تعریف لغوی جی ان اس اس:

جی ان اس اس یا به اختصار نوشتاری جی.ان.اس.اس (GNSS) که مخفف عبارت Global Navigation Satellite System می باشد، به معنای سیستم ناوبری جهانی ماهواره مبنا است. عملکرد سیستم جی ان اس اس (GNSS) به صورت کلی مشابه سیستم جی پی اس (GPS) یا سیستم تعیین موقعیت جهانی است با این تفاوت که جی پی اس متشکل از ماهواره های ساخت یک کشور می باشد و جی ان اس اس مجموعه ای از ماهواره های ساخت کشورهای مختلف است. از جمله این مجموعه ماهواره ها، ماهواره های جی پی اس (GPS) متعلق به ایالات متحده آمریکا، ماهواره های گلوناس (GLONASS) متعلق به کشور روسیه، ماهواره های کامپس (Compass) یا بیدو (BeiDou) متعلق به کشور چین و ماهواره های گالیله (Galileo) متعلق به اتحادیه اروپا می باشند. در ادامه به توضیح کامل جی ان اس اس پرداخته خواهد شد.

اجزا  تشکیل دهنده جی ان اس اس:

اجزای جی ان اس اس (GNSS) براساس سطح دسترسی عموم، پژوهشی و نظامی و همچنین دقت اندازه گیری طبقه بندی می شوند. این اجزا شامل نسل اول و نسل دوم سیستم که با نام GNSS-1 و GNSS-2 بوده و متشکل از بخش ماهواره ای و زمینی است طبقه بندی می گردند. باقی اجزا شامل ماهواره های اصلی یا هسته ای مجموعه (Core Satellite)، سیستم تقویت ماهواره ای سراسری (SBAS) شامل Omnistar و StarFire، سیستم تقویت ماهواره ای محلی شامل WAAS آمریکا، EGNOS اروپا، MSAS ژاپن و GAGAN هندوستان، سیستم‌های تقویت سراسری زمینی QZSS ژاپن، IRNSS هندوستان و … می باشند.

آنچه به صورت عمومی در مورد اجزای جی ان اس اس (GNSS) می توان گفت تقسیم بندی ذیل است. سیستم جی.ان.اس.اس (GNSS) شکل تکامل یافته سیستم جی.پی.اس (GPS) می باشد. در اصل منظومه جی.پی.اس (GPS) بخشی از شاکله وجودی سیستم جی.ان.اس.اس (GNSS) است. قدمت سیستم جی.پی.اس (GPS) از منظومه های جدید جی.ان.اس.اس (GNSS) بسیار بیشتر بوده و راه اندازی این سیستم به دهه 70 یا 60  میلادی باز می گردد. این درحالی است که سیستم جی ان اس اس (GNSS) به نسبت جی پی اس (GPS) سیستمی نوپا محسوب می شود. تعداد ماهواره های موجود در مدار جی.پی.اس (GPS) به 32 می رسد. در حالی که تعداد ماهواره های جی.ان.ا.س.اس (GNSS) علاوه بر ماهواره های جی.پی.ا.س (GPS)، شامل ماهواره های گلوناس (GLONASS) با بیش از 24 ماهواره، گالیله (Galileo) با بیش از 24 ماهواره و بیدو (BeiDou) با 35 ماهواره تا سال 2020 میلادی شده است. در قیاس مجموعه ماهواره های جی.پی.اس (GPS) 32 عدد و مجموعه ماهواره های جی.ان.ا.س.اس (GNSS) به بیش از 115 ماهواره نیز می رسد.

 

کاربری های جی ان اس اس:

یکی از کاربردهای اصلی جی ان اس اس در امر نظامی است که از حوصله بحث خارج است. از سایر کاربردهای جی ان اس اس می توان به ناوبری یا هدایت (از دستگاه‌های کوچک دستی تا ماشین‌ها، کشتیها و هواپیماها)،تنظیم زمان، سرویس های محلی مانند enhanced۹۱۱، عملیات نجات، وارد کردن اطلاعات در نقشه‌های جغرافیایی، علوم ژئوفیزیک، رهگیری اشیاء اشاره نمود.

گیرنده های  جی ان اس اس نقشه برداری:

یکی از کاربردهای اصلی جی ان اس اس (GNSS) کاربرد گیرنده های زمینی آن در علم و عملیات نقشه برداری است. گیرنده  جی ان اس اس نقشه برداری وظیفه تهیه نقشه، نقطه برداری، پیاده سازی نقاط و تعیین حدود و حریم یک فضای مشخص روی زمین را به عهده دارد. از کاربری گیرنده های جی ان اس اس نقشه برداری می توان به نقشه برداری راه و ساختمان، تعیین حدود اراضی مسکونی، کشاورزی و منابع طبیعی، برداشت و پیاده سازی مبلمان شهری، برداشت و پیاده سازی خطوط نیرو ازجمله لوله های گاز، آب و فاضلاب، فیبر نوری و بسیاری موارد دیگر اشاره کرد.

شرکت هیرو،  به عنوان یکی از تولید کنندگان گیرنده های  جی ان اس اس(GNSS) نقشه برداری، گیرنده  جی ان اس اس XiMA S10 و گیرنده  جی ان اس اسXiMA S10 L  را به منظور کاربری های دقیق نقشه برداری روانه بازار ایران کرده است. از جمله سایر گیرنده های این مجموعه می توان به Miniature M20 اشاره نمود که در حال حاضر تولید آن متوقف شده و جز محصولات پیشین هیرو محسوب می گردد. تمامی گیرنده های  جی ان اس اس نقشه برداری فوق از جمله گیرنده های  جی ان اس اسHiro  بوده و دارای گارانتی و خدمات پس از فروش داخل ایران می باشند.

تعریف لغوی جی پی اس:

جی پی اس یا در حقیقت به اختصار نوشتاری جی.پی.اس (GPS) که مخفف عبارت Global Positioning System می باشد، به معنای سیستم تعیین موقعیت جهانی است. جی پی اس یک سیستم ناوبری متشکل از 32 ماهواره موجود در مدار کره زمین است که به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته شده و از سال ۱۹۸۰ استفاده آن برای کاربری عموم آزاد می باشد. این سیستم تعیین موقعیت جهانی (GPS) امکان تعیین پارامترهایی همچون زمان، موقعیت مکانی و سرعت کاربر  را روی سطح زمین در یک چهارچوب مختصاتی جهانی مشخص، در صورت عدم وجود مانع در مسیر دید حداقل چهار ماهواره تا کاربر، در هر شرایط آب و هوایی فراهم می کند.

تاریخچه ای مختصر پیرامون جی پی اس:

اولین ماهواره از سری ماهواره های جی ‌پی ‌اس یا همان (GPS) در سال ۱۹۷۸ به فضای پرتاب شد. هدف اصلی و نخستین از طراحی جی‌ پی اس، اهداف نظامی خصوصا در حوزه تعیین موقعیت و ناوبری بود. از سال ۱۹۸۰ به بعد کاربری های غیرنظامی این سیستم نیز در دسترس قرار گرفت. این سامانه در سال ۱۹۹۵ و با تکمیل شمار ماهواره‌ها، به توان پیش‌بینی شده خود دست یافت. افتخار اختراع این سامانه به راجر ال استون، ایوان ای گتینگ و برادفورد پارکینسون از آزمایشگاه فیزیک پیشرفته ایالات متحده تعلق دارد. در حال حاضر این سامانه متشکل از 32 ماهواره (31 ماهواره فعال) حاضر در مدار کره زمین است.

اجزای تشکیل دهنده جی.پی.اس:

جی‌پی‌اس (GPS) از سه بخش اساسی بخش فضایی (Space Segment)، بخش کنترل زمینی یا ایستگاه کنترل زمینی (Control Segment) و بخش کاربر (User Segment) تشکیل شده ‌است که در ادامه به توضیح مختصری پیرامون این بخش ها پرداخته خواهد شد:

بخش فضایی (Space Segment):

این بخش در حقیق مربوط به خارج از اتمسفر زمین خواهد بود که متشکل از ۲۴ تا ۳۲ ماهواره حاضر در مدار میانی زمین است.

بخش کنترل (Control Segment):

از یک ایستگاه اصلی کنترل زمینی MCU) Master Control Station)، یک ایستگاه اصلی کنترل زمینی دیگر به عنوان پشتیبان، یک میزبان آنتن‌های اختصاصی و اشتراکی برای سامانه و ایستگاه‌های پایش تشکیل شده ‌است.

بخش کاربری (User Segment):

امروزه این بخش متشکل ازمیلیون ها کاربر نظامی و غیر نظامی است که با استفاده از گیرنده های کاربر زمینی در موارد مختلفی همچون هدایت موشک ها و ناوگان جنگی، نقشه برداری، ناوبری خودروها و تعیین موقعیت با استفاده از اپلیکیشن های موبایل، هدایت ماشین آلات صنعتی، خطوط هوایی و کشتیرانی، مدیریت اطلاعات مکانی و … استفاده می کنند.

 

نحوه عملکرد جی پی اس:

ماهواره‌های جی پی اس (GPS)، در مدارهای دقیق هر روز ۲ بار به‌دور زمین می‌‌گردند (در هر مدار 4 ماهواره وجو دارد) و اطلاعاتی را به زمین مخابره می‌کنند. گیرنده‌های جی ‌پی ‌اس زمینی این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات ریاضی و هندسی، محل گیرنده را نسبت به مرکز زمین محاسبه می‌کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می‌‌کند. از اختلاف این دو زمان، فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می‌‌گردد. موقعیت و مختصات دقیق ماهواره ها در هر لحظه با دقت بسیار بالا به همراه سایر داده ها به گیرنده ارسال می شود. گیرنده جی پس اس زمینی برای محاسبه موقعیت و زمان خود به محاسبه چهار پارامتر هندسی مکانی و زمانی نیاز دارد. این امر در صورت مشاهده حداقل چهار ماهواره توسط گیرنده جی پی اس زمینی امکان پذیر است. به طبع هرچه تعداد ماهواره های مشاهداتی از جانب گیرنده جی پی اس زمینی بیشتر باشد در نهایت درجه آزادی مشاهدات انجام گرفته بیشتر خواهد بود. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره‌ها گیرنده جی پی اس زمینی اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیر پیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطلاعات مفید دیگر، می‌نماید.

 

دقت اندازه گیری جی پی اس و عوامل اثر گذار بر آن:

دقت سیستم های جی پی اس (GPS) بسیار بالاست. به طوریکه شما در هر زمان و با وجود هر گونه شرایط بد آب و هوایی می توانید به راحتی از موقعیت و مسیر مورد نظر خود اطلاعات لازم را کسب کنید. دقت جی پی اس معمولا بازه ای بین 2 تا 5 متر است و بستگی به عواملی همچون زمان اندازه گیری در روز، موقعیت کاربر، دید آسمانی باز، شرایط اتمسفر، وجود سازه های مرتفع در اطراف و … دارد. عوامل ایجاد کننده خطا بر جی پی اس در مقاله ای جداگانه بررسی می گردند.

گیرنده های جی پی اس نقشه برداری:

همان طور که پیش تر توضیح داده شد یکی از موارد کاربرد گیرنده های جی پی اس (GPS) در علم و عملیات نقشه برداری است. از نام زمینه کاربری این گیرنده ها مشخص است که گیرنده جی پی اس نقشه برداری وظیفه تهیه نقشه، نقطه برداری، پیاده سازی نقاط و تعیین حدود و حریم یک فضای مشخص روی زمین را به عهده دارد. امروزه گیرنده های جی پی اس ابزاری سنتی به شمار می روند و این گیرنده ها جای خود را به گیرنده های جی ان اس اس (GNSS) نقشه برداری داده اند. پیرامون گیرنده های جی ان اس اس (GNSS) نقشه برداری به صورت مفصل در مقاله ای دیگر صحبت خواهد شد. از کاربری گیرنده های جی پی اس نقشه برداری می توان به نقشه برداری راه و ساختمان، تعیین حدود اراضی مسکونی، کشاورزی و منابع طبیعی، برداشت و پیاده سازی مبلمان شهری، برداشت و پیاده سازی خطوط نیرو ازجمله لوله های گاز، آب و فاضلاب، فیبر نوری و بسیاری موارد دیگر اشاره کرد.

شرکت کاوش گران نوآور (تکنو)، به عنوان یکی از تولید کنندگان گیرنده های جی پی اس (GPS) نقشه برداری، گیرنده جی پی اس XiMA S10 و گیرنده جی پی اس XiMA S10 L را به منظور کاربری های دقیق نقشه برداری روانه بازار ایران کرده است. از جمله سایر گیرنده های این مجموعه می توان به Miniature M20 اشاره نمود که در حال حاضر تولید آن متوقف شده و جز محصولات پیشین شرکت تکنو محسوب می گردد. تمامی گیرنده های جی پی اس نقشه برداری فوق از جمله گیرنده های جی پی اس Hiro بوده و دارای گارانتی و خدمات پس از فروش داخل ایران می باشند.

مقدمه ای بر دقت جی پی اس:

پیش از شرح هر مطلبی لازم به توضیح است که امروزه عبارت جی پی اس یک عبارت قدیمی است که توسط کاربران گیرنده های نقشه برداری و تولید کنندگان و فروشندگان آن مورد استفاده قرار می گیرد. از اساس عبارت جی پی اس متوجه گیرنده های قدیمی نقشه برداریست که توسط مشاهدات ماهواره های جی پی اس (GPS) توان تعیین موقعیت کاربران روی زمین را داشته اند. آنچه که لازم است پیش از هرچیز توضیح داده شود این است که نام های بسیاری برای این گیرنده ها امروزه به گوش نقشه برداران می رسد. از جمله آن ها می توان به جی پی اس ایستگاهی، جی پی اس دو فرکانسه، جی پی اس چند فرکانسه یا مولتی فرکانس (Multi Frequency)، جی پی اس RTK یا جی پی اس آر تی کی یا GPS RTK، همچنین جی پی اس کاداستر یا جی پی اس شمیم اشاره کرد. اما آنچه باید مورد توجه قرار گیرد این است که گیرنده های جی پی اس برای امور نقشه برداری دیگر منسوخ شده و امروزه همه از گیرنده های جی ان اس اس (GNSS) نقشه برداری استفاده می کنند.

عوامل اثر گذار بر دقت جی پی اس:

از جمله عوامل اثر گذار بر دقت جی پی اس می توان به اثرات یا خطای اتمسفریک، اثرات یا خطاهای چند مسیری یا مالتی پس (Multipath)، تغییرات مرکز فاز آنتن، خطاهای مربوط به دقت اندازه گیری ساعت ماهواره و گیرنده، خطای اندازه گیری مدار ماهواره و بسیاری موارد دیگر اشاره کرد که در ادامه به شرح آن ها پرداخته خواهد شد.

اثرات یا خطای اتمسفریک بر دقت جی پی اس:

اتمسفر دارای دو لایه عمده تروپسفر (Troposphere) و یونوسفر (Ionosphere) می باشد. تا حدود 30 تا 40 کیلومتر اتمسفر زمین را تروپسفر و تا 1000 کیلومتری را یونوسفر تشکیل داده است، که نسبت به سیگنال های جی پی اس (GPS) یک محیط پراکنده (dispersive) است. این امر موجب می گردد تا سیگنال ارسالی از جانب ماهواره هایی همچون (GPS) متعلق به ایالات متحده آمریکا، ماهواره های گلوناس (GLONASS) متعلق به کشور روسیه، ماهواره های کامپس (Compass) یا بیدو (BeiDou) متعلق به کشور چین و ماهواره های گالیله (Galileo) متعلق به اتحادیه اروپا حین عبور از محیط های مذکور دچار تقدم یا تاخر زمانی گردند. به این پدیده تقدم یا تاخر فاز می گویند. میزان این تقدم یا تاخر وابسته به تعداد الکترون های لایه یونوسفر (TEC) و میزان بخارات موجود در لایه تروپوسفر است که با زمان تغییر می کند. بیش از 50 تا 60 در صد از خطاها در اندازه گیری های سیستم جی پی اس (GPS) ناشی از اتمسفر (ترو پسفر و یونوسفر ) است.

اثرات یا خطای چند مسیری  بر دقت جی پی اس:

خطای چند مسیری بر دقت جی پی اس به دلیل دریافت غیر مستقیم امواج توسط گیرنده ایجاد می شود. در مناطقی مانند کنار رودخانه ها ,مجاورت اتومبیل ها ,کنار دیوارهای قائم، شیروانی ها  و … امواج جی پی اس (GPS) یا به صورت کلی جی ان اس اس (GNSS) منعکس شده و ممکن است توسط گیرنده دریافت شوند. دریافت این امواج سبب حصول شبه فاصله های (فاصله های کم دقت گیرنده تا ماهواره) اشتباه می شود. برای جلوگیری از اثر چند مسیری (Multipath) از صفحه زمینی ( GROUND PLATE) و یا از چک رینک (Chokering) استفاده می شود. همچنین با ترکیب امواج حامل  L1وL2  و اندازه گیری کد تاثیر multi path قابل شناسایی و حذف است. دلیل این امر وابستگی این خطا به فرکانس است.

اثرات یا خطای تغییرات مرکز فاز آنتن بر دقت جی پی اس:

مرکز فاز الکترونیکی دستگاه گیرنده نقطه ایست که اندازه گیری امواج رادیویی نسبت به آن سنجیده می شود. این مرکز فاز با مرکز فاز فیزیکی دستگاه تفاوت دارد. مقدار فاصله یا آفست (Offset) وابسته به ارتفاع ,آزیموت و شدت سیگنال های ماهواره ای دارد و برای امواج L1 و L2 متفاوت است. دو تاثیر متفاوت در این مورد وجود دارد : آفست و تغییرات. این تغییرات برای هر آنتن از جانب کمپانی تولید کننده آنتن به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری شده و در قالب فایل آنتکس (Antex) در اختیار کاربران قرار داده می شود. میزان دقت یک آنتن وابسته به میزان تغییرات مرکز فاز آن است و بستگی به آفست مرکز فاز ندارد.

اثرات یا خطای ساعت ماهواره بر دقت جی پی اس:

ماهواره های جی پی اس (GPS) یا به صورت کلی جی ان اس اس (GNSS) دارای نوسان ساز های بسیار دقیقی از نوع سدیم و ربدیم هستند, لذا دارای ساعت بسیار دقیقی در ابعاد اندازه گیری میکروثانیه و نانو ثانیه می باشند و همچنین این ساعت ها همواره با ساعت اصلی سیستم جی پی اس (GPS) کنترل می شوند و پارامترهای تصحیح آن به صورت ضرایب یک چند جمله ای درجه دو به کاربر ارسال می شود. با این وجود با استفاده از برخی ترکیبات مشاهدات این خطا قابل حذف است.

اثرات یا خطای ساعت گیرنده بر دقت جی پی اس:

دلیل ارزان تر کردن گیرنده های جی پی اس (GPS) یا به صورت کلی جی ان اس اس (GNSS)  معمولا از نوسان ساز های کوارتز نسبتا ارزان قیمت استفاده می شود و بنابراین پایداری ساعت آنها بسیار پایین تراز ساعت سیستم GPS یا ساعت ماهواره ها است. لیکن با استفاده از زمان ارسالی ماهواره ها این ساعت قابل کنترل است. همچنین با استفاده از روش های تفاضلی تاثیر خطای ساعت گیرنده قابل حذف شدن است. اصطلاح راه اندازه اولیه (Initialize) در گیرنده های جی پی اس (GPS) برای یکسان سازی مبنای شروع فعالیت اندازه گیری های گیرنده براساس ساعت ماهواره و گیرنده است. در صورت قطع ارتباط بین گیرنده و ماهواره، گیرنده نیاز به راه اندازی مجدد (ReInitialize) دارد.

اثرات یا خطای مدار ماهواره بر دقت جی پی اس:

ماهواره های جی پی اس (GPS) یا به صورت کلی جی ان اس اس (GNSS) به دلیل وجود برخی تاثیرات فیزیکی مانند جاذبه زمین و سایر سیارات و جاذبه خورشید ,تاثییر تشعشعات خورشیدی و اصطکاک اتمسفری, دقیقا در مدار پیش بینی شده حرکت نمی کنند و بنابراین مدار واقعی اختلافی با مدار حاصل از داده های افمریس دارد که این مسئله خطایی را در شبه فاصله ها و اندازه گیری های نهایی ایجاد می کند.

لورم ایپسوم یا طرح‌نما (به انگلیسی: Lorem ipsum) به متنی آزمایشی و بی‌معنی در صنعت چاپ، صفحه‌آرایی و طراحی گرافیک گفته می‌شود. طراح گرافیک از این متن به عنوان عنصری از ترکیب بندی برای پر کردن صفحه و ارایه اولیه شکل ظاهری و کلی طرح سفارش گرفته شده استفاده می نماید، تا از نظر گرافیکی نشانگر چگونگی نوع و اندازه فونت و ظاهر متن باشد. معمولا طراحان گرافیک برای صفحه‌آرایی، نخست از متن‌های آزمایشی و بی‌معنی استفاده می‌کنند تا صرفا به مشتری یا صاحب کار خود نشان دهند که صفحه طراحی یا صفحه بندی شده بعد از اینکه متن در آن قرار گیرد چگونه به نظر می‌رسد و قلم‌ها و اندازه‌بندی‌ها چگونه در نظر گرفته شده‌است. از آنجایی که طراحان عموما نویسنده متن نیستند و وظیفه رعایت حق تکثیر متون را ندارند و در همان حال کار آنها به نوعی وابسته به متن می‌باشد آنها با استفاده از محتویات ساختگی، صفحه گرافیکی خود را صفحه‌آرایی می‌کنند تا مرحله طراحی و صفحه‌بندی را به پایان برند.

لورم ایپسوم یا طرح‌نما (به انگلیسی: Lorem ipsum) به متنی آزمایشی و بی‌معنی در صنعت چاپ، صفحه‌آرایی و طراحی گرافیک گفته می‌شود. طراح گرافیک از این متن به عنوان عنصری از ترکیب بندی برای پر کردن صفحه و ارایه اولیه شکل ظاهری و کلی طرح سفارش گرفته شده استفاده می نماید، تا از نظر گرافیکی نشانگر چگونگی نوع و اندازه فونت و ظاهر متن باشد. معمولا طراحان گرافیک برای صفحه‌آرایی، نخست از متن‌های آزمایشی و بی‌معنی استفاده می‌کنند تا صرفا به مشتری یا صاحب کار خود نشان دهند که صفحه طراحی یا صفحه بندی شده بعد از اینکه متن در آن قرار گیرد چگونه به نظر می‌رسد و قلم‌ها و اندازه‌بندی‌ها چگونه در نظر گرفته شده‌است. از آنجایی که طراحان عموما نویسنده متن نیستند و وظیفه رعایت حق تکثیر متون را ندارند و در همان حال کار آنها به نوعی وابسته به متن می‌باشد آنها با استفاده از محتویات ساختگی، صفحه گرافیکی خود را صفحه‌آرایی می‌کنند تا مرحله طراحی و صفحه‌بندی را به پایان برند.