سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) چگونه کار می‌کند؟

نیاکان ما برای محافظت از خود در برابر گم شدن مجبور به اقدامات بسیار هوشمندانه‌ای بودند. برای این کار آنها به برپا ساختن بناهای یادبود، ترسیم پر زحمت نقشه‌های مفصل و رصد موقعیت ستارگان در آسمان روی می‌آوردند.

اما اکنون با خریدن یک اسباب موقعیت‌یاب جهانی می‌توان در هر لحظه به موقعیت خود بر روی کره زمین پی برد. تا زمانی که آسمان صاف باشد، به کمک این اسباب هرگز گم نخواهیم شد.

سیستم موقعیت‌یابی جهانی (Global Positioning System) در اصل منظومه‌ای از ٢٤ ماهواره است که به دور زمین می‌گردند. این شبکه ماهواره‌ای توسط وزارت دفاع آمریکا و به عنوان یک سیستم هدایت نظامی به اجرا گذارده شد،‌ لیکن بزودی در خدمت کاربردهای تجاری و علمی نیز قرار گرفت.

هرکدام از این ماهواره‌های ٣٠٠٠ تا ٤٠٠٠ پاوندی که توسط انرژی خورشیدی کار می‌کنند، در فاصله ٢٠٠٠٠ کیلومتری به دور زمین می‌گردند. هر ماهواره در هر روز دوبار به دور زمین می‌گردد. مدارها به گونه‌ای ترتیب یافته‌اند که در هر زمان، در هرجای روی زمین، حداقل چهارتا از این ماهواره‌ها در آسمان قابل مشاهده هستند.

کار اصلی گیرنده GPS تعیین موقعیت چهار یا تعداد بیشتری از این ماهواره‌ها، تعیین فاصله آنها تا زمین و استفاده از این اطلاعات برای تعیین موقعیت خود بر روی سطح زمین است. این عمل برپایه یک اصل ساده ریاضی به نام مثلت‌بندی استوار است.

گیرنده GPS این اطلاعات را با تحلیل سیگنالهای رادیویی فرکانس بالا و کم قدرت ساطع شده از ماهواره‌ها بدست می‌آورد. در زمان معینی از روز (مانند نیمه‌شب)، ماهواره یک الگوی دیجیتالی طولانی به نام رمز شبه‌مجازی از خود ساطع می‌کند. سایر سیگنالهای دریافتی با توجه به این سیگنال مرجع اندازه‌گیری می‌شوند و چون بر اثر طی فاصله میان ماهواره تا زمین، با تاخیر به گیرنده GPS می‌رسند، گیرنده با محاسبه این تاخیر می‌تواند فاصله ماهواره تا زمین را تعیین کند.

با تعیین فاصله حداقل سه ماهواره تا زمین، می توان سه کره به مراکز این ماهواره‌ها رسم کرد. خود کره زمین کره چهارم را تشکیل می‌دهد. از تلاقی این چهار کره، مکان گیرنده بر روی سطح کره زمین به دقت تعیین می‌شود.