نقشه برداران دانشکده سازمان نقشه برداری کشور

یک سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای سیستمی است که با استفاده از امواج ارسالی یا منعکس شده از اجرامی که به دور زمین در گردش هستند ، موقعیت نقاط در سطح یا در نزدیکی سطح زمین را تعیین می کند.

سیستم تعیین موقعیت(Satellite laser ranging(SLR

از این سیستم در تعیین موقعیت مطلق نقاط استفاده می شود.اساس تعیین موقعیت در این سیستم به صورت زیر می باشد:

یک پالس لیزری در ایستگاه زمینی تولید و از طریق یک سیسنم اپتیکی به ماهواره ارسال می شود.این   های موجود در ماهواره منعکس و دوباره توسط گیرنده درایستگاه زمینیretro-reflectorپالس توسط

دریافت می شود.( تلسکوپ گیرنده و فرستنده می تواند به صورت مجزا یا به صورت یک تلسکوپ که هم عمل دریافت و هم عمل ارسال موج را انجام می دهد، باشد.)زمان سیر موج از قراعت ساعت در گیرنده قابل حصول است .معادله مشاهده به صورت زیر است:

d=c ∆t/2

 در فرمول فوق فاصله بین ماهواره و ایستگاه زمینی است.و مجهولات ما (موقعیت ایستگاه زمینی ) در  داخل این کمیت نهفته است.لذا با سه مشاهده می توان به موقعیت دست یافت.     d

 : رفلکتورهایی هستند که امواج را در همان امتداد ارسالی ، منعکس می کنند.retro-reflector

این سیستم یکی از دقیق ترین سیستمهای ژئودزی ماهواره ای است که در سال 1960 راه اندازی شد.دقت سیستم به سرعت از چند متر به چند سانتیمتر ارتقا یافت. با افزایش دقت سیستم ، کاربردهای آن نیز گسترده تر شد.عملا با حصول دقت 1تا 3 سانتیمتر می توان از این سیستم در کاربردهای دقیقی مانند:ژئودینامیک ، تعیین موقعیت و بهبود مدار ماهواره ها و ... استفاده نمود.

از مزایای سیستم می توان به طول عمر بالای ماهواره ها و پتانسیل بالای دقت سیستم اشاره کرد.

از معایب این سسیستم وابستگی شدید به شرایط آب و هوایی ، قیمت بالای تجهیزات زمینی (به علت مشکل بودن تولید پالسهای لیزری) و محدودیت در حمل و نقل تجهیزات زمینی  است.

کاربردهای این سیستم:

تعیین موقعیت و تغییرات آن : تعیین موقعیت مطلق در سیستم ژئوسنتریک

تعیین میدان ثقل زمین: تعیین دقیق ضرایب از درجه و مرتبه پایین میدان ثقل زمین

ایجاد چارچوب مرجع:تعیین عملی حرکت قطبی

تعیین پارامترهای توجیه زمین: تعیین مولفه های حرکت و تغییرات دوران زمین.

تعیین جزر و مد اقیانوسی و جزر و مد زمین صلب : ایجاد مدلهای جزر ومدی جهانی ، تعیین ساختار درونی زمین

تعیین دقیق مدارات ماهواره ها.

سیستم تعیین موقعیت (Lunar laser ranging(LLR

  ها در این سیستم بر روی ماه Retro-reflectorاست با این تفاوت که SLR این سیستم مشابه سیستم

نصب شده اند.از سال 1969 به بعد تعیین فواصل دقیق بین ایستگاهای زمینی و ماه به کمک تکنیکهای    ،apollo11 در سطح ماه توسط  retro-reflectorفاصله یابی لیزری امکان پذیرشد.سه دسته

 نصب گردید.Apollo15و apollo14

100 رفلکتور       apollo11

100 رفلکتور     apollo14

300  رفلکتور     apollo15

این سه دسته رفلکتور یک مثلث به ابعاد1250،1100،950 کیلومتر را تشکیل می دادند .دو رفلکتور   نیز بعدا به این سری افزوده شد.L17و L21

به علت فاصله زیاد ماه از زمین نیاز به ارسال و انعکاس قویتر امواج می باشد.لذا در این سیستم رفلکتورهایی با ابعاد بزرگتر وجود دارد.(حدود 2.7 سانتیمتر)دقت تعیین موقعیت در این سیستم ابتدا حدود چند متر بود اما اخیرا به حدود3 ± سانتیمتر رسیده است.

کاربردها:

تعیین مختصات ژئوسنتریک ایستگاههای ردیابی

ایجاد چارچوب مرجع زمینی

بررسی حرکت پلیتها

بررسی دوران زمین و حرکت قطبی ( تعیین طول روز)

بررسی پرسشن و نوتیشن برای زمین تغییر شکل پذیر(غیر صلب)

بررسی دوران ماه

تعیین مدار ماه

تعیین ضرایب هارمونیک پایین میدان ثقل زمین

تعیین جرم ماه و ...

سیستم تعیین موقعیت  ( Very long baseline interometry(VLBI

 جهت تعیین موقعیت استفادهquasarدر این سیستم از امواج ارسالی از امواج ارسالی توسط کوازرها

می شود(کوازرها اجرام ثابت سماوی هستند که امواج رادیویی ثابتی از خود ساتع می سازند.)در این سیستم امکان اندازه گیری فواصل بسیار زیاد ، حتی تا نصف کره زمین وجود دارد.

چون کوازرها در فواصل دوری از سطح زمین قرار دارند.امواج به مرور ضعیف می شوند.لذا آنتنهایی با ابعاد بزرگ وجود دارند که این امواج ضعیف را دریافت می کنند.

اساس این سیستم به این صورت است که آنتنهایی در دو سر فاصله مورد اندازه گیری قرارمی دهند. امواج ارسالی از کوازرها توسط این آنتنها دریافت می گردد. چون کوازرها در فواصل دوری از سطح زمین قرار دارند، امتداد امواج ارسالی را می توان موازی با هم در نظر گرفت.این امواج ارسالی در دو ایستگاه به طور همزمان دریافت نشده و یکی از ایستگاهها آنها را زودتر دریافت می کند.لذا امواج دریافتی در دو آنتن دارای تاخیر زمانی می باشند که این تاخیر زمانی مولفه مشاهداتی ما محسوب می شود.و از تداخل امواج دریافتی در دو ایستگاه موقعیت بدست می آید.معادله مشاهده در این سیستم به صورت زیر می باشد:

ct = B cosj

t = B cosj/c

t = - B.e/c

 بردار یکه در امتداد کوازر می باشد.eکه

 نیاز به مشاهده به سه کوازر است.در این سیستم ارتباط فیزیکی بین Bجهت تعیین سه مولفه بردار

 که مشابه همین سیستم می باشداماLIBایستگاهها وجود ندارد(چون فاصله بین دو ایستگاه زیاد است. در

چون در این روش فواصل مورد اندازه گیری کوتاهتر هستند ، ارتباط ایستگاهها به کمک کابلهایی صورت می گیرد.)و امواج در هر دو ایستگاه ضبط می شود و سپس به مرکز پردازش مخابره می گردد  بدست می آید. این تاخیر زمانی ناشی از :rو در آنجا تداخل امواج صورت گرفته و

فاصله بین دو ایستگاه

خطای دستگاههای اندازه گیری زمان

و تاخیرات اتمسفری می باشد.

 نسبت به این امتداد دوران wاز آنجا که امتداد کوازرها در سیستم اینرشیا ثابت است و زمین با سرعت

می کند.لذا این سیستم جهت تعیین سرعت دورانی زمین بسیار مناسب می باشد.

سیستم تعیین موقعیت  DORIS

Doppler  Orbitography and Radiolocation Integrated by Satellite

این سیستم یک سیستم پیشرفته فرانسوی است که بر مبنای اندازه گیری شیفت داپلر سیگنالهای رادیویی ارسالی از ایستگاههای زمینی استوار است. این سیستم شامل سه قسمت زیر است:

ایستگاههای زمینی:که کار ارسل سیگنالها را برعهده دارد و شامل : یک واحد الکترونیکی ، زمان سنج، میکروپروسر،منبع نیرو و سنجنده هواشناسی است.

،TOPEX-POSEIDONبخش فضایی:این بخش شامل بخشهای سوارشده برروی ماهواره های

 است.و متشکل از یک گیرنده دو فرکانسه ،یک ENVISATو SPOT5، SPOT4و بزودیSPOT

اسیلاتور کریستال و یک آنتن همه جهته می باشد.

بخش کنترل:که در تولوز فرانسه قرار دارد و کنترل سیستم را بر عهده دارد.

 از ایستگاه3 GHZو 400MHZاساس کار سیستم عبارت است از ارسال دو سیگنال با طول موج های

های زمینی و دریافت آن توسط بخش فضایی و اندازه گیری شیفت داپلر در این بخش. اطلاعات روی حافظه جانبی ذخیره و طی ارتباط مناسبی به زمین فرستاده می شود.

سیستم تعیین موقعیت و ناوبری داپلر یا ترانزیت(TRANSIT or DOPPLER System) 

دانشمندان پی برده اند که به کمک اندازه گیری شیفت داپلر می توان مدار ماهواره ها را تعیین نمود یعنی با اندازه گیری شیفت داپلر امواج ارسالی از ماهواره ها در ایستگاههای زمینی با موقعیت معلوم ، می توان مدار ماهواره ها را تعیین کرد.برعکس با معلوم بودن موقعیت ماهوره ها با اندازه گیری اثر داپلر می توان به موقعیت ایستگاه پی برد.این امر منجر به ایجاد سیستم ترانزیت گشت.این سیستم متشکل از سه قسمت زیر است:

ماهواره ها

ایستگاههای کنترل و ردیابی ماهواره ها

استفاده کنندگان (گیرنده ها)

  کالیفرنیا کنترل می شود.چهار ایستگاه ردیابی Mugu آمریکا در NAG ماهواره های ترانزیت توسط

در آمریکا اندازه گیری های داپلر را روی هر عبور هر ماهواره ثبت و داده ها را به منظور تعیین مدار  می فرستند.دو روز بعد این اطلاعات مداری (افمریدها)به Mugu هر ماهواره و پیش بینی آن به مرکز

کمک یکی از دو ایستگاهی که مسئولیت تزریق اطلاعات را بر عهده دارند به ماهواره ها تزریق می شود.

ماهواره های سیستم دارای خصوصیات زیر می باشند:

تعداد 6 ماهواره در 4 صفحه مداری دایره ای قرار دارند که مدارات قطبی بوده (زاویه میل 90 درجه دارند)و در ارتفاع 1100 کیلومتر از سطح زمین قراردارند .پریود این ماهواره ها حدود 107 دقیقه است(حدود 2 ساعت).هر ماهواره دو موج در فرکانسهای حدود 400 و 150 مگاهرتز ارسال می دارد. استفاده از دو طول موج به منظور تصحیح اثرات یونسفری است. روی هر دو موج پیغامهایی شامل اطلاعات مداری مدوله می شود.

مفهوم اثر داپلر: اگر یک فرستنده موج و یک گیرنده موج در دسترس باشد،چنانچه این دو نسبت به هم ساکن باشند، هیچ تغییری در فرکانس دریافتی مشاهده نمی گردد اما به محض اینکه فرستنده یا گیرنده شروع به حرکت نماید با توجه به اینکه با چه سرعتی نسبت به هم دور یا نزدیک می شود فرکانس دریافتی نسبت به فکانس ارسالی تغییر می کند.به این پدیده ( یعنی تغییر فرکانس در اثر حرکت )

 می گویند.Doppler shift  

شیفت داپلر می تواند از اختلاف بین فرکانس ارسالی و دریافتی تعیین شود.اگر ماهواره و گیرنده         وشیفت داپلر نداریم. اما اگر این دو نسبت به هم دارای حرکت  f_s=f_rنسبت به هم حرکتی نداشته باشند:

 . از آنجایی که کار با فرکانسهای بالا مشکل است لذا در گیرنده فرکانس f_s-f_r =Doppler shiftباشند:

    و فرکانس مرجع تولید (f_rمرجع تولید می شود و در عمل اختلاف بین فرکانس سیگنال دریافت شده (

در طول یک فاصله زمانی اندازه گیری می شود( که به آن داپلر کانت((f_gشده در گیرنده(

 به عنوان کمیت مشاهداتی ( که همان شیفت داپلرf_g – f_r می گویند).یعنی در عمل  (Doppler count

است )درنظر گرفته می شود.

ضرب می شود، از ضرب این دو فرکانس ، یک فرکانس مجموع و یک فرکانس   f _rساخته شده در f_g

تفاضل بدست می آید.آنچه مطلوب ماست فرکانس تفاضل است که به آن فرکانس بیت (

می گویند.لذا فیلتری قرار می دهیم تا فرکانس مجموع را حذف نماید.(Beat Ferequency

Cosα₁.cosα₂=sin(α₁ + α₂). Sin(α₁ – α₂)

f_beat = f_g –f_r

پس در واقع کمیت مشاهداتی ما همان فرکانس بیت می باشد.

سیستم تعیین موقعیت و ناوبری  (Global Positioning System(GPS

به علت معایب عنوان شده در سیستم ترانزیت ، وزارت دفاع آمریکا تصمیم به ایجاد سیستمی گرفت که تقریبا کلیه قابلیتهای ترانزیت را داشته و معایب آنرا نیز برطرف نماید.

این سیستم از سه بخش زیر تشکیل شده است:

1.بخش فضایی: شامل ماهواره ها

2.بخش کنترل: شامل ایستگاههای ردیابی ماهواره ها

3.بخش استفاده کننده : همان گیرنده های سیستم

تعداد ماهواره ها در این سیستم ابتدا 24 ماهواره در سه صفحه مداری با زاویه میل 63 درجه طراحی شد.سپس به لحاظ مسائل مالی بخش فضایی به 18 ماهواره در 6 صفحه مداری به گونه ای که هر 3 ماهواره در یک صفحه مداری قرار گیرند کاهش یافت.اما این طرح به لحاظ اینکه پوشش 24 ساعته جهانی ایجاد نمی کرد رد شد.در حدود سال 1986 تعداد ماهواره ها به 21 ماهواره : 18 ماهواره اصلی در 6 صفحه مداری و در هر صفحه 3 ماهواره به علاوه 3 ماهواره یدکی تغییر نمود.آخرین طراحی برای تعداد ماهواره ها به صورت 21 ماهواره اصلی و 3 ماهواره یدکی در 6 صفحه مداری با زاویه میل 55 درجه به گونه ای که در هر صفحه مداری 4 ماهواره قرار بگیرد، می باشد

بخش کنترل شامل 5 ایستگاه ردیابی ماهواره ها:

Diego Garcia , Ascension Island ,Kuajalein , Hawaii , Colorado Springs

می باشد که این 5 ایستگاه سیگنالهای ماهواره ها ردیابی کرده و اطلاعات جمع آوری شده را به ایستگاه  می فرستند. در ایستگاه کنترل اصلی پردازش ها و تصحیحات Colorado Springs کنترل اصلی در  لازم روی اطلاعات صورت گرفته و مدار ماهواره ها و پارامترهای ساعت محاسبه و سپس اطلاعات   به Diego Garcia,Ascension Island,Kuajaleinتصحیح شده توسط آنتنهای فرستنده در

ماهواره ها تزریق می شوند.

وظایف بخش کنترل عبارتند از :تعیین و پیش بینی مدار ماهواره ها ،کنترل سلامتی ماهواره ها،همزمانی ساعت ماهواره ها (کنترل رفتار ساعتهای اتمی ماهواره ها)،تزریق اطلاعات به ماهواره ها.

بخش استفاده کنندگان سیستم راتشکیل می دهندکه شامل استفاده کنندگان نظامیGPSمجموعه گیرنده های

و غیر نظامی هستند:

 P:مجاز به استفاده از کدPrecise Positioning Service(PPS)استفاده کنندگان نظامی یا مجاز

 نیستند( کلید رمزی برای حذف این SA  وASدر اندازه گیری های خود می باشند و در معرض اثرات

 (وزارت دفاعDODاثرات دارند) و قادرند موقعیت خود را با دقت بالایی بدست آورند.استفاده کنندگان

آمریکا) و افراد مجاز این وزارت تنها از این سرویس بهره می برند.

   : مجاز به Standard Positioning Service(SPS)استفاده کنندگان غیر نظامی یا غیر مجاز

 استفاده می کنند و در معرض اثرات C/Aدر اندازه گیری های خود نمی باشند و از کدPاستفاده از کد

 ازSAقرار دارند و موقعیت خود را با دقت پایینتری بدست می آورند(البته د رحال حاضر SA و AS

روی ماهواره ها برداشته شده است.)

لطفا بر روی آیکن گوگل پلاس (g+1) کلیک نمایید و  ما را در گوگل محبوب کنید .

:: برچسب‌ها: