حساسیت کانال‌ های GPS

حساسیت کانال‌ های GPS

سامانه موقعیت‌یاب جهانی یا Global Positioning System که به اختصار GPS گفته می‌شود، از 24 ماهواره موقعیت‌یاب عملیاتی که در 6 مدار میانی حول زمین گردش می‌کنند، تشکیل شده است. چینش ماهواره‌ها به صورتی است که در هر زمان و در هر نقطه از زمین حداقل 6 ماهواره و حداکثر 12 ماهواره قابل رویت باشد. هر ماهواره سیگنال رادیویی شامل موقعیت، وضعیت و زمان دقیق را در فضا منتشر می‌کند. با توجه به اینکه ماهیت این سیگنال یک موج الکترومغناطیسی است سرعت انتقال آن 300.000 کیلومتر بر ثانیه می‌باشد. دستگاه های گیرنده GPS با دریافت سیگنال از ماهواره و استفاده از زمان دقیق ارسال و دریافت سیگنال و سرعت موج الکترومغناطیس فاصله گیرنده تا ماهواره را محاسبه می‌کند. با توجه به نامشخص بودن راستای دستگاه تا ماهواره، فاصله بدست آمده برای هر ماهواره درتمام جهات در فضای سه بعدی تشکیل یک شکل کروی می‌دهد. بر مبنای قوانین هندسی برای یافتن موقعیت دستگاه در شرایط ایده‌آل نیاز به تلاقی 4 کره بدست آمده از چهار ماهواره می‌باشد. بدین ترتیب که از تلاقی دو کره در حالت کلی یک دایره بدست می‌آید، با تلاقی دادن این دایره با یک کره دو نقطه حاصل شده و در نهایت یکی از این نقاط بر روی کره آخر قرار دارد که این نقطه موقعیت دستگاه گیرنده می‌باشد.

حساسیت کانال های GPS

باتوجه به ایده‌آل نبودن شرایط و حساسیت کانال‌ های GPS، بروز خطا در محاسبه فاصله دقیق ماهواره تا دستگاه گیرنده GPS، موقعیت بدست آمده برای دستگاه ممکن است با خطا همراه باشد. کاهش میزان خطا مستلزم بالا بردن دقت محاسبه فاصله می‌باشد. اما در واقعیت به علت وجود خطای ذاتی در سیستم پردازش اطلاعات و محاسبه‌گر فاصله، میزان خطا به صفر نمی‌رسد. راه حل دیگر کاهش میزان خطا، استفاده از تعداد بیشتر ماهواره برای تعیین موقعیت می‌باشد تا خطاهای ذاتی تعیین فاصله بین ماهواره‌ها کاهش و دقت موقعیت‌یابی افزایش یابد. بدین ترتیب هر اندازه تعداد ماهواره‌های موقعیت‌یاب بیشتر گردد خطا کاهش یافته و دقت بالاتر می‌رود.

گیرنده GPS برای دریافت اطلاعات ماهواره نیازمند یک کانال ارتباطی می‌باشد. با داشتن یک کانال ارتباطی برای دریافت اطلاعات چند ماهواره، دستگاه گیرنده GPS ابتدا سیگنال‌های ارسالی از تمام ماهواره‌های قابل رویت را دریافت و کد شناسایی 1024 بیتی یکی از سیگنال‌ها را با کد شناسایی اولین ماهواره از لیست تمام ماهواره‌ها که به روی حافظه گیرنده GPS ذخیره شده است بررسی می‌کند. هنگامی که کد شناسایی دریافتی از سیگنال، با یک کد شناسایی از لیست ماهواره‌ها تطابق نداشته باشد، دستگاه گیرنده GPS کد شناسایی سیگنال را با یک کد دیگر از لیست ماهواره‌ها تطبیق می‌دهد. این روند تا جایی ادامه می‌یابد که هر دو کد با هم مطابقت داشته باشند. در این صورت دستگاه گیرنده GPS موفق به پیدا کردن یک ماهواره شده است. در مرحله بعد دستگاه گیرنده، اطلاعات سیگنال ماهواره شناسایی شده را برای پردازش ، ذخیره می‌کند. به لحاظ تئوری اگر مرحله تطبیق کد 1024 بیتی را یک ثانیه فرض کنیم مدت زمان پیدا کردن اولین ماهواره بین یک ثانیه تا 24 ثانیه، به تعداد کل ماهواره‌های GPS ضرب در مدت زمان تطبیق کد شناسایی برای یک ماهواره، طول می‌کشد. این مدت زمان بالا با توجه به ارسال اطلاعات از ماهواره در بازه زمانی چند میلی ثانیه‌ای، باعث از دست دادن اطلاعات دریافتی و کاهش کارایی سیستم موقعیت‌یاب می‌شود. یک راه حل افزایش تعداد کانال‌های ارتباطی به اندازه تعداد ماهواره‌ها می‌باشد. بدین ترتیب مدت زمان پیدا کردن هر ماهواره به حداکثر میزان یک ثانیه کاهش می‌یابد. سایر سیستم‌های موقعیت‌یاب جهانی ماهواره‌ای عملیاتی که مشابه سیستم GPS بوده و در جدول زیر قابل مشاهده هستند:

نام سیستم موقعیت‌یاب

کشور(های) سازنده

تعداد ماهواره عملیاتی

تعداد مدار حرکتی ماهواره

GPS

آمریکا

24

6

GLONASS

روسیه

24

3

GALILEO

اروپا

15

3

همچنین برای بهبود کارایی سیستم‌های موقعیت‌یاب جهانی که هر کدام به صورت جداگانه عمل می‌کنند، یک سیستم یکپارچه راه‌اندازی شده است که از ترکیب تمام سیستم‌های فوق استفاده می‌کند. این سیستم تحت عنوان Global Navigation Satellite System یا GNSS نامگذاری شده است.

تعریف حساسیت کانال‌ های GPS

به طور کلی هر گیرنده سیگنال رادیویی برای دریافت سیگنال با سطح توان مشخصی طراحی می‌شود. بدین ترتیب گیرنده قادر است تنها سیگنال‌های دارای سطح توان برابر یا بالاتر از سطح توان خود را دریافت کند. گاهی اوقات به سطح توان طرح، حساسیت یا Sensitivity نیز گفته می‌شود. واحد میزان سنجش سطح توان سیگنال dBm و فرمول محاسبه آن به صورت زیر می‌باشد.

X=10 log p10

که در آن x سطح توان بر حسب dBm و  p توان برحسب mW می‌باشد.

سیگنال خروجی از ماهواره‌های موقعیت‌یاب دارای توانی در حدود W 6/25 می‌باشد. این مقدار توان معادل سطح توانی برابر با dBm 14 است. عبور سیگنال از فضای خالی به فاصله 21000 کیلومتر از ماهواره مقدار سطح توان سیگنال را تا dBm 120- کاهش می‌دهد. با در نظر گرفتن افت‌های ناشی از اتمسفر و آنتن مقدار سطح توان سیگنال تا dBm 125- افت می‌کند. همچنین با در نظر گرفتن الگوی مدولاسیون، می‌توان سطح توان را dBm 147- در نظر گرفت. جدول زیر مشخصات برخی از دستگاه‌های طلوع آرین هوشمند را نشان می‌دهد. در این جدول تعداد کانال ها و میزان حساسیت هر یک از سری دستگاه ها درج شده است

مدل دستگاه

تعداد کانال‌های دریافت سیگنال GPS/ GLONASS

سیستم‌های ماهواره‌ای قابل استفاده در GNSS

حساسیت کانال‌ های GPS

(dBm)

ردیاب خودرو سنگین

50/65

160-

ردیاب خودرو شخصی

32

GPS, Glonass

161-

ردیاب خودرو ضد آب

32

GPS, Glonass

161-

ردیاب خودرو حرفه ای

32

GPS, Glonass, Galileo, QZSS

160-

Tolue Tracker

33/99

GPS, Glonass, Galileo, Beidou

160-

Tolue Tracker (battery)

33/99

GPS, Glonass, Galileo, Beidou

162-

همانگونه که در جدول نشان داده شده است، در ستون دوم تعداد کانال‌های ارتباطی سیستم GPS /GLONASS نوشته شده است. بیشتر بودن تعداد کانال‌های ارتباطی این دستگاه‌ها که معمولاً 32 کانال است، نسبت به تعداد ماهواره‌های عملیاتی GPS و GLONASS که 24 ماهواره برای هر سیستم می‌باشد، می‌تواند به بالا رفتن سرعت پیدا کردن ماهواره کمک کند.در ستون سوم جدول سیستم‌های ماهواره‌ای قابل استفاده در GNSS نشان داده شده است. از قابلیت‌های دستگاه‌هایی که دارای سیستم GNSS می‌باشند می‌توان به دریافت اطلاعات به صورت مستقل و یا ترکیبی از سیستم‌های GPS و GLONASS اشاره کرد. دستگاه ردیاب خودرو حرفه ای علاوه بر دو سیستم GPS و GLONASS می‌تواند به سیستم ماهواره‌ای اروپا Galileo و سیستم ماهواره‌ای ژاپن QZSS نیز متصل گردد. دستگاه‌های Tolue Tracker و Tolue Tracker (battery) نیز قابلیت دریافت اطلاعات از سیستم ماهواره‌ای کشور چین Beidou را دارند. در ستون چهارم جدول، میزان حساسیت دستگاه‌ها جهت دریافت سیگنال از ماهواره‌های موقعیت‌یاب بر حسب dBm نشان داده شده است. با توجه به میزان حساسیت‌ها که در محدوده dBm 160- قرار دارد و با در نظر گرفتن سطح توان dBm 147- سیگنال در محدوده اتمسفر و در سطح زمین میزان حساسیت دستگاه‌ها مناسب جهت دریافت سیگنال به طور کامل و با در نظر گرفتن نویز می‌باشد.

نظر
اشتراک گذاری
ramtin

a
پاسخ دهید