อุปกรณ์ที่ใช้ร่วมกับ ระบบนําทางด้วย gps ประกอบด้วยอะไรบ้าง

ระบบดาวเทียม GPS ประกอบด้วยอะไรบ้าง

หากเราลองตั้งคำถามเล่น ๆ ว่า gps เทคโนโลยีที่ติดตามตัวที่เราใช้ในปัจจุบันนั้น ประกอบด้วยอะไรบ้าง คิดได้แล้วเราก็พิมพ์เข้าไปถามอากู๋ ของเรา อากู๋ใช้เวลาเพียงเศษเสี้ยววินาที กลับมาพร้อมกับองค์ความรู้เรื่อง gps อันมากมาย มาให้เราเลือกและพิจารณาว่าจะเชื่อสำนักใหนดี เกี่ยวกับ GPS ผมลองจินตนาการเกี่ยวกับระบบการค้นหา ของอากู๋ของเรา ปัจจุบันเรายังต้องใช้การตัดสินใจเองอยู่….แต่ในอนาคตอันใกล้นี้ อากู๋ของเราคงจะตัดสินให้เราเลย หลังจากที่เราพิมพ์คำค้นหา gps ลงไป….ว่าแล้วมาดูกันดีกว่าว่า gps ประกอบด้วยอะไรบ้าง

1. ส่วนอวกาศ (Space Segment) ส่วนอวกาศ ประกอบด้วยเครือข่ายดาวเทียม 3 ค่ายด้วยกัน คือ ยุโรป ชื่อ Galileo มีดาวเทียมทั้งหมด 27 ดวง บริหารงานโดย ESA หรือ European Satellite Agency ตามเป้าหมายโครงการจะพร้อมใช้งานในปื 2008 รัสเซีย ชื่อ GLONASS หรือ Global Navigation Satellite บริหารโดย Russia VKS (Russia Military Space Force) อเมริกา ชื่อ NAVSTAR หรือ Navigation Satellite Timing and Ranging GPS ประกอบด้วยดาวเทียมทั้งหมด 28 ดวง ใช้งานจริง 24 ดวง อีก 4 ดวงเป็นตัวสารอง บริหารงานโดย Department of Defenses (หรือ กระทรวงกลาโหม นั่นเอง) มีรัศมีวงโคจรจากพื้นโลก 20,162.81 กม. หรือ 12,600 ไมล์ ดาวเทียมแต่ละดวงใช้ เวลาในการโคจรรอบโลกประมาณ 12 ชั่วโมง (จริงๆ แล้วใช้เวลา 11 ชั่วโมง 58 นาที)

          ในทางทฤษฎีเส้นทางการโคจรของดาวเทียมถูกกำหนดให้ทุกพื้นที่บนโลกในขณะใดขณะหนึ่งมีดาวเทียมอยู่ฟากฟ้าบริเวณนั้นอย่างน้อย 4 ดวง เพื่อสามารถคำนวณพิกัดและความสูงได้ แต่ในความเป็นจริงแล้วในปัจจุบันเราสามารถรับสัญญาณดาวเทียมได้มากกว่านั้นแน่นอน บางครั้งอาจจะรับได้มากถึง 12 ดวงพร้อมกัน เครื่องรับสัญญาณ GPS ที่ใช้งานกันอยู่ทั่วไปจึงกำหนดให้มีช่องรับสัญญาณเผื่อไว้มากกว่า 4 ช่อง เนื่องจากการรับดาวเทียมได้มากจะยิ่งทาให้ความคลาดเคลื่อนลดลง

2. สถานีควบคุม (Control Station Segment) ส่วนของสถานีควบคุมจะมีอยู่ 5 แห่ง ประกอบด้วย สถานีควบคุมหลัก (Master Control Station) ซึ่งเป็นศูนย์ควบคุมการทางานของระบบดาวเทียม GPS ตั้งอยู่ที่เมือง Colorado Springs รัฐ Colorado สหรัฐอเมริกา และสถานีย่อย (Monitor Station) 4 สถานี ตั้งอยู่ที่เมือง Diego Garcia, Ascension Island, Kwajalein, และ Hawaii

สถานีควบคุมเหล่านี้มีหน้าที่คอยติดต่อสื่อสาร (Tracking) กับดาวเทียม ทาการคำนวณผล เพื่อบอกตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวง และคอยตรวจสอบดูแลการทางานของดาวเทียมโดยใช้เรดาร์ส่งสัญญาณไปยังดาวเทียมอยู่ตลอดเวลา เพื่อให้ดาวเทียมอยู่ในวงโคจร ในความสูง ความเร็ว และตำแหน่งที่ถูกต้องตามวงโคจรที่กำหนดไว้ และในทางกลับกันสถานีเหล่านี้ยังทาหน้าที่รับสัญญาณจากดาวเทียม และส่งข้อมูลไปยังเครื่องลูกข่าย GPS เพื่อบอกตำแหน่งและข้อมูลต่างๆ ให้กับเครื่องลูกข่ายนั้นๆ ได้อย่างถูกต้องและทันสมัยอยู่เสมอ

3. ส่วนผู้ใช้ (User Segment) ผู้ใช้งานต้องมีเครื่องรับสัญญาณที่สามารถรับคลื่นและแปรรหัสจากดาวเทียม เพื่อนามาประมวลผลเป็นค่าพิกัดตำแหน่งได้ ส่วนผู้ใช้ประกอบด้วย 2 กลุ่มหลักๆ คือ ส่วนที่ใช้งานด้าน พลเรือน (Civilian) และส่วนที่ใช้งานด้าน การทหาร (Military) ในส่วนของผู้ใช้จะมีหน้าที่พัฒนาเครื่องรับสัญญาณ (GPS Receiver) แบบมือถือที่มีใช้กันอยู่ทั่วไปให้ทันสมัยและสะดวกแก่การใช้งาน สามารถใช้งานได้ทุกแห่งในโลก และสามารถแสดงค่าพิกัดตำแหน่งที่มีความถูกต้องสูง

          ภายในเครื่อง GPS นั้นจะมีโปรแกรมคอมพิวเตอร์อยู่ในตัวเครื่องเพื่อ ทาการคำนวณ ตรวจสอบ และถอดรหัสสัญญาณที่ได้จากดาวเทียม ให้ทราบว่าดาวเทียมอยู่ที่ตำแหน่งใดในเวลานั้นๆ แล้วจึงส่งข้อมูลออกมาทางหน้าจอของเครื่องเพื่อให้ผู้ใช้ได้เห็นข้อมูล การแสดงผลสามารถแตกต่างกันขึ้นกับโปรแกรม ในเครื่อง GPS แต่ละรุ่นและแต่ละยี่ห้อ

ระบบ ดาวเทียม GPS ประกอบด้วยดาวเทียมทั้งหมด 24 ดวง โคจรในอวกาศ ครอบคุมทั่วโลกทั้งหมด 6 ระนาบแต่ละระนาบทำมุม 60 องศา กับเส้นศูนย์สูตร ดาวเทียมแต่ละดวง โคจรอยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 11,000 ไมล์ และเคลื่อนที่ผ่านรอบโลก 2 รอบในแต่ละวัน ในดาวเทียมแต่ละดวง จะมีส่วนประกอบหลัก คล้ายคลึงกับ ดาวเทียมสื่อสาร โดยทั่วไป คือ ภาครับสัญญาณ ภาคส่งสัญญาณ ภาคควบคุม และระบบสายอากาศวิทยุ ส่วนพิเศษ ที่มีเฉพาะในดาวเทียม GPS คือ ภาคกำเนิดสัญญาณเวลาความแม่นยำสูง เป็น นาฬิกาอะตอมมิคแบบซีเซียม (Very High Precision Cesium Atomic Clock) ซึ่งได้รับการออกแบบ และผลิต โดยบริษัท Datum Incorporation USA

ภาคกำเนิดสัญญาณเวลาความแม่นยำสูง เป็นหัวใจสำคัญ ที่เป็นตัวกำหนด ความแม่นยำ ถูกต้อง ในการคำนวณตำแหน่งพิกัด ของ GPS Receiver ที่รับสัญญาณบนโลก หากภาคกำเนิดสัญญาณเวลา บนดาวเทียมดวงใด เสื่อมสภาพ หรือไม่มีความแม่นยำเพียงพอ ดาวเทียมดวงนั้น จะถูกปลดออกจากการใช้งาน ตามแผนงาน จะมีดาวเทียม โคจรทั้งหมด 24 ดวง และสำรอง 2 ดวง โดยมีการส่ง ดาวเทียมใหม่ เข้าสู่วงโคจร ตามระยะเวลาที่เหมาะสม เพื่อชดเชย ดาวเทียมที่เสื่อมสภาพ แต่เนื่องจากเทคโนโลยี ของดาวเทียม และ ภาคกำเนิดสัญญาณเวลาความแม่นยำสูง มีการพัฒนาตลอดเวลา ทำให้อายุการใช้งาน ของดาวเทียม ยาวกว่าที่คำนวณไว้ ดาวเทียมจำนวนมาก ยังอยู่ในภาวะใช้งานได้ปกติ ถึงแม้จะอยู่ในวงโคจร มานานกว่า 8 ปี (อายุขัยเฉลี่ย ของดาวเทียม) ทำให้ปัจจุบัน มีดาวเทียม อยู่ในวงโคจร ที่ใช้งานได้ จำนวนมากกว่า 30 ดวง ซึ่งเป็นประโยชน์ ต่อผู้ใช้งาน