دانلود پایان نامه انرژی مصرفی و اندازه گیری

24 عدد ماهواره جی‌پی‌اس در مدارهایی به فاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش می‌کنند. هر ماهواره دقیقاً طی ۱۲ ساعت یک دور کامل به دور زمین می‌گردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهواره‌ها نیروی خود را از خورشید تأمین می‌کنند. همچنین باتری‌هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می‌کنند به‌همراه دارند. راکت‌های کوچکی نیز ماهواره‌ها را در مسیر صحیح نگاه می‌دارد. به این ماهواره‌ها NAVSTAR نیز گفته می‌شود.
در اینجا به برخی مشخصه‌های جالب این سیستم اشاره می‌کنیم (قاضی شهنی زاده، 1385):
اولین ماهواره جی‌پی‌اس در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.
در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.
عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین می‌گردد.
هر ماهواره حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طول باتری‌های خورشیدی آن ۵.۵ متر است.
انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.
2-4-3 جی‌پی‌اس چگونه کار می‌کند؟
ماهواره‌های این سیستم، در مدارهای دقیق هر روز ۲ بار به‌دور زمین می‌گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می‌کنند. گیرنده‌های جی‌پی‌اس این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به 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. این عمل را با داده‌های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می‌کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با تقریب ناچیز معین می‌کند.
گیرنده به دریافت اطلاعات هم‌زمان از حداقل ۳ ماهواره برای محاسبه ۲ بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل ۴ ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره‌ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطلاعات مفید دیگر، می‌نماید.
امواج ماهواره‌ها متشکل ازامواج حامل باند L مدوله شده با یک کداستاندار کد C/A2 ویک کد دقیق (کد P(3) و یک کددریانوردی ومختصات ماهواره به صورت توابع زمانی می‌باشد که درآن گیرنده‌های شخصی تفاوت‌های زمانی بین وردوی کدهای C/A را اندازه گیری می‌کنند اگردراثر دخالت کنترل زمینی درانطباق زمانی خطایی به وجود نیاید گیرنده‌های شخصی ازدقتی حدود 15 متر برخوردار خواهند شد.
مفهوم کلی ناوبری رادیویی بستگی به انتقال همزمان سیگنال‌های رادیویی دارد اگر سیگنال‌های رادیویی دقیقاً بطورهمزمان به‌طور فرستاده نشوند گیرنده نمی‌تواند بطوردقیق موقعیت را محاسبه نماید کنترل زمینی دراثر تأثیرگذاری بعضی ازماهواره ها درارسال سیگنال‌های C/A کمی قبل یا بعداز سایر ماهواره‌ها دخالت می‌کند دخالت عمدی اصلی، هما ن دسترسی موردی (4) به شمار می‌رود.
گیرنده‌های شخصی میزان خطا را تشخیص نمی‌دهند. بلکه بطورتصادفی بین 15 تا 100 متر دقت تغییر می‌یابد. البته دخالت عمدی برروی گیرنده‌های نظامی اثر نمی‌گذارد.
منبع خطای دیگر وجود که برروی فرکانس سیگنال گیرنده‌های شخصی اثرمی گذارد که دخالت یونسفر نامیده می‌شود.
زمانی که یک سیگنال رادیویی ازبین الکترون‌های آزاد یونسفر عبورمی کند تأخیر اندکی به وجود می‌آید برحسب مدت زمانی تأخیر که به‌وسیله الکترون‌های آزاد به وجود می‌آید ماهواره‌های GPS کد P را روی دوموج رادیویی با فرکانس‌های مختلف ارسال می‌کند که L1,L2 نامیده می‌شود. یک سیگنال به هنگام عبور از یونسفر بیشتر از دیگری به تأخیر می‌افتد.
گیرنده‌های گران قیمت هر دو فرکانس را ردیابی می‌کنند و اختلاف وردی بین L1,L2 اندازه می‌گیرند مدت زمان تاخیری را محاسبه می‌کنند که الکترون‌های آزادی به وجود می‌آورند و تصحیحات لازم را برای تأخیر یونسفر انجام می‌دهند. گیرنده‌های شخصی نمی‌توانند تأثیر دخالت یونسفر را تصحیح کنند زیرا کدهای C/A فقط برروی فرکانس L1 فرستاده می‌شوند نوعی گیرنده‌های تخصصی وجوددارد که به عنوان گیرنده‌های بدون کدشناخته شده‌اند ودقت فوق العاده ای دارند که درآن بطورغیرمستقیم ازکد P استفاده می‌شود گیرنده‌ها ارزش کد P را مشابه آنچه که گیرنده‌های نظامی تشخیص می‌دهند نمی‌شناسند. بنابراین دقت آن‌ها با استفاده ازروش های خاص پردازش سیگنال به دست می‌آید آن‌ها کد P را برای چندروز دریافت کرده وپردازش می‌نمایند وپس از انجام محاسباتی چندمی توانند موقعیت نقاطی را تهیه کند که با دقت mm10 با استفاده از 3 یا 4 ماهواره عملی می‌باشد.
البته این گیرنده بیشتر برای تعیین موقعیت در کارهای نقشه برداری بکار می‌رود، زیرا باید چند روز به‌طور مداوم در آن نقطه اطلاعات دریافت و پردازش شود.
2-4-4 روش تعیین موقعیت توسط GPS
اگر فاصله ما ازماهواره 1 درحدود 10 کیلومتر باشد بنابراین مکان ما درفضا برمحیط کرده به مرکزیت ماهواره اوشعاع 10 کیلومتر منطبق می‌باشد. حال فرض می‌کنیم فاصله ما ازماهواره 20 درحدود 11 کیلومتر باشد دراین حالت نیز مکان ما درفضا برروی محیط کره ای به مرکز ماهواره 2 وشعاع 11 کیلومتر واقع است فصل مشترک این دو کره می‌تواند یک دایره باشدکه مکان ما به‌طور قطع بر روی محیط این دایره قرار دارد.
حال اگر ماهواره سوم را نیز درنظربگیریم که فاصله‌اش با
ما 12 کیلومترباشد دراین صورت فصل مشترک کره مربوط به ماهواره 3 با فصل مشترک کره‌های ماهواره ای 1 و 2 حداکثر دونقطه می‌باشد که قطعاً یکی از این دو مبین مکان واقعی ما خواهد بود. اما به‌طور قطعی یکی از این دو نقطه نامعقول می‌باشد. بطورمثال دارای ارتفاع بیشتری از سطح زمین است. لذا کامپیوترهای داخل گیرنده‌های GPS با استفاده از تکنیک‌های گوناگون قادر به تشخیص نقطه غلط می‌باشند.
از نظر تئوری با استفاده از 3 ماهواره می‌توانیم مکان خودرا به دست آوریم ولی به دلیل فنی اگرچنانچه ماهواره چهارم را همانند ماهواره‌های 1 و 2 انتخاب کنیم به‌طور قطع فصل مشترک این چهار کره یک نقطه خواهد بود واین نقطه مختصات مکانی مارا نشان می‌دهد. استفاده کنندگانی که درارتفاعی مشخص قرار دارند (مانندکشتی هایی که در سطح دریا واقع باشند) به سهولت می‌توانند با استفاده از دو ماهواره مکان خود را تعیین نمایند.
در این حالت کره زمین را می‌توان جایگزین ماهواره سوم کردوازیک مرحله محاسبه مسافت صرفنظر نمود بدین ترتیب این فرصت جهت انجام سایرمحاسبات قابل بهره برداری بوده وعملاً مکان یابی افزایش می‌یابد.