Rreview : GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM)

GPS (Global Positioning System) เป็นระบบเดียวในปัจจุบัน ที่สามารถ แสดงตำแหน่งที่อยู่ ที่แน่นอนว่าอยู่ ณ. ตำแหน่งใด บนพื้นโลกได้ทุกเวลา ทุกสภาพอากาศ ระบบนี้มีดาวเทียม 24 ดวง หมุนอยู่รอบโลก อยู่สูงขึ้นไป 11,000 nautical miles หรือประมาณ 20,200 kms. จากพื้นโลก ดาวเทียมหมุนรอบโลก แบ่งเป็น 6 ระนาบ ระนาบละ 4 ดวง โดยทำมุมเอียง 55 องศา ดาวเทียมทั้งหมดจะได้รับการควบคุมดูแล จากสถานีภาคพื้นดินทั่วโลกตลอดเวลา

GPS ELEMENTS เรา สามารถ แบ่งระบบ GPS ออกเป็น ส่วนๆดังนี้..

• SPACE SEGMENT
  
• USER SEGMENT
  
• CONTROL SEGMENT
  

SPACE SEGMENT ส่วนของอวกาศ ประกอบไปด้วยเครือข่ายของดาวเทียม ระบบ GPS ทั้งระบบ ประกอบด้วย ดาวเทียม 24 ดวง โคจรรอบโลก ที่ระยะ 11,000 ไมล์อากาศ จากพื้นโลก ใช้เวลา 12 ช.ม ในการโคจรรอบโลกหนึ่งรอบ ดาวเทียมโคจรรอบโลก แบ่งเป็น 6 ระนาบ และ ทำมุมเอียง 55 องศา การวางวงโคจรเช่นนี้ทำให้ เราสามารถรับสัญญาณจากดาวเทียม ได้คราวละถึง 6 ดวง ดาวเทียมติดตั้งนาฬิกาที่เที่ยงตรงมากๆ ถึง 3 nanoseconds ( ความเที่ยงตรง 0.000000003 ของวินาที หรือ 3e-9)


ความเที่ยงตรงมีความสำคัญมาก สำหรับเครื่องรับ เพราะเครื่องรับจำเป็นต้องทราบเวลา ที่เที่ยงตรง แน่นอน ว่าระยะเวลาเท่าไร ที่สัญญาณคลื่นจากดาวเทียมเดินทาง ถึงเครื่องรับ
ดาวเทียมแต่ละดวง มีเชื้อเพลิง และเครื่องยนต์ขนาดเล็ก ซึ่งสามารถที่จะ ปรับแต่งดาวเทียม ให้อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง ในวงโคจร ถ้าดาวเทียมเกิดเคลื่อนออกจาก ตำแหน่ง ที่กำหนด
ดาวเทียม แต่ละดวงมีนาฬิกา atomic clocks 4 อัน นาฬิกานี้มีความเที่ยงตรงถึงหนึ่งในหนึ่งพันล้าน ของวินาที หรือ nanosecond .
ดาวเทียม แต่ละดวง จะส่งคลื่นสัญญาณออกมาสองคลื่นสัญญาณ หนึ่งคลื่นสำหรับการทหาร และอีกคลื่นหนึ่งสำหรับพลเรือน
     คุณลักษณะ บางอย่างของดาวเทียม

• น้ำหนัก     930 kg.(in orbit)
• ขนาดSize     5.1 m.
• ความเร็ว ใน การโคจร      4 km/sec
• สัญญาณที่ส่ง     1575.42 MHz and 1227.60 MHz
• เครื่องรับ สัญญาณ      1783.74 MHz
• นาฬิกา      2 Cesium and 2 Rubidium
• อายุ การ ใช้งาน     7.5 year (later model BlockIIR 10 years)

USER SEGMENT เมื่อนักบิน บิน , เครื่องรับ GPS จะคำนวนตำแหน่งปัจจุบันอยู่ตลอดเวลา และ แสดง ตำแหน่ง และทิศทางที่ถูกต้อง ระบบ GPS จะฟังสัญญาณจากดาวเทียม และ วัดระยะเวลาจากเครื่องส่งสัญญาณ จากดาวเทียม กับเครื่องรับสัญญาณ (รู้เวลา ก็สามารถ รู้ ระยะทาง ) และ โดยวิธีการของ สามเหลี่ยม หรือ ตรีโกณ ระหว่างดาวเทียมหลายดวง ที่ได้รับระบบ เครื่องรับของดาวเทียม จะคำนวนตำแหน่งของเครื่องรับ เครื่องรับเอง ก็ต้องได้รับ สัญญาณ จากดาวเทียมอย่างน้อยสี่ดวง ( ก็คือ รู้ระยะทางจากเครื่องรับ ถึงดาวเทียมสี่ดวง) ถึงจะคำนวนตำแหน่งลักษณะ ของ 3 มิติได้ (เครื่องรับสามารถคำนวนได้ ถึง แม้จะ ได้รับสัญญาณจากดาวเทียม เพียงสามดวง แต่คำนวนได้เพียงสองมิติ นอกจากจะรู้ ความสูง) ไม่เพียงแต่รู้ตำแหน่ง ของเส้นรุ้ง และ เส้น แวง เท่านั้น ยังรู้ ระยะ ความ สูงด้วย มันมีหลายรูปแบบ ที่แสดงบนหน้าจอ ซึ่งแล้วแต่บริษัทผู้ผลิต ไม่ต้องปรับ หรือจูนหาคลื่น เพราะว่าความถี่ของดาวเทียมนั้น เครื่องรับได้ทราบแล้ว

CONTROL SEGMENT ส่วน ควบคุมดาวเทียมประกอบด้วย:

• Master Control Station : สถานีควบคุมแม่ข่ายมีอยู่ 1 สถานี ทำหน้าที่รับผิดชอบ ในการจัดการทั่วไป และบริการสถานีลูกข่าย เป็น ศูนย์กลางที่ให้การสนันสนุนการทำงาน เครื่อง แม่ข่าย จะคำนวนตำแหน่ง และ นาฬิกาดูความคลาดเคลื่อน ของดาวเทียมแต่ละดวง จากสถานีลูกข่ายภาคพื้น และ สั่งคำสั่งแก้ไข กลับไปยังสถานีลูกข่าย เพื่อส่งไปยังดาวเทียมดวงนั้นๆ
  
• Monitor Stations : สถานีควบคุมลูกข่าย มีอยู่ 4 สถานี จะทำการตรวจสอบ ความสูง , ตำแหน่ง , ความเร็ว, และวงจร ทั่วไปของดาวเทียม สถานีควบคุมนี้ ตรวจสอบดาวเทียม ได้ ครั้งละ 11 ดวง การตรวจสอบนี้ แต่ละสถานีกระทำวันละ 2 ครั้ง เมื่อดาวเทียมโคจรรอบโลก

OPERATION หลักพื้นฐานของระบบ GPS คือ วัดระยะทางระหว่าง เครื่องรับในอากาศยาน กับดาวเทียมต่างๆ ในระบบ ดาวเทียมเอง ก็บอกแล้วว่าอยู่ที่ใดตำแหน่งใด ในวงโคจรรอบโลก เครื่องรับรู้ระยะทางแน่ๆ จากดาวเทียม และรู้ระยะทาง ระหว่างดาวเทียม เครื่องรับ GPS มีระบบ computer ที่ สามารถใช้ วืธี ทาง คณิตศาสตร์ สามารถที่จะคำนวน หาตำแหน่งของเครื่องรับที่แน่นอน