หลักการทำงานของ GPS

หลักการทำงานของ  GPS

หลักการพื้นฐานของ  GPS  เป็นเรื่องง่ายๆ  แต่อุปกรณ์ของเครื่องมือถูกสร้างขึ้นด้วยวิทยาการขั้นสูง  การทำงาน  GPS  คือ

1.  จะอาศัยหลักพื้นฐานของ  GPS  :  Satellites  Triangulation
               หลักการ  :  อาศัยตำแหน่งของดาวเทียมในอวกาศเป็นจุดอ้างอิง  แล้ววัดระยะจากดาวเทียม  4  ดวง  และใช้หลักการทางเรขาคณิตในการคำนวณหาตำแหน่งบนพื้นโลก

2.  วัดระยะทางระหว่างเครื่องรับ  GPS  กับดาวเทียม  GPS  โดยการวัดระยะเวลา               ที่คลื่นวิทยุใช้ในการเดินทางจาก  ดาวเทียมสู่เครื่องรับใช้เวลาเดินทางของคลื่นวิทยุ

สูตร  :  ระยะทาง  =  ความเร็ว  *  เวลาที่ใช้เดินทาง
คลื่นวิทยุ  :  ความเร็ว  =  186,000  ไมล์ต่อนาที

การวัดระยะเวลาในการเดินทาง  คือ  โดยการเทียบกันของคลื่นสัญญาณที่ดาวเทียมส่งมากับคลื่นสัญญาณที่เครื่องรับ  GPS  ส่งมา  ส่วนคลื่นที่ใช้ในการส่งจะเป็น  Pseudo  Random          Noise  Code

3.  การวัดระยะเวลาที่คลื่นวิทยุใช้ในการเดินทางของ  GPS  จะต้องใช้นาฬิกาที่          แม่นยำมาก  ถ้า  PRN  CODE  จากดาวเทียมมีข้อมูลเวลาที่คลื่นเริ่มออกเดินทางจากดาวเทียมเมื่อคลื่นสัญญาณจากดาวเทียมและคลื่นสัญญาณจากเครื่องรับ  GPS  สมวารกัน  (Synchronize)             และจะต้องใช้  Atomic  Clock  ในการวัดเวลา  ส่วนเวลาที่ใช้ในการเดินทางจะสั้นมากประมาณ            0.06  วินาที  คือเวลาของเครื่องรับ  GPS  *  เวลาของดาวเทียม  ส่วนการบอกตำแหน่ง  GPS            ยังเป็นเวลาที่มีความแน่นอนถึง  10  นาโนวินาทีหรือดีกว่า

4.  ต้องรู้ตำแหน่งของดาวเทียม  GPS  ที่แน่นอนในอวกาศ

-  วงโคจรสูงมากประมาณ  11,000  ไมล์
-  วงโคจรอาจคลาดเคลื่อน  (Ephemeris  Errors)  เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของ

ดวงจันทร์และดวงอาทิตย์

     -  สถานีควบคุมจะใช้เรดาร์ตรวจสอบการโคจรของดาวเทียม  GPS  ตลอดเวลาแล้วส่ง

ข้อมูลไปปรับแก้ข้อมูลวงโคจรและเวลาของดาวเทียม  เมื่อข้อมูลได้รับการปรับแก้แล้วจะถูกส่งมายังเครื่องรับ GPS

          5.  ต้องแก้ไขความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากการเดินทางของคลื่นวิทยุมาสู่โลก
สาเหตุที่ของความคลาดเคลื่อน  (GPS  Errors)  ของค่าพิกัดที่คำนวณได้

     -  เกิดจากการเดินทางสู่ชั้นบรรยากาศ  Ionosphere  จะมีประจุไฟฟ้า  และชั้น

Troposphere  จะมีทั้งความชื้น อุณหภูมิ ความหนาแน่นที่แปรเปลี่ยนได้ตลอดเวลาใน
              -  การสะท้อนของคลื่นสัญญาณไปในหลายทิศทาง  (Multipath  Error)  ซึ่งที่ผิวโลกคลื่นสัญญาณต้องกระทบกับวัตถุ  ก่อนถึงเครื่องรับ  GPS  จะทำให้มีการหักเหและสัญญาณจะอ่อน

              -  ปัญหาที่เกิดจากดาวเทียม  (Check error,  Ephemeris  error)  อาจเกิดจากวงโคจรคลาดเคลื่อนเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์หรืออาจจะเกิดจากความคลาดเคลื่อนของนาฬิกาเพียงเล็กน้อยจะทำให้การคำนวณระยะทางผิดพลาดได้มากเนื่องจากดาวเทียมอยู่สูงมาก

               -  ความสัมพันธ์ทางเรขาคณิตระหว่างตำแหน่งของดาวเทียมและตำแหน่งของเครื่องรับ GPS  ซึ่งจะคำนวณเป็นค่า  GDOP  =  Geometic  Dlution  of  recision  ซึ่งเนื่องจากลักษณะการวางตัวของดาวเทียม  และ  GDOP  มีส่วนประกอบคือ

               -  อาจจะเกิดจากความผิดพลาดอื่นๆเช่น  ความผิดพลาดของคอมพิวเตอร์  หรือมนุษย์ที่ควบคุมสถานี  1  เมตร  ถึง  100  เมตร  ซึ่งผิดพลาดได้มาก  หรือความผิดพลาดของเครื่องรับ GPS,  Software,  Hardware,  ผู้ใช้  ซึ่งความผิดพลาดนี้ไม่แน่นอน