از آنجا که اینترنت اشیا (IoT) یک جریان ثابت از اطلاعات را بین مردم و فرآیندهای قدرتمند جهان اطراف ما، به هم متصل می کند، سیستم های ماهواره ای ناوبری جهانی (GNSS) عملکردهای مهم و اساسی را شامل زمان بندی و موقعیت یابی ارائه می کنند که برای نشان دادن موقعیت اشیاء در لحظه دستگاه ها لازم است.
سیستم های ماهواره ای ناوبری جهانی از فناوری ماهواره ای برای ارائه بینش در موقعیت جغرافیایی دستگاه های متصل استفاده می کنند. GNSS یک اصطلاح فراگیر برای دسته سیستم های جهانی از جمله GPS ، GLONASS ، BeiDou و Galileo است. هنگامی که بیش از یک صورت فلکی به طور همزمان استفاده می شود، مزایای آن سیستم ها با هم ترکیب می شوند. سیستم های جهانی توسط سیستم های تقویت منطقه ای مورد استفاده قرار می گیرند: WAAS در آمریکای شمالی و جنوبی ، EGNOS در اروپا ، GAGAN در هند و MSAS در ژاپن. این سیستم ها داده های لازم را برای ناوبری ایمن هواپیماها فراهم می کنند. هر سیستم منطقه ای مزایای منحصر به فردی در طیف وسیعی از فرکانس ها ارائه می دهد. سیستم های منطقه ای مانند QZSS و NavIC برای جغرافیای مربوطه خدمات اضافی ارائه می دهند.
مروری سریع بر فناوری ماهواره ای
بیایید یک قدم عقب برداریم و به کل فناوری نگاهی بیاندازیم. به گروهی از ماهواره ها که اطلاعات مکان را ارائه می دهند ، صورت فلکی گفته می شود. ماهواره ها سیگنال های خود را به زمین ارسال می کنند و با محاسبه تفاوت زمان دریافت سیگنال های دریافت شده از ماهواره های مختلف ، گیرنده می تواند بفهمد در کجا واقع شده است. جایگاه ماهواره ها در سیگنال هایی که پخش می کنند شناخته شده و ارائه شده است. سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS) قدیمی ترین صورت فلکی است. همانطور که در ادامه بیشتر توضیح خواهیم داد این سیستم توسط ارتش آمریكا توسعه یافته و در سال 1995 عملیاتی شد. این نام جهانی به این دلیل است كه می توانید سیگنال های این صورت فلکی را در هر جای دنیا دریافت كنید. در مقابل ، QZSS یک سیستم منطقه ای ژاپنی است که فقط آسیا و اقیانوسیه را در بر می گیرد. برای ردیابی برنامه ها، مهم است که گیرنده شما بتواند "ببیند" (یا سیگنالهایی از آنها دریافت کنید) حداقل 4 ماهواره برای اینکه بتوانید عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی و ارتفاع را محاسبه کنید لازم است. اگر یکی از این متغیرها شناخته شود، به ماهواره های کمتری نیاز است. نکته مهمی که در اینجا باید بدانید این است که هرچه ماهواره های بیشتری بتوانند گیرنده شما را ببینند، احتمال اینکه ردیابی شیء موردنظر از دست برود کمتر می شود.
4 سیستم GNSS و ویژگی های منحصر به فرد آنها
GPS (ایالات متحده)
GPS و GNSS اغلب به صورت متناوب مورد استفاده قرار می گیرند. سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS) سیستم پیمایش ماهواره ای جهان است که از 32 ماهواره در شش مدار کار می کند. در اصل این سیستم در ایالات متحده برای استفاده نظامی توسعه یافته است، اما اکنون GPS را در همه چیز ازجمله استفاده به عنوان ردیاب خودرو گرفته تا تگ کردن مشاغل در رسانه های اجتماعی و همچنین استفاده از فناوری gps را در کشاورزی و نقشه برداری مشاهده می کنیم. یک سیستم GPS چند فرکانس با دقت بالا با استفاده از تکنیک های PPP یا RTK ، می تواند موقعیت های مکانی را تا 10 سانتی متر یا کمتر تشخیص دهد.
GLONASS (روسیه)
مانند GPS ، GLONASS در دهه 1970 به عنوان سیستم موقعیت یابی در ارتش روسیه طراحی شد. برنامه های تجاری مانند انتقال موقعیت یابی ناوبری و پخش آب و هوا در دهه 1980 با استقرار 24 ماهواره در سه مدار آغاز شد.
BeiDou (چین)
از سال 2000 ، سیستم ماهواره ای ناوبری BeiDou در چین (BDS) در حال توسعه است تا از GPS بالقوه در استفاده جهانی استفاده کند. این سیستم در حال حاضر در نسل سوم خود، ادعا می کند که به یک دقت در سطح میلی متر رسیده است که از سایر سیستم ها بهتر است. با این حال ، تنها با 22 ماهواره عملیاتی ، BeiDou از نظر دقت در مقایسه با GPS و GLONASS در سطح پایین تری قرار دارد. با استفاده از ماهواره های بیشتر می توان انتظار داشت که دقت آن تا سال 2020 افزایش یابد.
گالیله (اتحادیه اروپا)
در سال 2011 توسط اتحادیه اروپا توسعه یافت. گالیله در حال حاضر با 14 ماهواره فعالیت می کند و درنظر دارد سرویس موقعیت یابی دقیق تری را در عرض های بالاتر نسبت به سایر سیستم های GNSS ارائه دهد. پیش بینی می شود گالیله تا سال 2020 با استفاده از 24 ماهواره در شش مدار با سیستم جهانی GPS رقابت کند. گالیله در حال حاضر خدمات پاسخگویی اضطراری را ارائه می دهد و راه و راه آهن اروپا را برای همه ایمن می کند. به دنبال جدیدترین ابداعات در فناوری GPS ، آخرین مدل های دستگاه های ردیابی GPS با یک ماژول یکپارچه Galileo ارائه می شوند. این به دستگاه ردیابی اجازه می دهد تا مکان خود را با استفاده از دو صورت فلکی ماهواره ای مختلف ( GPS + GALILEO ) محاسبه کند تا دقت مکان را بهبود بخشد. ماهواره های گالیله با ساعتهای اتمی پیشرفته که دقیقاً کمتر از یک نانو ثانیه در هر 24 ساعت هستند یکپارچه شده اند. دقت بهتر ساعتهای اتمی بدین معنی است که می توانید محل قرارگیری وسیله نقلیه را در فاصله 1 متری مشخص کنید. استفاده از این سیستم در ساعت های ردیاب که به عنوان ردیاب کودک استفاه می شوند نیز متداول شده است. ماهواره های گالیله نیز در مقایسه با GPS ایالات متحده ، در ارتفاعات بالاتری قرار می گیرند ، این بدان معنی است که ماهواره های گالیله مخروط دید وسیع تری دارند و به همین دلیل شانس شما را از نظر قرار گرفتن در دید ماهواره افزایش می دهد.
همه پیشرفت های فنی و پیشرفت های عملکرد گالیله از طریق GPS بسیار عالی به نظر می رسد، اما مهمترین چیز در مورد گالیله این است که این اولین سیستم ناوبری است که توسط غیرنظامیان اداره می شود. اتحادیه اروپا برای هدایت بازار جهانی خدمات ردیابی و زمان بندی ، سیستم پیمایش گالیله را ساخته است که تخمین زده می شود تا سال 2021 حدود 260 میلیارد یورو ارزش داشته باشد و مشخص شده است که 8٪ از اقتصاد اتحادیه اروپا به در دسترس بودن سیستم ناوبری جهانی بستگی دارد. دقت و صحت بهبود یافته گالیله در ردیابی ، مزایای عملی در مورد استفاده عمرانی مانند موارد زیر را می دهد. کمک به افراد دارای معلولیت برای حرکت در شهرها، اتومبیل های هوشمند بدون راننده ، ترافیک هوایی کارآمدتر و ایمن تر و همچنین ردیابی دقیق تر وسایل نقلیه.
تفاوت بین GPS و GLONASS
در چند سال گذشته تعداد زیادی چیپست بوجود آمده است که علاوه بر GPS قابلیت ردیابی صورت های ماهواره ای را نیز دارند . سوالی که اغلب از مردم پرسیده می شود اینست که کدام یک از برنامه های GPS یا GLONASS بهتر است؟ بهترین پاسخ این است که "از هر دوی آنها استفاده کنید."
اکنون که ما یک ایده در مورد نحوه کار سیستم و آنچه برای ردیابی لازم داریم بدست آورده ایم، بیایید GPS را با سیستم GLONASS روسی مقایسه کنیم. برای GPS ، ایالات متحده متعهد شده است كه حداقل 24 ماهواره عملیاتی GPS ، 95٪ از زمان را حفظ كند. در چند سال گذشته 31 ماهواره به طور پیوسته عملیاتی شده است. صورت فلکی GLONASS در سال 1995 نیز به پایان رسید ، اما در پایان دهه 1990 با از دست دادن ماهواره ها ناقص شد. در دوره ریاست جمهوری ولادیمیر پوتین ، پروژه GLONASS در اولویت قرار گرفت و بودجه قابل توجهی افزایش یافت. تا اکتبر سال 2011 صورت فلکی کامل 24 ماهواره احیا شد و پوشش جهانی را ارائه می داد. از نظر دقت و صحت موقعیت مکانی GPS نسبت به GLONASS کمی بهتر است ، اما به دلیل موقعیت متفاوت ماهواره های GLONASS ، در عرض های جغرافیایی (شمال و جنوب جنوبی) از دقت بهتری برخوردار است.
مزایای استفاده از چندین گیرنده GNSS به صورت هم زمان
برای برنامه های کاربردی در محیط های شهری که ساختمانهای بلند ممکن است باعث ایجاد مانع در بخشی از آسمان شوند ، راه حلی که پیشنهاد می شود استفاده از ترکیبی از چندین سیستم GNSS مانند ترکیبی از ماهواره های GPS و GLONASS است. با رانندگی بین ساختمانهای بلند می توان متوجه شد تعداد ماهواره هایی را که برای این گیرنده قابل مشاهده است محدود می شود. اگر فقط به یک صورت فلکی تکیه کنید، ممکن است 4 ماهواره در چنین برشی کوچک از آسمان قابل مشاهده نباشند و این امر می تواند مشکل را برای یافتن موقعیت دشوار کند. اما هنگامی که صورت فلکی دوم را اضافه می کنید، شانس خود را برای رفع مشکل در این محیط دو برابر می کنید.
صنایع و مشاغل می توانند با انجام تنظیمات برای استفاده از ترکیبی از سیستم های GNSS به مزایای زیر دست یابند:
- افزایش امنیت: در صورت عدم موفقیت ماهواره ، گیرنده های GNSS آن را به طور خودکار از راه حل ناوبری خارج کرده و از سیستم دیگری استفاده خواهند کرد.
- چندین مسیر: دسترسی به ماهواره های متعدد باعث افزایش دید در مناطقی با انسداد طبیعی یا مصنوعی می شود (دره هایی که در شهرها توسط ساختمانهای بلند ایجاد شده اند و می توانند به طور جدی روی دقت GNSS با یک فرکانس تأثیر بگذارند) و بهبود زمان برای تعین موقعیت. اندازه گیری زمان مورد نیاز برای یک دستگاه متصل به GNSS برای تعیین موقعیت آن.
- افزایش یکپارچگی داده ها :گالیله ویژگی های امنیتی بیشتری را برای صنایع دریایی، ریلی، تدارکات و صنایع خودرو فراهم می کند. لایه بندی چندین سیستم مانند Galileo با GPS از نظر میزان دسترسی، موقعیت یابی و دقت، شبکه گسترده تری را ایجاد می کند.
اغلب ردیاب های مورد استفاده در شرکت آرا سیستم از سیستم ردیاب جی پی اس بهره می برند که یک سیستم جهانی است.