จีพีเอสดาวเทียม

จีพีเอสดาวเทียม สามารถระบุตำแหน่งบนพื้นโลก ช่วยค้นหาตำแหน่งได้

จีพีเอสดาวเทียม ดาวเทียม 31 ดวงที่ปัจจุบันนี้อยู่ในเซกเมนต์อวกาศของ GPS กำลังโคจรรอบโลกที่ความสูง 12,000 ไมล์เหนือเราขึ้นไป ดาวเทียมเหล่านี้เคลื่อนที่สม่ำเสมอ ทำให้สามารถวนรอบโลกได้วันละสองรอบ และโคจรด้วยความเร็วประมาณ 7,000 ไมล์ต่อชั่วโมง ไอพ่นจรวดขนาดเล็กช่วยให้ดาวเทียมแต่ละดวงบินไปในเส้นทางที่ถูกต้องเสมอ

ต่อไปนี้คือข้อเท็จจริงที่น่าสนใจบางประการเกี่ยวกับดาวเทียม GPS:

• กระทรวงกลาโหมสหรัฐฯตั้งชื่อทางการของ GPS ว่า NAVSTAR
• ดาวเทียม GPS ดวงแรกถูกปล่อยในปี 1978
• กลุ่มดาวเทียมสมบูรณ์ประกอบด้วยดาวเทียม 24 ดวงเกิดขึ้นสำเร็จในปี 1994
• ดาวเทียมแต่ละดวงสร้างมาให้อยู่ได้ถึง 10 ปี ดาวเทียมใหม่ที่ใช้แทนดวงเก่าถูกสร้างขึ้นอยู่เสมอและปล่อยไปในวงโคจร
• ดาวเทียม GPS มีน้ำหนักประมาณ 2000 ปอนด์ และกว้างประมาณ 17 ฟุต พร้อมแผงโซล่าร์ที่ขยายออก
• ดาวเทียม GPS ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ แต่ก็มีแบตเตอรี่สำรองในตัว ในกรณีที่เกิดสุริยคราส
• กำลังการส่งสัญญาณมีเพียง 50 วัตต์หรือน้อยกว่านั้น

GPS คือ ระบบระบุตำแหน่งบนพื้นโลก ย่อมาจากคำว่า Global Positioning System ซึ่งระบบ GPS ประกอบไปด้วย 3 ส่วนหลัก คือ

ส่วนอวกาศ ประกอบด้วยเครือข่ายดาวเทียมหลัก 3 ค่าย คือ อเมริกา รัสเซีย ยุโรป
ของอเมริกา ชื่อ NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging GPS) มีดาวเทียม 28 ดวง ใช้งานจริง 24 ดวง อีก 4 ดวงเป็นตัวสำรอง บริหารงานโดย Department of Defenses มีรัศมีวงโคจรจากพื้นโลก 20,162.81 กม.หรือ 12,600 ไมล์ ดาวเทียมแต่ละดวงใช้ เวลาในการโคจรรอบโลก 12 ชั่วโมง

ยุโรป ชื่อ Galileo มี 27 ดวง บริหารงานโดย ESA หรือ European Satellite Agency จะพร้อมใช้งานในปี 2008

รัสเซีย ชื่อ GLONASS หรือ Global Navigation Satellite บริหารโดย Russia VKS (Russia Military Space For

อะไรคือสัญญาณ?

ดาวเทียม GPS ถ่ายทอดสัญญาณวิทยุพลังงานต่ำอย่างน้อย 2 ชนิด สัญญาณเหล่านั้นจะเดินทางตามเส้นทางที่ปราศจากสิ่งกีดขวาง หมายความว่าสัญญาณจะผ่านก้อนเมฆ แก้ว และพลาสติก แต่จะไม่ผ่านวัตถุทึบแข็งส่วนใหญ่ เช่น อาคารหรือภูเขา อย่างไรก็ตาม ตัวรับสัญญาณรุ่นใหม่ ๆ ไวต่อสัมผัสกว่า และมักจะติดตามผ่านบ้านเรือนต่าง ๆ ได้

สัญญาณ GPS ประกอบไปด้วยข้อมูลที่แตกต่างกัน 3 ชนิด:

• รหัสสุ่มเทียม คือรหัสระบุตัวตนที่ระบุว่าดาวเทียมดวงไหนกำลังถ่ายทอดข้อมูล คุณจะสามารถดูได้ว่าดาวเทียมดวงไหนที่คุณได้รับสัญญาณมาบนหน้าดาวเทียมของอุปกรณ์ของคุณ
• ข้อมูลปฏิทินดาวเคราะห์ เป็นข้อมูลที่จำเป็นเพื่อระบุตำแหน่งดาวเทียมและมอบข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับสภาพของดาวเทียม วัน และเวลาปัจจุบัน
• ข้อมูลปูม บอกตัวรับสัญญาณ GPS ว่าดาวเทียมดวงไหนจะไปอยู่ตรงไหนในเวลาไหนตลอดทั้งวัน และแสดงข้อมูลการโคจรสำหรับดาวเทียมดวงดังกล่าวและดาวเทียมดวงอื่น ๆ ทั้งหมดในระบบ

แหล่งที่มาความผิดพลาดของสัญญาณ GPS ต่าง ๆ

ปัจจัยที่ส่งผลต่อสัญญาณ GPS และความแม่นยำได้แก่:

• ความล่าช้าของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์และโทรโพสเฟียร์: สัญญาณดาวเทียมจะช้าลงเมื่อผ่านชั้นบรรยากาศดังกล่าว ระบบ GPS จะใช้โมเดลในตัวในการแก้ไขความผิดพลาดชนิดนี้บางส่วน
• สัญญาณกระจายหลายเส้นทาง: สัญญาณ GPS อาจสะท้อนจากวัตถุต่าง ๆ เช่น ตึกสูงหรือเนินใหญ่ที่ปรากฏก่อนจะไปถึงตัวรับสัญญาณ ซึ่งจะเพิ่มเวลาในการเดินทางของสัญญาณ และก่อให้เกิดข้อผิดพลาดได้
• ความผิดพลาดจากนาฬิกาตัวรับสัญญาณ: นาฬิกาในตัวรับสัญญาณอาจมีการระบุเวลาผิดพลาดเล็กน้อยเนื่องจากแม่นยำน้อยกว่านาฬิกาปรมาณูในดาวเทียม GPS
• ความผิดพลาดของการโคจร: ตำแหน่งดาวเทียมที่รายงานไปอาจจะไม่แม่นยำ
• จำนวนดาวเทียมที่อยู่ในทัศนวิสัย: ยิ่งมีดาวเทียมหลายดวงที่อยู่ในทัศนวิสัยของตัวรับ GPS ก็ยิ่งแม่นยำขึ้น เมื่อสัญญาณถูกกั้น คุณอาจได้รับตำแหน่งที่ผิดพลาดหรือไม่สามารถอ่านตำแหน่งได้เลย หน่วย GPS ส่วนใหญ่มักจะทำงานใต้น้ำหรือใต้ดินไม่ได้ แต่ตัวรับสัญญาณรุ่นใหม่ที่ไวต่อสัมผัสสูงนั้นสามารถติดตามสัญญาณบางชนิดเมื่ออยู่ในอาคารหรือใต้ร่มไม้ได้
• เรขาคณิต/แสงเงาของดาวเทียม: สัญญาณดาวเทียมจะมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อดาวเทียมอยู่ในตำแหน่งมุมกว้างสัมพันธ์กับดวงอื่น ๆ มากกว่าเรียงเป็นเส้นตรงหรือเกาะกลุ่มกันแคบ ๆ
• การเลือกให้บริการ: ครั้งหนึ่งกระทรวงกลาโหมของสหรัฐฯได้ใช้มาตรการการเลือกให้บริการ (Selective Availability) กับดาวเทียมต่าง ๆ ทำให้สัญญาณแม่นยำน้อยลงเพื่อป้องกันไม่ให้ “ศัตรู” ใช้สัญญาณ GPS ความแม่นยำสูงได้ รัฐบาลยกเลิกมาตรการการเลือกให้บริการดังกล่าวในเดือนพฤษภาคม ปี 2000 ส่งผลให้การรับสัญญาณ GPS ของพลเรือนแม่นยำ

GPS ทำงานอย่างไร?

ดาวเทียม GPS (Navstar) ประกอบด้วยดาวเทียม 24 ดวง โดยแบ่งเป็น 6 รอบวงโคจร การจรจะเอียงทำมุมเอียง 55 องศากับเส้นศูนย์สูตร (Equator) ในลักษณะสานกันคล้าย ลูกตะกร้อแต่ละวงโคจรมีดาวเทียม 4 ดวง รัศมีวงโคจรจากพื้นโลก 20,162.81 กม. หรือ 12,600 ไมล์ ดาวเทียมแต่ละดวงใช้ เวลาในการโคจรรอบโลก 12 ชั่วโมง

GPS ทำงานโดยการรับสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวง โดยสัญญาณดาวเทียมนี้ประกอบไปด้วยข้อมูลที่ระบุตำแหน่งและเวลาขณะส่งสัญญาณ ตัวเครื่องรับสัญญาณ GPS จะต้องประมวลผลความแตกต่างของเวลาในการรับสัญญาณเทียบกับเวลาจริง ณ ปัจจุบันเพื่อแปรเป็นระยะทางระหว่างเครื่องรับสัญญาณกับดาวเทียมแต่ละดวง ซึ่งได้ระบุมีตำแหน่งของมันมากับสัญญาณดังกล่าวข้างต้น

เพื่อให้เกิดความแม่นยำในการค้นหาตำแหน่งด้วยดาวเทียม ต้องมีดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวง เพื่อบอกตำแหน่งบนผิวโลก ซึ่งระยะห่างจากดาวเทียมทั้ง 3 กับเครื่อง GPS (ที่จุดสีแดง) จะสามารถระบุตำแหน่งบนผิวโลกได้ หากพื้นโลกอยู่ในแนวระนาบแต่ในความเป็นจริงพื้นโลกมีความโค้งเนื่องจากสัณฐานของโลกมีลักษณะกลม ดังนั้นดาวเทียมดวงที่ 4 จะทำให้สามารถคำนวณเรื่องความสูงเพื่อทำให้ได้ตำแหน่งที่ถูกต้องมากขึ้น

นอกจากนี้ความแม่นยำของการระบุตำแหน่งนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวง กล่าวคือถ้าระยะห่างระหว่างดาวเทียมที่ใช้งานอยู่ห่างกันย่อมให้ค่าที่แม่นยำกว่าที่อยู่ใกล้กัน

ยิ่งมีจำนวนดาวเทียมที่รับสัญญาณได้มากก็ยิ่งให้ความแม่นยำมากขึ้น จีพีเอส รถบรรทุก ความแปรปรวนของชั้นบรรยากาศชั้นบรรยากาศประกอบด้วยประจุไฟฟ้า ความชื้น อุณหภูมิ และความหนาแน่นที่แปรปรวนตลอดเวลา คลื่นเมื่อตกกระทบ กับวัตถุต่างๆ จะเกิดการหักเหทำให้สัญญาณที่ได้อ่อนลง

สิ่งแวดล้อมในบริเวณรับสัญญาณเช่นมีการบดบังจากกระจก ละอองน้ำ ใบไม้ จะมีผลต่อค่าความถูกต้องของความแม่นยำ เนื่องจากถ้าสัญญาณจากดาวเทียมมีการหักเหก็จะทำให้ค่าที่คำนวณได้จากเครื่องรับสัญญาณเพี้ยนไป และสุดท้ายก็คือประสิทธิภาพของเครื่องรับสัญญาณว่ามีความไวในการรับสัญญาณแค่ไหนและความเร็วในการประมวณผลด้วย

การวัดระยะห่างระหว่างดาวเทียมกับเครื่องรับทำได้โดยใช้สูตรคำนวณ ระยะทาง = ความเร็ว * ระยะเวลา วัดระยะเวลาที่คลื่นวิทยุส่งจากดาวเทียมมายังเครื่องรับ GPS คูณด้วยความเร็วของคลื่นวิทยุจะเท่ากับระยะทางที่เครื่องรับ อยู่ห่างจากดาวเทียม โดยเวลาที่วัดได้มาจากนาฬิกาของดาวเทียมที่มีความแม่นยำสูงมีความละเอียดถึงนาโนวินาที และมีการสอบทวนเสมอๆกับสถานีภาคพื้นดิน

องค์ประกอบสุดท้ายก็คือตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวงในขณะที่ส่งสัญญาณมาว่าอยู่ที่ใด(Almanac) มายังเครื่องรับ GPS โดยวงโคจรของดาวเทียมได้ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าแล้วเมื่อถูกส่งขึ้นสู่อวกาศ สถานีควบคุมจะคอยตรวจสอบการโคจรของดาวเทียมอยู่ตลอดเวลาเพื่อทวนสอบความถูกต้อง

ระบบนำทางด้วย GPS ทำงานอย่างไร?
ก่อนอื่นผู้ใช้จะต้องมีเครื่องรับสัญญาณดาวเทียมหรือมีอุปกรณ์นำทาง เมื่อผู้ใช้นำเครื่องไปใช้งานมีการเปิดรับสัญญาณ GPS แล้วตัวโปรแกรมจะแสดงตำแหน่งปัจจุบันบนแผนที่ แผนที่สำหรับนำทางจะเป็นแผนที่พิเศษที่มีการกำหนดทิศทางการจราจร เช่น การจราจรแบบชิดซ้ายหรือชิดขวา ข้อมูลการเดินรถทางเดียว จุดสำคัญต่างๆ ข้อมูลทางภูมิศาสตร์ต่างๆ ฝังไว้ในข้อมูลแผนที่ที่ได้ ทำการสำรวจและตั้งค่าไว้แล้ว ในแต่ละทางแยกก็จะมีการกำหนดค่าเอาไว้ด้วยเช่นกันเพื่อให้ตัวโปรแกรมทำการเลือกการเชื่อมต่อของ เส้นทางจนถึงจุดหมายที่ได้เลือกไว้

เสียงนำทางก็จะทำงานสอดคล้องกับการเลือกเส้นทาง เช่นถ้าโปรแกรมเลือกเส้นทางที่จะต้องไปทางขวาก็จะกำหนดให้มีการแสดงเสียง เตือนให้เลี้ยวขวา

โดยแต่ละโปรแกรมก็จะมีการกำหนดเตือนไว้ล่วงหน้าว่าจะเตือนก่อนจุดเลี้ยวเท่าใด ส่วนการแสดงทิศทางก็จะมีการบอก ไว้ล่วงหน้าเช่นกันแล้วแต่ว่าจะกำหนดไว้ล่วงหน้ากี่จุด บางโปรแกรมก็กำหนดไว้จุดเดียว บางโปรแกรมกำหนดไว้สองจุด หรือบางโปรแกรม ก็สามารถเลือกการแสดงได้ตามความต้องการของผู้ใช้

การคำนวณเส้นทางนี้จะถูกคำนวณให้เสร็จตั่งแต่แรก และตัวโปรแกรมจะแสดงผลทั้งภาพและเสียงตามตำแหน่งจริงที่อยู่ ณ.จุดนั้นๆ หากมี การเดินทางออกนอกเส้นทางที่ได้กำหนดไว้

เครื่องจะทำการเตือนให้ผู้ใช้ทราบและจะคำนวณให้พยายามกลับสู่เส้นทางที่ได้วางแผนไว้ก่อน หากการออกนอกเส้นทางนั้นอยู่เกินกว่าค่าที่กำหนดไว้ก็จะมีการคำนวณเส้นทางให้ใหม่เองอัตโนมัติ

เมื่อเครื่องคำนวณเส้นทางให้ผู้ใช้สามารถดูเส้นทางสรุปได้ล่วงหน้า หรือแสดงการจำลองเส้นทางก็ได้ โปรแกรมนำทางบางโปรแกรมมีความ สามารถกำหนดจุดแวะได้หลายจุดทำให้ผู้ใช้สามารถกำหนดให้การนำทางสอดคล้องกับการเดินทางมากที่สุด

อาจใช้ในการหลอกเครื่อง เพื่อให้นำทางไปยังเส้นทางที่ต้องการแทนที่เส้นทางที่เครื่องคำนวณได้ บางโปรแกรมก็มีทางเลือกให้หลีกเลี่ยงแบบต่างๆเช่น เลี่ยงทางผ่านเมือง เลี่ยงทางด่วน เลี่ยงทางกลับรถ เป็นต้น

สนใจ เเอดไลน์ LINE : @GeniusGPS

กลับหน้าหลัก