در ناوبری ماهواره ای، GPS و GNSS اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند، اما آنها به فناوری های مختلفی اشاره دارند. GPS، که توسط ایالات متحده توسعه یافته است، تنها یکی از چندین سیستم ماهواره ای است، در حالی که GNSS شامل چندین صورت فلکی مانند GPS، GLONASS و Galileo است که پوشش گسترده تر و دقت بهبود یافته را ارائه می دهد. در این مطلب، مقایسه GNSS با GPS تفاوت‌های کلیدی بین  آنها و نحوه استفاده از آنها در زندگی روزمره را بررسی خواهیم کرد.

GNSS چیست؟

GNSS (سیستم جهانی ناوبری ماهواره ای) به کلیه سیستم های ماهواره ای اطلاق می شود که اطلاعات موقعیت یابی جهانی را ارائه می‌دهند که شامل چندین سیستم مانند GPS (ایالات متحده آمریکا)، GLONASS (روسیه)، Galileo (EU) و BeiDou (چین) است. در اصل، GNSS یک اصطلاح چتر برای این صورت فلکی مختلف است که با هم کار می‌کنند.

چیزی که GNSS را قدرتمند می‌کند این است که سیگنال‌های چند صورت فلکی ماهواره‌ای را با هم ترکیب می‌کند و امکان دسترسی به مجموعه بسیار بزرگ‌تری از ماهواره‌ها را برای موقعیت‌یابی مطمئن‌تر فراهم می‌کند. در اینجا یک نمای کلی از صورت فلکی اصلی GNSS آمده است:

• GPS (ایالات متحده آمریکا): ۳۱ ماهواره عملیاتی.
• گلوناس (روسیه): ۲۴ ماهواره، به ویژه قابل اعتماد در مناطق با عرض جغرافیایی بالا.
• گالیله (EU): 24 ماهواره، با هدف ۳۰ برای استفاده غیرنظامی با دقت بالا.
• o BeiDou (چین): بیش از ۴۰ ماهواره ارائه دهنده خدمات منطقه ای و جهانی.

در صورت ترکیب، گیرنده های GNSS می توانند به سیگنال های بیش از ۱۲۰ ماهواره دسترسی داشته باشند و دقت و قابلیت اطمینان را در سراسر جهان بهبود بخشند.

GPS چیست؟

GPS (سیستم موقعیت یاب جهانی) یک سیستم ناوبری ماهواره ای است که توسط ایالات متحده در دهه ۱۹۷۰ توسعه یافت. اگرچه این تنها یک سیستم زیر چتر گسترده تر GNSS است، GPS به طور گسترده شناخته شده است.

صورت فلکی GPS شامل حدود ۳۱ ماهواره عملیاتی است که در شش صفحه مداری مرتب شده اند که هر کدام دارای چهار تا پنج ماهواره است. این تنظیم تضمین می کند که حداقل چهار ماهواره از هر مکانی روی زمین در هر زمان قابل مشاهده هستند و پوشش جهانی مداوم را ارائه می دهند.

GNSS و GPS چگونه کار می‌کنند؟

GNSS و GPS بر اساس همان اصول اساسی برای تعیین مکان کاربر در زمین عمل می کنند.
هنگامی که کاربر می خواهد مکان خود را پیدا کند، از دستگاهی به نام گیرنده استفاده می‌کند. این گیرنده با مجموعه ای از ماهواره ها در چارچوب GNSS ارتباط برقرار می کند. فرآیند کار شامل چندین مرحله است:

1. انتقال سیگنال: هر ماهواره در صورت فلکی GNSS به طور مداوم سیگنال‌های رادیویی حاوی اطلاعات مهم را ارسال می‌کند که شامل موقعیت ماهواره و زمان دقیق ارسال سیگنال است.
2. دریافت سیگنال: گیرنده روی زمین این سیگنال‌ها را دریافت نموده و زمان دریافت هر سیگنال را ثبت می‌کند که برای محاسبه فاصله ضروری است.
3. محاسبه تاخیر زمانی: گیرنده زمان ارسال سیگنال توسط ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می‌کند. با توجه به اینکه سیگنال های رادیویی با سرعت نور حرکت می کنند، تاخیر زمانی بین ارسال و دریافت را می توان به اندازه گیری فاصله تبدیل کرد. این فاصله نشان دهنده فاصله ماهواره از گیرنده است.
4. اندازه‌گیری فاصله: با اندازه‌گیری فاصله حداقل چهار ماهواره، گیرنده می‌تواند از فرآیندی به نام سه‌لایه‌بندی برای تعیین دقیق محل دقیق آن در فضای سه‌بعدی (طول، عرض و ارتفاع) استفاده کند. با سه ماهواره می تواند موقعیت را در دو بعد (طول و عرض جغرافیایی) محاسبه کند، در حالی که ماهواره چهارم به تعیین ارتفاع کمک می کند و هر گونه اختلاف در ساعت گیرنده را تصحیح می کند.

مقایسه GNSS با GPS

دامنه و پوشش

از آنجایی که GNSS شامل چندین سیستم ماهواره‌ای از سراسر جهان است، پوشش آن واقعا جهانی است و حتی به مناطق دورافتاده نیز گسترش می‌یابد. به لطف صورت‌های فلکی ترکیبی، پوشش جامع تر و قابل اعتمادتری را در مناطق و محیط های مختلف ارائه می‌دهد.

در حالی که GPS پوشش تقریبا جهانی را ارائه می دهد، تمرکز اصلی آن بر روی آمریکای شمالی و منطقه اقیانوس آرام است، جایی که صورت فلکی ماهواره ای آن بیشترین بهینه سازی را دارد. در سایر نقاط جهان، به ویژه در مناطقی که دارای موانع یا مکان های دور افتاده هستند، عملکرد آن ممکن است کمی کمتر از GNSS قابل اعتماد باشد.

دقت و قابلیت اطمینان

GNSS به طور کلی دقت بهتری نسبت به GPS ارائه می دهد. در حالی که GPS در حدود ۵-۱۰ متر دقیق است، GNSS می تواند شما را تا ۱-۲ متر یا حتی بهتر در شرایط ایده آل نزدیک کند. این به این دلیل است که GNSS داده‌ها را از چندین سیستم ماهواره‌ای استخراج می‌کند که به آن گزینه‌های بیشتری برای موقعیت‌یابی می‌دهد و دقت را بهبود می‌بخشد.
GNSS همچنین از الگوریتم های پیشرفته تری برای تصحیح مواردی مانند تداخل جوی و رانش ساعت ماهواره ای استفاده می کند که به اصلاح دقت مکان کمک می کند.
به علاوه، برخلاف GPS که بیشتر از فرکانس‌های L1 و L2 استفاده می‌کند، GNSS در محدوده وسیع‌تری از فرکانس‌ها مانند L1، L2، L5، و E5 عمل می‌کند، و آن را با شرایط مختلف سازگارتر می‌کند، به‌ویژه هنگام مواجهه با اختلالات جوی.

علاوه بر این، گیرنده‌های مدرن GNSS اغلب دارای ویژگی‌هایی مانند ردیابی چند صورت فلکی، دقت سینماتیک (RTK) در زمان واقعی و اصلاحات دیفرانسیل از ایستگاه‌های پایه هستند که همگی دقت موقعیت‌یابی را بهبود می‌بخشند.

در دسترس بودن و دید سیگنال

GNSS قوی‌تر است زیرا داده‌ها را از چند صورت فلکی ماهواره می‌کشد که به کاهش خطر از دست دادن سیگنال کمک می‌کند و دسترسی کلی را بهبود می‌بخشد.

اگر یک سیستم با تداخل مواجه شود یا آفلاین شود، گیرنده می تواند به صورت فلکی دیگر سوئیچ کند و اطمینان حاصل شود که پوشش مداوم باقی می ماند. این توانایی برای دسترسی به سیستم های متعدد همچنین دید سیگنال را افزایش می دهد و GNSS را کمتر مستعد موانعی مانند ساختمان‌ها یا شاخ و برگ‌های ضخیم می کند.

با پخش شدن ماهواره ها در نقاط مختلف آسمان، تاثیر موانع فیزیکی به حداقل می رسد و منجر به موقعیت یابی قابل اطمینان تر می شود.

در مقابل، GPS به یک صورت فلکی تکیه می کند و آن را در برابر قطع سیگنال، به ویژه در محیط های چالش برانگیز آسیب پذیرتر می کند. در دسترس بودن آن می‌تواند توسط تداخل، پارازیت یا موانع طبیعی مانند کوه‌ها و جنگل‌ها به خطر بیفتد که باعث می‌شود نسبت به GNSS کمتر قابل اعتماد باشد.

علاوه بر این، سیگنال‌های GPS توسط چیزهایی مانند ساختمان‌ها و درختان به‌ویژه در مناطق شهری یا جنگل‌های متراکم مسدود می‌شوند، که می‌تواند به عملکرد و دقت آسیب برساند.

برنامه های کاربردی

GNSS در سطح جهانی برای اهداف نظامی و غیرنظامی استفاده می شود. سیستم های مختلف آن از طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی در بخش هایی مانند حمل و نقل، کشاورزی، نظارت بر محیط زیست و نقشه برداری دقیق پشتیبانی می کند. دسترسی جهانی GNSS آن را برای هر کسی که به اطلاعات موقعیت یابی دقیق در هر نقطه از زمین نیاز دارد ایده آل می کند.
GPS که در اصل برای استفاده نظامی ساخته شده بود، برای غیرنظامیان نیز ضروری شده است. امروزه معمولا در اتومبیل‌ها، گوشی‌های هوشمند و هوانوردی یافت می‌شود. بسیاری از صنایع از جمله لجستیک، خدمات اضطراری و فعالیت های تفریحی به GPS متکی هستند. در حالی که هنوز نقش مهمی در عملیات نظامی ایفا می کند، کاربردهای غیرنظامی آن در طول سال ها رشد قابل توجهی داشته است.

چگونه از GPS برای نقشه برداری استفاده می شود؟

در مقایسه GNSS با GPS متوجه شدیم که فناوری GPS با ارائه دقت و کارایی بی نظیر در مقایسه با روش های سنتی، صنعت نقشه برداری را متحول کرده است. برخلاف دستگاه‌های GPS روزمره، گیرنده‌های GPS نقشه برداری مجهز به آنتن‌های تخصصی هستند و از سیگنال‌های فرکانس دوگانه برای اطمینان از دقت برتر استفاده می‌کنند.

نقشه برداری GPS چگونه کار می کند؟

نقشه برداران برای تعیین فواصل و ارتفاعات دقیق از یک جفت گیرنده GPS استفاده می کنند. این دستگاه‌ها در دو انتهای خط اندازه‌گیری قرار می‌گیرند و به طور همزمان داده‌ها را از همان ماهواره‌ها جمع‌آوری می‌کنند. با مقایسه اندازه گیری های هر دو گیرنده، نقشه برداران می توانند تفاوت در عرض، طول و ارتفاع بین دو نقطه را محاسبه کنند.

مزایای نقشه برداری GPS

• عملیات بدون محدودیت: فناوری GPS به نقشه برداران اجازه می دهد تا تقریبا در هر مکانی با دید واضح از آسمان کار کنند. این انعطاف پذیری به ویژه در مناطق دورافتاده یا محیط هایی با دید محدود مانند خطوط ساحلی و آبراه ها سودمند است.
• دقت پیشرفته: GPS داده‌های موقعیتی بسیار دقیقی را ارائه می‌کند و آن را برای کاربردهای مختلف از جمله بررسی‌های هیدروگرافیک، پروژه‌های سکوی نفتی دریایی و ساخت پل ایده‌آل می‌کند.
• کاربردهای همه کاره: فناوری GPS را می توان با هواپیماهای بدون سرنشین مانند JOUAV CW-15 ادغام کرد تا تصاویر و داده های هوایی را ثبت کند و امکان بررسی کارآمدتر و جامع تر از مناطق بزرگ را فراهم کند. این پهپاد GPS به ویژه برای نقشه برداری توپوگرافی، نظارت بر محیط زیست و واکنش به بلایا مفید است.

نتیجه گیری

مقایسه GNSS با GPS در حالی که GPS و GNSS هر دو خدمات ناوبری و موقعیت یابی ضروری را ارائه می دهند، GNSS مزایای مشخصی را ارائه می دهد. با پوشش جهانی و دقت بهبود یافته به دلیل چندین سیستم ماهواره ای، GNSS عملکرد قابل اعتمادتری را در محیط های متنوع ارائه می دهد.
GPS، در حالی که موثر است، در درجه اول در خدمت آمریکای شمالی و اقیانوس آرام است و می تواند محدودیت سیگنال را در شرایط چالش برانگیز تجربه کند. با پیشرفت فناوری GNSS، ادغام آن در صنایع مختلف، از جمله نقشه برداری، کارایی و دقت عملیاتی را افزایش می دهد و آن را به عنوان گزینه ترجیحی برای موقعیت یابی دقیق جهانی معرفی می کند.