محاسبه سرعت توسط دستگاه GPS 
شما موقعيت و زمان دقيق را با استفاده از 4 ماهواره براي شما GPS ، همانطور كه قبلاً ذكر كرديم شما آن را محاسبه مي كند سرعت لحظه اي GPS محاسبه مي كند . اما پارامتر ديگري كه دستگاه شما مي باشد . دپلر : چون ماهواره ها در يك موقعيت ثابت نسبت به زمين قرار ندارند يك سرعت نسبي نسبت به زمين خواهند داشت . اين باعث اثر دپلر مي شود . شما با صداي آژير يك آمبولانس يا يك ماشين پليس وقتي به شما مي رسد و يا از شما دور مي شود آشنا هستيد . هنگامي كه منبع به سمت شما مي آيد صدا شروع مي شود و وقتي نزديك مي شود صدا زياد مي شود و هنگامي كه از شما فاصله مي گيرد صداي آن كم مي شود . تغييراتي كه شما متوجه آن شديد به اثر شيفت دپلر معروف است و اين به خاطر سرعت نسبي بين ماشين پليس يا آمبولانس و شما مي باشد . يكي از كاربردهاي اثر دپلر براي سربازان در هنگام جنگ است . ولي مي خواهيم فرض كنيم كه اين مساله را تجربه نكرده ايم . سربازان در هنگام جنگ مي توانند بفهمند كه آيا فشنگ مستقيماً به سمت آنها مي آيد يا نه ؟! بنابراين سريع مي توانند كمين بگيرند ولي هنگامي كه گلوله ها به سمت محل ديگري مي روند صداي ضعيفتري ايجاد مي كنند و اين به خاطر مساله اثر دپلر مي باشد . اين تغيير در فركانس مستقل از زمان فرستادن كدهاي ماهواره است كه ما قبلاً در مورد آنها بحث كرديم . آنها مي توانند خيلي راحت توسط دستگاه شما شناسايي شده و در تخمين سرعت شما و مقصدي كه به سمت آن حركت مي كنيد بسيار سودمند باشند . ابتدائي ترين اعمال يك گيرنده شما مي باشد ( موقعيت ، سرعت ، زمان ) . دو مورد موقعيت و زمان را قبلاً توضيح PTV محاسبه تصور مي كنند دستگاه گيرنده سرعت آنها را با تفاضل GPS داديم . بعضي از استفاده كنندگان از ولي اين روش خوبي براي وسيله ( x2-x1)/(t2-t فاصله بر زمان طي شده بدست مي آورد . ( 1 نمي باشد . تخمين سرعت با اين روش همراه با اخت لالات مي باشد و غير GPS دقيقي مانند يك مطمئن است و اختلاف دو موقعيت بدست آمده ملاك خوبي براي تشخيص سرعت شما نمي باشد . در عوض ، سرعت شما مي تواند با محاسبه سرعت نسبي بين ماهواره و گيرنده شما به خوبي تخمين زده شود . توجه كنيد كه اگر ماهواره دقيقاً بالاي سر استفاده كننده باشد حركت ماهواره عمود بر خط فرضي بين ماهواره و گيرنده خواهد بود و اثر شيفت دپلر بين اين دو در آن لحظه وجود ندارد . اگر بخواهيم سرعت را با دقت سانتيمتر بر ثانيه تخمين بزنيم سيگنالهايي با طول موج در حد سانتيمتر مورد نياز است . طول موج يك ميكروويو در حد سانتيمتر است . و امواج ميكروويو امواجي هستند كه از آنها استفاده مي كنند . يك مدل اوليه ماهواره موقعيت ياب كه توسط نيروي GPS دستگاههاي هوايي امريكا طراحي شده بود تنها از پديده شيفت دپلر براي تعيين موقعيت استفاده مي كرد . اين سيستم هنوز كار مي كند ولي هنگامي كه گيرنده حركت كند شيفت دپلر و در نتيجه اطلاعات اشتباه خواهند شد . اين سيستم نسبت به حركت گيرنده بسيار حساس مي باشد و نمي تواند در سيستم هاي موقعيت ياب هواپيمايي مورد استفاده قرار بگيرد . همه ما مي دانيم كه تلسكوپ فضايي هابل ، كه بوسيله شاتل فضايي طراحي شده جديداً كشفهاي جديدي در مورد جهان انجام داده است . اين تلسكوپ بعد از اينكه منجم امريكايي ادوين پول هابل اثر دپلر را مشاهده كرد و نتايج آن را به صورت قانون در آورد هابل نام گرفت . قانون هابل روابط بين فاصله و اثر دپلر را توض يح مي دهد . اثر دپلر يكي از وسايل اندازه گيري مفيد در بسياري از كاربردها مي باشد . رادار : حال اجازه بدهيد كه در مورد دو نوع سيگنال صحبت كنيم . رادار و سونار . آنها براي مدت طولاني در كنار ما بوده اند و در زندگي روزمره ما نقش مهمي ايفا كرده اند . گفته مي شود اين تكنولوژي انگلستان را نجات داد ( و همچنين ساعت بيگ بن را ) . در هنگام جنگ جهاني دوم موقعيت زيردريايي هاي آلماني را بدست مي Sonar نيروهاي انگليسي با استفاده از امواج سونار آوردند و همچنين حمله به آسمان انگلستان به خاطر استفاده انگليس از امواج رادار ممكن نبود و همين مساله بود كه باعث شد نيروهاي آلماني در جنگ جهاني دوم نتوانند به انگليس دست يابند . رادار و سونار هنوز هم احتياجات بشر را تامين مي كنند . كنترل ترافيك هوايي و امنيت آن و تحقيقات در مورد منابع موجود در اقيانوسها مثالهايي از كاربرد اين تكنولوژي مي باشند . Radar = Radio Detection and Ranging Sonar = Sound Navigation and Ranging رادار و سونار هم به صورت گسترده از اثر دپلر براي پيداكردن اهداف مورد نظر و تخمين سرعت آنها استفاده مي كنند . آنها پالس هاي مرتبط با هم از امواج الكترومغناطيسي يا امواج صوتي مي فرستند و امواج بازگشتي از هدف را مورد تجزيه و تحليل قرار مي دهند . اهداف ثابت هميشه همان طول موجي كه از دستگاه شما فرستاده شده است را بر مي گردانند و امواج بازگشتي بين يك پالس تا پالس بعدي تغييري نسبت به امواج فرستاده شده مشاهده نمي شود . فقط مقداري نويز به آن اضافه شده است كه با يك فيلتر مي شود اين نويز را نيز جدا نمود . امواج بازگشتي از اهداف متحرك ، اختلاف فازي بين دو پالس پياپي خواهند داشت چون مقادير تغيير مي كند . گيرنده : GPS يك نوع ارتباط يكطرفه وجود دارد ( بوسيله ماهواره ه ايي كه پيغامهاي ديتا را ، GPS در كددهي منتشر كرده و كدها را فقط به صورت يكطرفه مي فرستند . ) اين يك سيستم با توان پايين است . اين توان خيلي كم مي باشد . در حقيقت ، اين سيگنال در ميان سيگنالهاي راديويي و نويزها گم مي شود . دستگاه گيرنده اين سيگنال ضعيف گرفته شده از ماهواره را با استفاده از تكنولوژي مخابراتي توسعه طيف بازيابي مي كند . يك مساله بسيار جالب در علم مخابرات كه با استفاده از شبه كدهاي تصادفي از سطح زمين به حدي زياد مي باشد GPS كار مي كند . ولي ما مي دانيم كه فاصله ماهواره هاي كه كدها تا به سطح زمين برسند بسيار ضعيف مي شوند . از نقطه نظر رياضي ، قدرت يا توان يك سيگنال به طور معكوس با مربع فاصله اي كه طي كرده است متناسب است . اين سيگنالها نوعي از امواج الكترومغناطيسي هستند ( مانند نيروي جاذبه ) و بايد راهي براي تقويت اين سيگنالها وجود داشته باشد . اين تكنولوژي كه طيفهاي با كدهاي شبه رمز تصادفي را تقويت مي كند در دستگاه گيرنده شما وجود دارد . ارتباط طيف گسترده ، خود بدون نياز به كسب انرژي زياد ، خود را تقويت مي كند . بنابراين ، شما نياز به يك آنتن بشقابي خاصي كه به سمت ماهواره خاصي تنظيم شده باشد نداريد و كدهاي م اهواره از آن GPS مانند ماهواره هاي تلويزيوني ديجيتال نمي باشد . آنتن ي كه گيرنده هاي GPS هاي استفاده مي كند به كارآمدي آنتن هاي گيرنده هاي تلويزيوني نمي باشد ولي در عوض بسيار كوچك و كم حجم مي باشد . همچنين نيازي به تنظيم به سمت ماهواره خاصي ندارد . به اين ن وع آنتنها مي گويند . تصور كنيد كه چه كابوس وحشتناكي بود اگر شما مي خواستيد Omni-Directional خود را به سمت ماهواره اي كه نمي بينيد تنظيم گنيد . GPS آنتن يك غذاي مجاني ؟! براي شما ممكن است اين سوال پيش بيايد اگر اين تكنولوژي توسعه طيف اينقدر جالب و كارآمد تلويزيوني از اين تكنولوژي استفاده نمي كنند . خوب DIGITAL است پس براي چه گيرنده هاي همانطور كه گفتيم ( چنين غذاي مفتي وجود ندارد ) اساس كار كدهاي شبه رمز تصادفي مقايسه بين سيگنالها در يك دوره تناوب مي باشد كه در اصل يك پردازش آهسته مي باشد . زمان زيا دي براي مرتب كردن و جدا كردن نويزهاي موجود در آن توسط دستگاه گيرنده وجود دارد . اين به آن بسيار كند انجام مي شود . GPS معناست كه ترجمه كردن و تحليل اطلاعات ديتا از ماهواره هاي طول GPS چيزي در حدود 50 بيت در ثانيه . بنابراين در حدود 12.5 دقيقه براي يك ماهواره مي كشد تا كل اطلاعات را براي گيرنده بفرستد . اين نوع ارتباط براي يك سيگنال تلويزيوني بسيار كند مي باشد . كه با اطلاعات تصويري لود مي شود و نيازمند سرعت ترجمه بالا يا عرض باند بالا براي از تكنولوژي شبه رمز كده اي تصادفي براي كار با توان GPS اين سيگنالها است . به عبارت ديگر پايين و هدايت مستقيم آنتن استفاده مي كند . اثر دوپلر كه توسط كريستين دوپلر در سال 1842 كشف شد در واقع به اثبات تاثير فركانس دو شي و رابطه آن با سرعت آنها مي پردازد . در واقع اگر ماهواره ها نسبت به زمين ثابت بودند محاسبه سرعت يك شي بر روي زمين بسيار ساده تر مي بود ولي به دليل اينكه ماهواره ها در حال حركت هستند يك را در دست GPS سرعت نسبي نسبت به زمين دارند . حال اگر فردي كه بر روي زمين است گيرنده خود داشته باشد مي توان سرعت او را محاسبه كرد . به اين صورت كه سرعت و فركانس موج ارسالي از ماهواره را داريم و دستگاه گيرنده مي تواند با استفاده از تحليل اطلاعات فركانس موج دريافت شده را محاسبه كند . به همين صورت مي توان سرعت فرد دريافت كننده سيگنال را نيز محاسبه كرد . در صورتيكه سرعت فرد را نسبت به سرعت نور ناچيز در نظر بگيريم رابطه فركانس ارسال شده و  فركانس دريافتي و سرعت شما به صورت زير در خواهد آمد كه در اينجا : فركانس ارسال شده از ماهواره مي باشد . f0 سرعت امواج در فضا است . V سرعت گيرنده نسبت به سرعت نور مي باشد كه در صورتيكه به سمت منبع حركت كند مثبت Vr است و در غير اينصورت منفي سرعت فرستنده است و در صورتيكه فرستنده از گيرنده دور شود مثبت است و در غير اينصورت Vs منفي پس به اين نتيجه رسيديم كه دستگاه شما سرعت شما را به صورت كاملاٌ دقيق محاسبه مي كند و اين سرعت محاسبه شده سرعت لحظه اي شما مي باشد
+ نوشته شده در  پنجشنبه ۲۵ اسفند ۱۳۹۰ساعت 15:59  توسط سيد مصطفي محمدزاده   |