پایان نامه آشنایی با GPS

آشنایی با GPSمقدمه. ۳

مقدمه. ۴

فصل اول. ۱۰

۱-GPS چیست؟. ۱۱

۱-۱-قسمتهای مختلف سیستم موقعیت یاب جهانی GPS. 15

۱-۱-۱-بخش فضایی (space segment ) 16

۱-۱-۲-سیگنال ماهواره ها ۲۰

-اطلاعات GPS. 23

۱-۱-۲-۱-کد C/A (coarse and acquisition ) 26

۱-۱-۲-۲-کد p (  precision code) 27

۱-۱-۲-۳-پیامهای ناوبری.. ۲۹

۱-۳-سرویس موقعیت یاب دقیق و استاندارد (sps,pps ) 30

۱-۱-۴-بخش زمینی (Ground Segment ) 32

۱-۱-۴-۱- ایستگاههای زمینی سیستم GPS : 32

۱-۱-۴-۲-ایستگاه کنترل اصلی. ۳۵

۱-۱-۴-۳-ایستگاههای ردیاب و هشداردهنده: ۳۵

۱-۱-۴-۴-ایستگاههای کنترل زمینی. ۳۵

۱-۱-۵-بخش کاربران: ۳۸

فصل دوم ۴۵

۲-  ماهواره های GPS : 45

۲-۱- سیستمGPS چگونه کار میکند؟. ۴۷

۲-۱-۱-تعیین موقعیت توسط GPS. 52

۲-۱-۱-۱-تعیین موقعیت دو بعدی: ۵۳

۲-۱-۱-۲-آفست ساعت معمول و جبران: ۵۵

۲-۱-۱-۳-تاثیر خطاهای اندازه گیری مستقل بر روی قطعیت مکان: ۵۵

۲-۱-۱-۴-اصول تعیین موقعیت از طریق محدوده سیگنالهای تولید شده توسط ماهواره: ۵۷

۲-۱-۱-۵-تعیین موقعیت سه بعدی از طریق تقاطع چند کره: ۵۸

۲-۱-۱-۶-تعیین موقعیت با استفاده از کدهای خطاهای شبه تصادفی (PRN ) : 62

۲-۱-۲-تعیین فاصله ماهواره تا کاربر: ۶۳

چهار ماهواره برای تعیین یک موقعیت سه بعدی.. ۶۴

۲-۱-۲-۱- خطاهای / drift /ephemeris ساعت/ اختلال اندازه گیری.. ۶۶

موجود بودن انتخابی. ۶۶

چند مسیری.. ۶۷

۲-۱-۲-۲-اندازه گیری دقت GPS. 71

سطوح دقت جی پی اس.. ۷۴

۲-۱-۳-محاسبه موقعیت کاربر: ۷۵

۲-۱-۴-بدست آوردن سرعت کاربر. ۸۱

۲-۱-۵-تعیین سرعت و موقعیت با استفاده از روش فیلترینگ کالمن. ۸۷

۲-۱-۶-سیستم های مختصات مرجع: ۸۹

۲-۱-۶-۱-سیستم مختصات اینرشال به مرکزیت زمین(ECI) 90

۲-۱-۶-۲-سیستم مختصات earth-fixed به مرکزیت زمین (ECEF ) 91

۲-۱-۶-۳-سیستم نقشه برداری (Geodetic) جهانی (WGS-84) 92

۲-۱-۶-۳-۱-تعیین مختصات ژئودتیک کاربر: ۹۳

۲-۱-۶-۳-۲-تبدیل مختصات ژئودتیک به مختصات کارتزین در فرم ECEF. 95

۲-۱-۷-اصول مدارهای ماهواره ۹۵

۲-۲-گیرنده های GPS : 111

۲-۲-۱-کاربردهای GPS. 114

۲-۳-تکنیک DGPS. 118

۲-۳-۱-تعیین موقعیت آنی و لحظه ای DGPS. 121

۲-۳-۱-۱-ارتباط رادیویی داده ها در تعین موقعیت متحرک.. ۱۲۳

۲-۳-۱-۲-نیازهای روش تعیین موقعیت DGPS. 124

۲-۳-۲-نیازهای سیستم ارتباط دهنده مخابراتی(DATA LINK) 125

۲-۳-۳-فرمت تصحیحاتیGPS. 127

۲-۳-۳-۱-محتویات پیام های ۱و۲٫ ۱۲۸

۲-۳-۳-۲-پیامهای نوع اول. ۱۲۹

۲-۳-۳-۳-پیامهای نوع دوم ۱۲۹

۲-۳-۴-روشهای ارسال تصحیحات DGPS. 129

۲-۳-۵-مشخصات اساسی چند روش و سیستم مخابراتی. ۱۳۰

۲-۳-۶-اختیارات سیستم: ۱۳۱

۲-۳-۷-اجزای سیستم: ۱۳۲

۲-۳-۸-استفاده کنندگان متحرک: ۱۳۳

۲-۳-۹-استفاده از DGPS در کشورهای مختلف.. ۱۳۴

۲-۳-۹-۱-ارسال و مخابره امواج رادیویی برای DGPS. 134

۲-۴-سیستمهای ناوبری ماهواره های دیگر. ۱۳۵

۱-سیستمهای ماهواره ای GLONASS. 135

۳-توسعه های منطقه ای.. ۱۳۶

۲-۴-۱-مقایسه بین GPS وGLONASS. 137

۲-۴-۲- یک سیستم GPS برای مریخ. ۱۳۹

فصل سوم ۱۴۲

۳-سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS. 142

۳-۱-مبانی سیستم اطلاعات جغرافیایی.. ۱۴۲

۳-۲-عوامل تعیین کننده کیفیت داده ها ۱۴۹

۳-۳-مدلهای داده فضایی. ۱۵۰

۳-۳-۱-مدل برداری.. ۱۵۲

۳-۴-پایگاه داده ها ۱۵۴

۳-۴-۱-مزایای روش پایگاه داده ها: ۱۵۷

۳-۴-۲-معایب روش پایگاه داده ها ۱۵۸

۳-۴-۳-سه مدل داده کلاسیک.. ۱۵۹

۳-۴-۴-مدل داده سلسله مراتبی. ۱۵۹

۳-۴-۵-مدل داده شبکه: ۱۶۰

۳-۴-۶-مدل داده ارتباطی. ۱۶۰

۳-۴-۷-ایجاد پایگاه داده ها ۱۶۲

۳-۵-توابع تجزیه و تحلیل در GIS. 168

۳-۵-۱-نگهداری و تجزیه وتحلیل داده های فضایی. ۱۶۸

۳-۵-۲-تقلیل مختصات لازم برای نمایش خطوط. ۱۷۰

۳-۵-۳-توابع بازیابی، طبقه بندی و اندازه گیری.. ۱۷۲

۳-۵-۳-۱-توابع بازیابی. ۱۷۲

۳-۵-۳-۲-توابع اندازه گیری (   Measurement Function  ) ۱۷۲

۳-۵-۴-عملیات قرار دادن لایه ها بر روی یکدیگر (overlay operations ) 173

۳-۵-۵-عملیات همسایگی. ۱۷۴

۳-۵-۵-۱-جستجو( search ) 174

۳-۵-۵-۲-نزدیکی(Proximiyt ) 176

۳-۶-توابع شبکه (Network functions) 178

۳-۷-تلفیق GIS-GPS. 179

۳-۷-۱-نقش مدیریت تصویری در مدیریت و کنترل حمل و نقل و ترافیک: ۱۸۰

۳-۷-۲-افزایش ایمنی خدمات با GPS,GIS. 181

۳-۷-۳-نمونه ای از کاربردهای GPS در خدمات شهری: ۱۸۱

۳-۷-۴-استفاده از GPS و تکنولوژی AVL در اقدامات اضطراری.. ۱۸۲

۳-۷-۶-اشکالات استفاده از GPS در تکنولوژی های موقعیت یابی. ۱۸۴

فصل چهارم ۱۸۶

۴-پیشرفت در صنعت تکنولوژی GPS. 186

۴-۱-روشهای ارسال اطلاعات.. ۱۹۰

۴-۱-۱-سیستم تلفن سیار GSM : 190

۴-۱-۲-سیستم مخابره ماهواره ای SATCOM-C : 190

۴-۱-۳-فرکانس رادیویی: ۱۹۱

۴-۲-تکنولوژی ردیابی خودرو (AVL ) در عمل. ۱۹۲

۴-۲-۱-سیستم ردیاب در وسایل نقلیه خصوصی: ۱۹۲

۴-۲-۲-سیستم ردیاب در وسایل نقلیه عمومی. ۱۹۴

۴-۲-۳-اخطار‌های سریع و کنترل آن: ۲۰۴

۴-۲-۴-خدمات اطلاع رسانی آنی: ۲۰۷

۴-۲-۵-انتقال اطلاعات ترافیکی به استفاده کنندگان جاده ای: ۲۰۸

۴-۳-استفاده های خاص…. ۲۰۹

۴-۴-امنیت و حفاظت : ۲۱۲

۴-۵-روند جهانی استفاده از این سیستمها ۲۱۳

ضمائم ۲۱۶

واژه نامه اصطلاحات GPS. 216

منابع و ماخذ : ۲۱۹

آشنایی با GPS
مقدمه

از زمان ماقبل تاریخ مردم سعی می کردند یک راه قابل اطمینان پیدا کنند که به آنها بگوید کجا هستند و حتی آنها را به جاییکه می روند راهنمایی کرده و سپس به خانه بازگرداند. مردمان غار نشین وقتی که برای تهیه غذا به شکار می رفتند  احتمالا از سنگها و شاخه های کوچک برای علامت گذاری مسیر خود استفاده می کردند . ملوانان نیز ابتدا سواحل را به دقت دنبال می کردند تا از گم شدنشان جلوگیری کنند.

وقتی دریانوردان اولیه در دریاهای باز(اقیانوسها ) کشتیرانی کردند ، دریافتند که می توانند مسیر خود را با دنبال کردن ستاره ها ترسیم کنند. فنیقیهای باستان از ستاره شمالی برای سفر به مصر و جزیره کرت استفاده می کردند. بر طبق گفته الهه آتنا به اودیسه گفته است که هنگام سفر کردن در جزیره کالیپسو” دب اکبر را سمت راست خود قرار بده”. متاسفانه برای اودیسه و دیگر دریانوردان ستاره ها فقط در شب و تنها در شب های صاف قابل رویت هستند.

پیشرفت مهم بعدی در امر ناوبری کشف قطب نمای مغناطیسی و دستگاه زاویه یاب (sextant ) بود. عقربه قطب نما همیشه نقطه شمالی را نمایش می دهد، بنابراین همیشه دانستن جهت مسیری که در آن حرکت می کنیم را ممکن می سازد.

روند گسترش شهرها و مقوله شهر نشینی وپیامدهای ناشی از آن مدیریت و برنامه ریزی امورشهری ساماندهی وضعیت شهرها و نیز خدمات مورد نیاز شهروندان را بسیار پیچیده کرده است . ترافیک سنگین درون شهری عدم امداد رسانی به موقع در شرایط بحران بی نظمی در وسایل حمل و نقل عمومی و عدم برنامه ریزی صحیح در جهت کارکرد منظم آنها برای ارائه خدمات بهتر به شهر نشینان و مواردی از این قبیل از دغدغه های مهم مدیران و برنامه ریزان می باشد . در کشورهای رشد یافته و نیز در حال رشد با بهره گیری از تکنولوژیهای به روز و جدید توانسته اند بر بعضی از مشکلات فوق فائق آیند و بتوانند در جهت برنامه ریزی وحل مشکلات قدمهای مهمی بردارند. با ظهور فناوری ماهواره ای و مخصوصا سیستمهای تعیین موقعیت ماهواره ای همچون GPS افق جدیدی در حل بسیاری از مشکلات پیش روی بشر در این زمینه گشوده شده است . در گذشته امکان تعیین موقعیت نقاط در یک سیستم متمرکز و با دقت بالا آرزوی بشر بود ولی این آرزو غیر ممکن می نمود .اما با ورود ماهواره های GPS به عرصه تعیین موقعیت جهانی دستیابی به بسیاری از مجهولات در رشته های مختلف علمی فراهم شد. امروزه می بینیم که این سیستم در بسیاری از شاخه های مختلف علوم بخصوص در زمینه ناوبری خودرویی و حمل و نقل گسترش یافته است .بحث استفاده از GPS در حمل و نقل شهری در بعضی از کشورهای پیشرفته امری است که در سالهای پیش شروع شده است و روند  رو به گسترشی را ادامه می دهد . در این تحقیق نتایج بررسی های انجام شده در رابطه با صنعت ناوبری در کشورهای مختلف جهانی ارائه گردیده است . بررسی دستاوردهای این کشورها در زمینه بکارگیری GPS می تواند در حل مشکلات کشورمان تا ثیر بسزایی داشته باشد .

امروزه در اکثر کشور های پیشرفته از سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای جهانی GPS  جهت افزایش بهره وری در حمل ونقل شهری استفاده می شود . در اروپا تاکسی های مجهز به این سیستم قادرند در کوتاه ترین زمان به مشتری سرویس دهند و حتی قبل از حرکت به سوی مقصد با بررسی کلیه مسیرهای ممکن و موانع و امکانات موجود در مسیر هزینه مسافر را محاسبه و به مشتری اعلام نمایند. ضمن اینکه تا کسی ها در مواقع اضطراری قادرند تا با گزارش لحظه به لحظه و اتوماتیک موقعیت خود پلیس و یا نیروهای امدادی را در رسیدن به موقعیت خود یاری نمایند. کامیونها یی که به صورت ترانزیتی عمل می کنند در هر کجای دنیا که باشند توسط صاحب کالا و  یا بیمه کننده کالا مورد نظارت قرار می گیرند و هر گونه تخلفی اعم از خروج از مسیر سرعت غیر مجاز باز شدن غیر مجاز درب کانتینرها و…. از چشم مامورین نظارت دور نمی ماند. مکانیزه شدن سیستم حمل و نقل ریلی دیگر چیز تازه ای نیست مدتهاست که در کشورهایی همچون آلمان مرکز کنترل مرکزی ر اه آهن با مغز های الکترونیکی خود کار سوزن بانان خسته وخواب آلود را انجام می دهد. اکنون پلیس با کمک این سیستم علاوه بر اینکه قادر است در داخل خودروی خود موقعیت خود را بر روی نقشه های نجومی مشاهده نماید و بهترین مسیرها را برای انجام عملیات برگزیند قدرت مانور فوق العاده ای به سبب نظارت فرماندهی پیدا کرده است خودروهای امدادو آتش نشانی به مدد این سیستم در کمترین زمان ممکن به یاری نیازمندان می شتابند و خودروهای خدمات شهری بهترین سرویس را به مشتریان ارائه می نمایند.

همواره یکی از نیازهای بشر امر موقعیت یابی و تعیین دقیق مکان جغرافیایی خویش و احیانا زمان دقیق بوده است.  این امر بویژه در ناوبری از جمله کشتیرانی و در دهه های اخیر هوابیمایی اهمیت قابل توجه داشته است. در ناوبری که بطور خلاصه علم راهبردی یک شخص یا یک وسیله از یک مکان به دیکر است از روشهای گوناگونی استفاده می شود که آخرین دستاورد تکنولوژی در این زمینه سیستم GPS است.

ناوبری از طریق رویت دقیق ستارگان و شناخت دقیق منطقه نسبتا کوچکی  انجام می گرفت که نسل به نسل منتقل می شد. اختراع قطب نما کشف مهمی بود زیرا مسافران با آن جهت یابی می کردند اما به تنهایی نمی توانست موقعیت فرد را تعیین کند. ارتفاع سنج و زاویه یاب نیز دورنمای جدیدی را در زمینه سیر و سفر گشودند.در ناوبری به کمک ستارگان به تجربه و تمرین نیاز داشت دقت آن نیز حدود یک مایل بود و در هوای نامساعد هیچ نوع جهت یابی امکان پذیرنبود تمام این موانع با استفاده از امواج رادیویی بر طرف شد .