجا که سامانه های تعیین موقعیت ماهواره ای، همواره در حال تغییر و بروزرسانی فرکانس ها و ماهواره های خود هستند، به همین دلیل همگام بودن با این تکنولوژی ها یکی از مهمترین مواردی است که در خرید یک گیرنده جی ان اس اس / جی ‌پی اس باید به آن توجه نمایید.
  2. یکی از موارد بسیار مهم برای هر خریدار، شرایط فروش متنوع است که نشان دهنده میزان انعطاف فروشنده با خریدار بوده و حس همدلی و تعامل بین فروشنده و خریدار منعکس می کند. در زمان خرید گیرنده GPS موردنظر خود به این موضوع دقت کنید که شرکت ارائه دهنده این گیرنده GNSS چه شرایطی برای خریدار فراهم نموده است.

 

شرکت دانش بنیان مکان ‌پرداز رایمند، بعنوان اولین و بزرگترین تولیدکننده گیرندهGPS و GNSS در ایران، مفتخر بوده تا در سال 93 و برای نخستین بار، گیرنده GPS چند فرکانسه خود را با نام iRo-G3B روانه بازار کند. این شرکت همواره در تلاش است تا محصولات و خدمات خود را مطابق با آخرین استاندارد ها و فناوری های روز دنیا در حوزه GNSS در اختیار مشتریان خود قرار دهد.

ایجاد و توسعه زیرساخت‌ها و ارائه سرویس‌های موقعیت‌یابی دقیق متعدد از جمله سامانه ملّی سحاب، سامانه شمیم پلاس و همچنین راه‌اندازی زیرساخت شبکه‌های اختصاصی شهرداری‌های متعدد بخشی از فعالیت‌های این شرکت، در جهت توسعه و بهبود زیرساخت های سامانه های دریافت تصحیحات اینترنتی آنی (NRTK) در داخل کشور بوده است.

برای مشاهده و بررسی محصولات متنوع مرتبط با تعیین موقعیت و GNSS تولیدی شرکت رایمند، به لینک زیر مراجعه کنید:


جهت آگاهی از قیمت گیرنده های GPS شرکت مکان پرداز رایمند، با مشاورین ما در بخش فروش در تماس باشید.

(توجه داشته باشید که اگر قصد فروش یا انتقال مالکیت گیرنده GPS دست دوم رایمند را دارید، حتما مراتب آن را با شرکت مکان پرداز رایمند در میان بگذارید. برای کسب اطلاعات بیشتر، به لینک اطلاعیه مراجعه نمایید.)

سوالات متداول

از گیرنده جی پی اس در چه کارهایی استفاده می شود؟
کاربردهای GPS فراتر از چیزی است که ما تصور میکنیم، گیرنده GNSS ( گیرنده جی پی اس یا جی ان اس اس ) در حال حاضر در سراسر دنیا برای اهداف متنوعی نظیر: استفاده در معادن، در هوانوردی، نقشه برداری شهری و روستایی، کشاورزی، کاربردهای دریایی و نظامی مورد استفاده قرار می گیرد.
چطور می توانم در مورد مشخصات فنی محصول اطلاعات کسب کنم؟
شما می توانید مشخصات فنی مربوط به هر یک از محصولات را در قالب دیتاشیت محصول، در صفحه مربوط به آن محصول با فرمت PDF دانلود و مطالعه نمایید.
آیا باید برای استفاده از گیرنده GNSS مولتی فرکانس رایمند حتما کنترلر صنعتی داشته باشم؟
گیرنده های جی پی اس مولتی فرکانس رایمند، با بهره گیری از نرم افزار جامع و کامل RaySurvey در تعیین موقعیت دقیق به شما کمک خواهند کرد. این نرم افزار قابلیت نصب بر روی انواع دستگاه های اندرویدی که ورژن اندروید آنها 5 و بالاتر است را دارد.
گیرنده مولتی فرکانس رایمند را از کجا تهیه کنم؟
برای خرید گیرنده جی پی اس مولتی فرکانس رایمند، می توانید با شماره 021-47276 در تماس باشید و یا با مراجعه به سربرگ نمایندگی ها، به نمایندگی رایمند در شهر یا استان خود مراجعه نمایید.
من روش کار با گیرنده GPS را بلد نیستم، چطور می توانم در مورد کار با گیرنده نقشه برداری جی پی اس و جی ان اس اس اطلاعات کسب کنم؟
کارشناسان ما در شرکت رایمند همزمان با تحویل گیرنده به شما، آموزش های اولیه راه اندازی و استفاده از گیرنده جی پی اس یا جی ان اس اس و روش های برداشت با آن را ارائه خواهند داد. البته در پک همراه گیرنده، یک فِلَش که شامل فیلم های آموزشی مرتبط با تعیین موقعیت و استفاده از گیرنده GPS یا GNSS است موجود می باشد، که قادر خواهید بود در هر زمان از فیلم های آموزشی موجود در آن استفاده نمایید. بعلاوه با مراجعه به صفحه اینستاگرام شرکت مکان پرداز رایمند به آدرس raymandgeo ، می توانید از مطالب آموزشی تکمیلی در حوزه نقشه برداری بهره مند شوید.