هر آنچه که باید درباره ی جی پی اس بدانید

GPS  یا Global Positioning System یک سیستم ناوبری هواپیمایی است که توسط کشور ایالات متحده آمریکا ساخته شده و کنترل می شود. این سیستم از 24 ماهواره فعال تشکیل شده است که در 6 مدار دور زمین می چرخند. وظیفه ی اصلی جی پی اس این است که به هرگونه دستگاه دارای گیرنده ی GPS  موقعیت دقیق آن ها را نشان بدهد. دستگاه هایی مانند گوشی، ساعت هوشمند، ماشین، پهباد و… البته به دست آوردن اطلاعات مکانی تنها کاربرد این سیستم نیست و در ادامه ی مقاله به کاربرد های دیگر آن اشاره خواهیم کرد.

جی پی اس چگونه کار می کند؟

همانطور که پیش تر اشاره شد، سیستم موقعیت یاب جهانی دارای حدودا 24 ماهواره ی فعال است، هر ماهواره به صورت پیوسته، سیگنالی شامل اطلاعات دقیق زمانی و موقعیت مداری ماهواره را منتشر می کند. گیرنده ی جی پی اس (برای مثال گیرنده ی گوشی موبایل) سیگنال ماهواره را دریافت کرده و سپس با اندازه گیری زمان تاخیر میان دریافت سیگنال از ماهواره و زمان انتشار آن، فاصله ی هندسی تقریبا دقیقی تا آن ماهواره را محاسبه می کند.

اگر هم فاصله نسبت به حداقل 3 ماهواره اندازه گیری شود، مختصات دو بعدی یا همان طول و عرض جغرافیایی هم قابل محاسبه است؛ و البته برای تعیین ارتفاع، به یک ماهواره ی چهارم نیاز داریم. هر چند تعیین دقیق موقعیت همواره تحت تاثیر برخی منابع خطا (اشتباهات ساعت، خطاهای مداری، تاخیر اتمسفری و نویز اندازه گیری و…) است، اما برای جبران این خطا ها از روش های اصلاحی مانند مدل های اصلاحی، سیگنال های فرکانس چند گانه و داده های اصلاحی محلی استفاده می شود. لازم به ذکر است که دقت معمول جی پی اس حدود 5 تا 10 متر است ولی با تکنولوژی های تقویتی مانند DGPS  و یا RTK GPS ، میتوان دقت را تا چند سانتی متر بالا برد!

همچنین یک سیستم به نام Ground Control Station  روی زمین قرار دارد که دائماً ماهواره‌ها را بررسی و تنظیم می‌کند تا خطاها به حداقل برسند.

کاربرد های جی پی اس چیست؟

امروزه جی پی اس در بسیاری از زمینه ها کاربردی و حیاتی است و تقریبا در همه ی زمینه ها مورد استفاده است و به همه ی سوالات ما درباره ی زمان و مکان پاسخ می دهد. در این بخش به شماری از کابرد های آن می پردازیم:

مسیریابی: یکی از کاربرد های اصلی به خصوص برای استفاده ی روزمره ی عموم مردم، استفاده از قابلیت مسیریابی به کمک جی پی اس و از طریق بسیاری از اپلیکیشن های موجود در گوشی موبایل و یا حتی خودرو شخصی است که در یافتن مبدا و مقصد، زمان رسیدن به مقصد و بهترین راه برای رسیدن به مقصد به ما کمک شایانی می کند.

حمل‌ونقل و ناوگان: شرکت‌ها به کمک GPS ، موقعیت لحظه‌ای کامیون‌ها، اتوبوس‌ها یا موتور سوارهای خود را ردیابی می‌کنند و حتی پست‌ها و پیک‌های موتوری با GPS مدیریت می شوند.

نجات و امداد: در صورت گم شدن یک شخص و یا سقوط یک هواپیما و… جی پی اس یا ردیاب ابزاری است که به کمک آنها می آید.

بهره وری بیشتر در کشاورزی: کشاورز های مدرن از جی پی اس برای هدایت ماشین آلات خود و پاشیدن دقیق کود و بذر استفاده میکنند تا هیچ نقطه ای جا نماند و یا دوبار کار نشود.

استفاده ی نظامی و امنیتی: اولین و مهم ترین کابرد این سیستم برای دولت ها کابرد نظامی آن بود. ارتش آمریکا برای هدایت موشک ها، پهباد ها و عملیات میدانی همواره از GPS  استفاده کرده و می کنند.

به غیر از موارد ذکر شده، جی پی اس کاربرد های بی شمار دیگر نیز دارد و در بسیاری از حوزه ها مورد استفاده است.

استفاده های نظامی GPS

همانطور که پیش تر در این مقاله اشاره شد، سیستم موقعیت یابی جهانی از ابتدا به عنوان یک سامانه ی نظامی توسعه پیدا کرد و امروزه به عنوان یکی از ستون های اصلی عملیات نظامی مدرن شناخته می شود. جی پی اس در سطح پایه، موقعیت و زمان دقیق را نشان می دهد؛ دو عنصری که در میان نبرد بسیار مهم و حیاتی هستند.

کاربرد های کلیدی نظامی کلیدی آن عبارت هستند از: ناوبری تاکتیکی نیرو ها(زره پوش و پیاده نظام و همچنین خودرو ها) ، هدایت تسحیلات (موشک ها و بمب های هدایت شونده)، ناوبری هوایی و دریایی، پشتیابنی از عملیات های شناسایی و نظارت و کسب اطلاعات.

همچنین علاوه بر تعیین مکان، تعیین زمان دقیقی که GPS  فراهم می کند، در زمینه ی همزمان سازی شبکه های ارتباطی، سامانه های فرماندهی و کنترل، عملیات سایبری و… حیاتی است زیرا بدون زمان بندی دقیق، تبادل داده ها بین حسگر ها، موشک ها و مراکز فرماندهی با تاخیر و خطا مواجه می شود.

نکته ی قابل توجه این است که سیستم های نظامی از نسخه های رمز گذاری شده و مقاوم تری از سیگنال های ماهواره ای استفاده میکنند؛ در نتیجه جعل و یا دستکاری آنها بسیار سخت تر از سیگنال های معمولی است.

آسیب زدن به دریافت سیگنال های محدوده های مختلف به دو روش انجام می شود:

پارازیت (jamming) : در این روش یک فرستنده ی قوی نویز یا سیگنال مزاحم روی فرکانس جی پی اس می رود تا توانایی دریافت سیگنال اصلی را مختل کند. در نتیجه برای گیرنده اطلاعاتی نمایش داده نمی شود.

جعل موقعیت (spoofing) : در این روش آسیب به سیگنال ها با تولید سیگنال جعلی انجام می شود. این سیگنال ها کاملا شبیه به سیگنال ماهواره هستند اما اطلاعات کاملا نادرست می دهند؛ برای مثال در جنگ ایران و اسراییل با دستکاری شدن جی پی اس، همه ی موقعیت ها اشتباه و گاهاً با صد ها کیلومتر خطا نشان داده می شدند.

با دستکاری و مختل کردن جی پی اس غیر نظامی می توان:

هدایت پهباد ها، موشک های لجستیک دشمن را به هم زد؛ ترافیک هوایی و ناوبری را مختل کرد؛ اطلاعات جمع آوری شده توسط اپ ها و سرویس ها را بی استفاده کرد. هدف از این کار ها توسط بازیگران نظامی، اثر گذاری سریع و کم هزینه روی دشمن است؛ هر چند درگیر شدن با سیگنال های رمز گذاری شده نیاز به توانایی و ریسک بسیار بیشتری دارند.