قسمت کنترل GPS

مطالعه این نوشته در 10 دقیقه

در ادامه معرفی انواع سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای GNSS، به قسمت کنترل GPS می رسیم. همان طور که در نوشته های قبلی اشاره کردم، هر سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای از سه قسمت فضایی، کنترل و زمینی تشکیل شده است. درباره قسمت فضایی GPS که همان ماهواره های GPS می باشند، قبلا صحبت کرده ام. در ادامه به معرفی قسمت کنترل GPS می پردازم.

ماهواره های GPS توسط قسمت کنترل GPS، نظارت، ردیابی و کنترل می شوند. قسمت کنترل GPS از یک ایستگاه اصلی که در پایگاه نیروی هوایی Schriever در Colorado قرار دارد و نیز تعدادی ایستگاه مانیتورینگ که در سرتاسر جهان گسترده شده اند، تشکیل شده است. در ایستگاه های مانیتورینگ، گیرنده های دقیق GPS به صورت دائمی در حال جمع آوری اطلاعات ماهواره های GPS می باشند. این ایستگاه ها علاوه بر گیرنده های دقیق شامل ساعت اتمی، سنسورهای هواشناسی و تجهیزات ارتباطی می باشند. اطلاعات جمع آوری شده توسط ایستگاه های مانیتورینگ هر 1.5 ثانیه، به ایستگاه اصلی ارسال می شود.

قسمت کنترل GPS
ایستگاه اصلی در پایگاه نیروی هوایی Schrieve

ایستگاه اصلی شامل تجهیزات کامپیوتری برای پردازش اطلاعات دریافتی از سمت ایستگاه های مانیتورینگ می باشد. ابتدا خطاهای موجود در این مشاهدات دریافتی را تصحیح کرده و مشاهدات تصحیح شده را به مرحله پردازش توسط فیلتر کالمن می فرستد. تاخیر یونسفری توسط ترکیب های خطی استاندارد حذف شده و تاخیر تروپسفری نیز با استفاده از مدل Niell–Saastamoinen تصحیح می شوند. زمان آپدیت مشاهدات در فیلتر کالمن 15 دقیقه یکبار می باشد. خروجی فیلتر کالمن عبارت است از:

  • برای هر ماهواره: 3 مولفه مختصات، 3 مولفه بردار سرعت که همگی در سیستم مختصات اینرشیال که مرکز آن مرکز زمین می باشد.
  • 2 پارامتر فشار تشعشعات خورشیدی
  • 3 پارامتر مربوط به ساعت ماهواره
  • برای هر ایستگاه مانیتورینگ: ارتفاع قسمت تر تروپسفر و 2 پارامتر ساعت ایستگاه

با توجه به تعداد ماهواره های سیستم GPS و نیز تعداد ایستگاه های قسمت کنترل، خروجی هر بار اجرای فیلتر کالمن بیش از 380 پارامتر می باشد. پس از محاسبه پارامترهای عنوان شده در بالا، باید محساباتی انجام شود تا تغییرات این پارامترها در گذر زمان نیز مشخص شود. این تغییرات برای محاسبه مقادیر پیش بینی مدار ماهواره ها نیاز است. سیستم GPS به گونه ای طراحی شده است که ماهواره های آن، حتی در صورت عدم ارتباط با قسمت کنترل، می توانند تا چند روز پیغام ناوبری را برای کاربر ارسال نمایند. زیرا مقدار پیش بینی این ماهواره ها تا 60 روز آینده برای آن ها، توسط قسمت کنترل محاسبه شده و ارسال می گردد.

قسمت کنترل GPS
قسمت کنترل GPS

فرآیند ارسال پیغام ناوبری به ماهواره های GPS

با استفاده از آنتن های با قدرت دریافت بالا (High Gain) داده های مربوط به پیغام ناوبری به ماهواره ها ارسال می شود. این کار توسط سیستم ارسال زمینی نیروی هوایی به نام SGLS انجام می شود. در این کار از فرکانس ارسال 1783.74 مگاهرتز و فرکانس دریافت 2227.50 مگاهرتز استفاده می شود. آنتن های مورد استفاده در این قسمت دارای ارتفاعی در حدود 10 متر می باشند. این آنتن ها برای ارسال داده باید به سمت ماهواره مشخصی قرار داشته باشند. در نتیجه فرآیند ارسال به یک برنامه ریزی دقیق و زمان بندی مشخص توسط قسمت کنترل GPS نیازمند است. مدت زمان لازم برای ارسال پیغام ناوبری برای هر ماهواره در حدود 45 دقیقه است. با توجه به این که 31 ماهواره در این سیستم وجود دارد، نیاز به تقریبا 24 ساعت ارسال داده در هر روز دارد. از طرفی اگر ماهواره ای دچار مشکل شود، باید در یک روز بیش از یک بار عملیات ارسال پیغام ناوبری برای آن انجام شود.

قسمت کنترل GPS
آنتن زمینی ارسال پیغام ناوبری به ماهواره

تاریخچه ای از قسمت کنترل GPS

ساخت اولیه قسمت کنترل GPS در سال 1974 بر عهده شرکت General Dynamics بوده است. طرح اولیه شامل ساخت 4 ایستگاه مانیتورینگ برای ایستگاه اصلی که در پایگاه نیروی هوایی Vandenberg قرار داشت، بود. این روند تا سال 1985 ادامه پیدا کرد.

در سپتامبر 1980، قراردادی با IBM Federal Systems بسته شد تا ایستگاه های جدید برای قسمت کنترل GPS ایجاد کند. این ایستگاه ها از سال 1985 تا سال 2007 به کار خود ادامه دادند. این ایستگاه ها شامل 6 ایستگاه مانیتورینگ و 4 آنتن زمینی بودند. 8 تا از این ایستگاه ها توسط آژانس اطلاعاتی جغرافیایی ملی آمریکا NGA اداره می شد. این ایستگاه ها که در سال 2006 به قسمت کنترل GPS اضافه شدند، قسمتی از پروژه L-AII بودند. این پروژه باعث بهبود الگوریتم های پردازش در سیستم کنترل GPS شد.

در سال 1996 قراردادی برای مدرن شدن ایستگاه های سیستم کنترل با شرکت Lockheed Martin بسته شد. در سال 2000 نیز همزمان با توسعه بلوک IIF، قراردادی با شرکت بوئینگ برای ایجاد ایستگاه های کنترل پیشرفته بسته شد که تا کنون نیز این قرارداد پابرجاست. این پروژه با عنوان AEP شناخته می شود. پروژه AEP از سال 2007 اجرایی شد و یکی از نتایج آن ایجاد یک ایستگاه اصلی جانشین در Vandenberg بود.

آخرین قرار داد بسته شده در زمینه بهبود سیستم های کنترل GPS، با شرکت Raytheon و در سال 2010 می باشد. این قرار داد برای کنترل ماهواره های GPS III می باشد و قرار است تا انتهای سال 2018 اجرایی شود. این پروژه که تحت عنوان Next Generation Operational Control System-OCX شناخته می شوند در قالب سه بلوک 0 و 1 و 2 اجرایی خواهد شد. در حال حاضر فقط بلوک 0 آن اجرایی شده است.

نمای کلی تعداد ایستگاه های مربوط به سیستم کنترل GPS را در زیر مشاهده می کنید.

قسمت کنترل GPS
تمامی ایستگاه های قسمت کنترل GPS

 

امیر اللهویردی زاده
دانشجوی دکترای GNSS دانشگاه Curtin، کارشناس ارشد ژئودزی از دانشگاه اصفهان، مدرس دانشگاه، علاقه مند به سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای، مدیریت پروژه، برنامه نویسی
LinkedinTelegram

متوسط امتیاز / 5. تعداد رای

2 دیدگاه در “قسمت کنترل GPS”

  1. سلام واقعا سایت عالی دارید البته من چون شخصا به ژئودزی به ویژه GPSو مباحث مربوط به آن علاقه امندم گفتم واقعا ممنونم که اطلاعات خود رو با بقیه به اشتراک می‌گذارید هدفم از نظر دادنم اینه که شما رو هم بیشتر دلگرم کنم و تشویق کنم که مطالب بیشتری به اشتراک بزارید و به کارتون ادامه دهید جا داره اینجا از آقای طایفه رستمی به خاطر به اشتراک گذاشتن این سایت در گروه ژئودزی قدردانی کنم و آرزو ی موفقیت برای تمام عاشقان ژئودزی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *