فهرست مطالب
تاريخچه GPS: 1
ناوبري(Navigation) چيست؟ ۱
GPS چيست؟ ۲
دسته بندي دستگاههاي GPS: 2
GPS چگونه كار مي‏كند؟ ۳
GPS ) در پنج مرحله ساده ۳

فضا، كاربر، كنترل( Space , User , Control ) 4
بخش فضايي( Space Segment ) 4
مدارات ماهواره‌ها( Satellite orbits ) 5
سيگنال‌هاي ماهواره( Satellite Signals ) 5
مسيريابي استاندارد. ۶
بخش كنترل Control Segment 6
بخش كاربري User Segment 7

طريقه كار GPS چگونه است؟ ۷
خطاهاي GPS 8
ارکان GPS: 9
بخش کنترل(نظارت): ۱۰
ساختمان بخش کنترل، فالکونAFB. 10
ايستگاه پيگيري و کنترل زميني، هاوايي. ۱۰
بخش کاربر: ۱۱
ماهواره‌ها در فضا: ۱۲
ايستگاه‌هاي کنترل زميني و گيرنده‌ها: ۱۳

ايستگاه‌هاي کنترل زميني: ۱۳
گيرنده ها: ۱۳
كاربرد ۱۴
سيستم ماهواره اي GPS: 16
سيگنال‌ها ۱۶
دلايل خطاي سيگنال‌هاي GPS 17
كاربرد GPS و مزايا و معايب آن در فضانوردي ۱۸
فعاليت‌هاي ديگر ۱۹
دقت موقعيت يابي GPS: 20

خطاهاي GPS: 21

تاريخچه GPS:
GPS داراي تاريخچه بسيار مهيج و سير تکاملي جالبي مي‌باشد و اخيرا استفاده از آن موجب اکتشافات قابل توجهي شده است. اما قبل از اين که بيشتر راجع به GPS بدانيم، لازم است مطالب بيشتري در مورد ناوبري(Navigation) بدانيم.
ناوبري(Navigation) چيست؟

از زمان ماقبل تاريخ مردم سعي مي کردند يک راه قابل اطمينان پيدا کنند که به آنها بگويد کجا هستند و حتي آنها را به جاييکه مي روند راهنمايي کرده و سپس به خانه بازگرداند.
مردمان غارنشين وقتي که براي تهيه غذا به شکار مي رفتند، احتمالا از سنگ‌ها و شاخه هاي کوچک براي علامت‌گذاري مسير خود استفاده مي کردند. ملوانان نيز ابتدا سواحل را به دقت دنبال مي کردند تا از گم شدنشان جلوگيري کنند.

وقتي دريا نوردان اوليه در درياهاي باز(اقيانوس ها) کشتيراني کردند، دريافتند که مي‌توانند مسير خود را با دنبال کردن ستاره‌ها ترسيم کنند. فنيقيهاي باستان از ستاره شمالي براي سفر به مصر و جزيره کرت استفاده مي‌کردند. بر طبق گفته هومر الهه آتنا به اوديسه گفته است که هنگام سفر کردن در جزيره کاليپسو “دب اکبر را سمت راست خود قرار بده”.

متأسفانه براي اوديسه و ديگر دريانوردان ستاره ها فقط در شب و تنها در شب‌هاي صاف قابل رؤيت هستند.
پيشرفت مهم بعدي در امر ناوبري کشف قطب نماي مغناطيسي و دستگاه زاويه ياب(sextant) بود.
عقربه قطب نما هميشه نقطه شمالي را نمايش مي دهد، بنابراين هميشه دانستن جهت مسيري که در آن حرکت مي‌کنيم را ممکن مي سازد.

 

GPS چيست؟
GPS يا (Global Positioning System) سيستم موقعيت ياب جهاني است و تنها سيستمي مي باشد که امروزه قادر است، موقعيت دقيق شما را بر روي زمين در هر زمان، درهر مکان و در هر هوايي مشخص کند. ماهواره هايGPS، بيست و چهار ساعته در مداري به طول ۱۱۰۰۰ مايل دريايي بالاي زمين در حرکت بوده و پيوسته بوسيله ايستگاه‌هاي زميني در سراسر جهان نظارت مي‌شوند. ماهواره ها سيگنال‌هايي مي‌فرستند که براي هر کس با يک گيرنده GPS قابل شناسايي مي‌باشد. با به کارگيري گيرنده GPS مي توان موقعيت خود را با دقت بالا تعيين نمود(دقت مکاني در هر مکان از يک متر تا ۱۰۰متر بسته به نوع تجهيزات متفاوت مي باشد).

دسته بندي دستگاههاي GPS:
بطور كلي يك GPS را ميتوان از يكي از ۳ گروه ذيل دانست.
GPS MOUSE : هيچ صفحه يا دكمه اي ندارد اما توسط يكpc Laptop با نرم افزار مربوطه قابل استفادة سرويس GPSS مي باشد.
دستگاههاي اين گروه مانند:
Garmin GPS 35
Delorme يا Rand Macnalley ( باقيمت هاي پايينتر)
قيمت اين GPS ها حدود ۷۵ تا ۱۵۰ دلار آمريكا متغير مي باشد. ولي فراموش نكنيد كه اين نوع GPS ها حتماً به Laptop pc نياز دارند.

Hand-Held GPS: اين نوع دستگاهها مي توانند بصورت سيار مورد استفاده قرار گيرند آنها خودشان يك‌صفحه كوچك جهت نمايش اطلاعات و چند دكمه دارند و در شكل ها و تركيب هاي مختلفي عرضه مي‌شوند و هيچگونه نيازي بهLaptop ندارند. كه بطور مثال ميتوان مدل‌هاي با قيمت پائين Garmin شبيه Etrex, GPS12*l , GPS12 يا مدل هاي ۳۱۵, ۳۱۰ ازMagellan را نام برد. تعدادي از اينها يك رابط NMEA و يك كابل رابط دارند قيمت با كابل ممكن است حدود ۲۱۰ دلار به بالا باشد و ممكن است بعضي از كشورها ارزانتر هم موجود باشد.

يك GPS دستي ارزان قيمت با يك كابل رابط براي انتخاب و آغاز كار با GPS مناسب ميباشد, حتي براي سرگرمي يا كار يا آشنايي شما با طرز كار و خدمات GPS.
High-End GPS products: اين دستگاهها شامل يك صفحه نمايشگر بزرگتر و تعدادي نقشه ميباشند و در بعضي از آنها شما بايستي مبلغ بيشتري جهت نقشه ها بپردازيد.
قيمت اين دستگاهها ممكن است بسته به نوع محصول بالاتر از ۱۵۰۰ دلار آمريكا باشد كه نمونه هايي از آن مانند Blaupunkt PhihPs و Alpine ميباشد.

GPS چگونه كار مي‏كند؟
اصول اساسي GPS واقعاً‌ بسيار ساده است، اگر چه سيستم برخي از پيشرفته‏ترين ابزارهايي كه تا حال ساخته شده را به كار مي‏گيرد. براي درك آن بيائيد سيستم را به پنج بخش حياتي تقسيم كرده و هر بخش را جداگانه بررسي كنيم. ما با مفاهيم اصلي شروع مي‏كنيم و بعضي از جزئيات را كنار مي گذاريم، سپس در تمام آنها نكات اصلي را بيان خواهيم نمود.
GPS ) در پنج مرحله ساده
۱) مثلث‏بندي ( اندازه گيري ب روش مثلث‏بندي ) با ماهواره‏ها اساس سيستم است.
۲) براي اندازه‏گيري مثلث‏بندي ، GPS فاصله را توسط زمان طي مسير به وسيله يك پيام راديوئي اندازه مي‏گيرد.

۳) براي اندازه‏گيري زمان طي مسير، GPS به ساعت‏هاي بسيار دقيقي نياز دارد.
۴) وقتي كه شما فاصله تا ماهواره را دانستيد بايد بدانيد كه ماهواره در كجاي فضا قرار دارد.
۵) هنگامي كه سيكنال (پيام) GPS از يونيسفر و جو ( اتمسفر) ‌زمين عبور مي‏كند در آن تاخير به‏وجود مي‏آيد.

فضا، كاربر، كنترل( Space , User , Control )
سيستم GPS شامل ۳ بخش،‌ فضا، كنترل و كاربري مي‌باشد. بخش فضايي شامل آرايش ماهواره‌ها در فضا با (Constellation) مي‌باشد. اولين سري اين ماهواره‌ها در سال ۱۹۷۸ در مدار قرار داده شد. و در سال ۱۹۸۶ توسعه و تكميل آرايش ماهواره‌اي سيستم GPS به علت جلوگيري از خطرات ناشي از عدم مسيريابي انجام پذيرفت. در فوريه ۱۹۸۹ آرايش ماهواره‌اي سيستم GPS با ۲۴ يا تعداد بيشتري ماهواره در مدار كامل و فعال گرديد. سيستم كنترل توسط ارتش آمريكا انجام مي‌گيرد كه رديابي و نگهداري آنها را در مدار كنترل مي‌نمايد.

بخش كاربرها، شامل كاربرهاي نظامي و شخصي هر دو مي‌باشد. كاربرهاي نظامي از سيستم GPS به عنوان، مسيريابي،‌ شناسايي، و سيستم هدايت موشكي استفاده مي‌نمايند و كاربرهاي شخصي هم مي‌توانند همانند نظامي‌ها و براساس نياز از اين سيستم استفاده كنند.
بخش فضايي( Space Segment )
ماهواره‌هاي GPS در حدود ۹۰۰ kg وزن و ۵ متر با نيل‌هاي خورشيدي طول دارند. عمر مفيد اين ماهواره‌ها براي۵/۷ سال طراحي شده است اما اغلب مدت زمان بيشتري در مدار مورد استفاده قرار مي‌گيرند. پنل‌هاي خورشيدي نيروي اوليه را تهيه مي‌نمايند و نيروي (تغذيه) ثانويه توسط باطري‌هاي Nicod تأمين مي‌شود.

در هر ماهواره چهار ساعت (Clock) اتمي فوق‌العاده دقيق نصب گرديده است. در سپتامبر ۲۰۰۱ تعداد ماهواره‌هاي مورد استفاده در مدار ۲۷ عدد بوده است.
مدارات ماهواره‌ها( Satellite orbits )
شامل ۶ مدار با فاصله ۶۰ درجه و در هر مدار ۴ ماهواره وجود دارد و اين امكان را فراهم مي‌سازد كه با وجود اشكال و خرابي ۲ ماهواره در هر مدار سيستم كار نرمال خود را انجام دهد. هر سطح مداري شيبي برابر با ۵۵ درجه با سطح مدار استوايي دارد. ارتفاع زياد مدار (km 20000) باعث ثابت ماندن ماهواره‌ها در مدارشان مي‌شود. همچنين ارتفاع زياد ماهواره باعث پوشش منطقه وسيعي در روي زمين مي‌شود.

ماهواره‌هاي GPS هر نقطه در روي زمين را ۲ بار در روز پوشش مي‌دهند (از هر نقطه در روي زمين دوبار در روز مي‌گذرند).
سيگنال‌هاي ماهواره( Satellite Signals )
هر ماهواره يك سيگنال مسيريابي كه شامل عناصر مداري، وضعيت ساعت (Clock)‌، زمان سيستم و وضعيت پيام‌ها مي‌باشد را ارسال مي‌نمايد. به علاوه يك تقويم نجومي (almanac) تهيه مي‌شود كه اطلاعات (تقريبي) را براي هر ماهواره فعال ارسال نمايد. سيگنال‌هاي راديويي با سرعت نور منتشر مي‌شوند. سيصد هزار كيلومتر در ثانيه، مدت زمان ۰۶/۰ ثانيه طول مي‌كشد كه سيگنال ارسالي از ماهواره GPS به زمين برسد. اين سيگنال‌ها با قدرت كم (حدود ۳۰۰ تا ۳۵۰ وات در طيف مايكروويو) ارسال مي‌گردند.

كد C/A (Coarse A qwsition Cood) براي استفاده كاربرهاي شخصي در دسترس مي‌باشد و به عنوان (SPS) (Standard Positining Service)
مسيريابي استاندارد.
PPS يا Precise Positioning Service سرويس مكان يابي دقيق كه منحصراً در دسترس كاربرهاي نظامي و كاربرهاي مجاز مي‌باشد.

سيگنال‌هاي ماهواره به خط مستقيم جهت رسيدن و استفاده گيرنده‌هاي GPS نيازدارند.
درخت، ساختمان،‌ كوه و حتي دست و يا بدن مي‌تواند سيگنال‌هاي ماهواره‌ها را بلوكه نمايد.
تقويم نجومي يا Almanac شامل اطلاعاتي راجع به مدارات ۲۴ ماهواره مي‌باشد. يك گيرنده GPS از تقويم نجومي كه در پيام‌هاي ديتاي ماهواره وجود دارد براي موقعيت هر ماهواره‌اي كه رديابي مي‌كند استفاده مي‌نمايد. نرم افزار mission planning براي تهيه گراف و موقعيت ماهواره‌هاي قابل رؤيت و بهترين زمان بررسي در منطقه مخصوص،‌ از تقويم نجومي استفاده مي‌نمايد. تقويم نجومي براي مدت ۳۰ روز معتبر مي‌باشد،‌ اما هر بار كه گيرنده GPS روشن مي‌شود بطور اتوماتيك تقويم نجومي را دريافت مي‌كند (در مدت زمان ۱۵ دقيقه). استفاده از تقويم نجومي به روز يا up-to-date براي استفاده از ماهواره‌هايي كه در ديد گيرنده‌هاي GPS قرار مي‌گيرند بسيار مهم مي‌باشد.

بخش كنترل Control Segment
بخش كنترل شامل پنج ايستگاه مونيتور در اقصا نقاط جهان شامل هاوايي، كواجالين،‌ جزيره اسنشن، ديوگوگارسيا و كلورادو مي‌باشد. ايستگاه (MCS) يا مركز كنترل در كلورادو قرار دارد. ايستگاه‌هاي مونيتور، ماهوار‌هاي در معرض ديد را رديابي مي‌نمايد و اطلاعات فاصله را جمع‌آوري و اين اطلاعات را در ايستگاه MCS تجزيه و تحليل و سپس مدارات ماهواره‌ها را مشخص مي‌نمايد و پيام‌هاي هر ماهواره مكان‌ياب را به روز مي‌نمايد. اطلاعات به روز شده از طريق آنتن‌هاي زميني به ماهواره‌ها ارسال مي‌گردد. ماهواره‌هاي GPS 1- پيام‌هاي اطلاعاتي ماهواره (موقعيت و زمان) ۲- تقويم نجومي ۳- اصلاح مداري را كه از ايستگاه MCS دريافت مي‌نمايند، ارسال مي‌كنند و گيرنده‌هاي GPS از تمامي اين اطلاعات جهت محاسبه موقعيت استفاده مي‌نماييد.

بخش كاربري User Segment
بخش كاربري شامل گيرنده‌هاي GPS مي‌باشد كه موقعيت محل، سرعت و زمان دقيق را در همه جاي دنيا مشخص مي‌نمايد. كاربردهاي GPS تقريباً در تمامي زمينه‌ها، از حمل و نقل و كنترل منابع طبيعي و كشاورزي وجود دارد. بعنوان مثال:
– استفاده از GPS براي هدايت هلي‌كوپترها و مشخص نمودن محل‌هاي مورد نظر، خصوصاً در عمليات نجات آسيب‌ديدگان.

– استفاده از GPS جهت تهيه نقشه‌هاي كشاورزي.
– استفاده از GPS در مسيريابي هواپيماها و يا علامت گذاري مناطقي كه بايد سم‌پاشي شود.
– استفاده از GPS براي دريانوردي.
– استفاده از GPS براي مسيريابي در جنگل‌ها.
– تركيبي از GPS/GIS جهت پيدا نمودن سريع‌ترين مسير به مقصد استفاده مي‌شود. حتي از GPS براي تحويل ساندويچ و پيتزا به منازل استفاده مي‌گردد.
طريقه كار GPS چگونه است؟

از اندازه‌گيري فاصله بين گيرنده و ماهواره استفاده مي‌نماييم. ماهواره‌ها در نقاط مشخصي مي‌باشند و گيرنده‌هاي GPS در روي زمين و منطقه ناشناخته‌اي هستند. امواج راديويي با سرعت نور حركت مي‌كنند. با ضرب زمان حركت سيگنال از ماهواره تا گيرنده GPS درkm/s 300000 فاصله ي بين ماهواره و گيرنده مشخص مي‌شود. اگر ما از محل ۴ ماهواره اطلاع داشته باشيم و مقدار فاصله آنها از گيرنده مشخص گردد،‌ در يك فضاي ۳ بعدي مي‌توان محل خود را محاسبه نمود.
۱۲۰۰۰ مايل شعاع كره‌اي مي‌باشد كه مركز آن ماهواره است (پترن ماهواره‌ها كروي و فاصله آنها تا زمين ۱۲۰۰۰ مايل است) محل يا موقعيت ما مي‌تواند هر جاي در روي اين كره باشد.
اندازه‌گيري دوم (ماهواره دومي)، سطح تقاطع دو كره يك دايره است بنابراين حالا مي‌‌دانيم كه محل ما جايي روي دايره است.

اندازه‌گيري سوم، ۳ كره يكديگر را فقط در ۲ نقطه قطع مي‌كند. يكي از دو نقطه به عنوان غيرقابل قبول حذف مي‌شود. كامپيوترها در داخل گيرنده‌هاي GPS روش‌ها و تكنيك‌هاي مختلفي براي مشخص نمودن نقطه صحيح از نقطه غيرقابل قبول دارند.
اندازه‌گيري چهارم، Offset زماني اختلاف بين همزماني Clock ماهواره و Clock گيرنده مي‌باشد. نصب ساعت‌هاي اتمي در گيرنده‌هاي GPS باعث گراني بيش از حد آنها مي‌شود، در گيرنده‌ها از ساعت‌هاي دقيق كوارتز استفاده مي‌شود. اندازه‌گيري چهارم مقدار اين Offset را جبران مي‌نمايد و نقطه صحيح را پيدا خواهد نمود. GPS سرعت را نيز اندازه‌گيري مي‌كند كه براي مسيريابي بسيار مهم است.

خطاهاي GPS
مدت زمان عبور سيگنال‌ها از لايه‌هاي يونسفروتروپسفر متغير مي‌باشد. وجود نويز باعث خطا يا تداخل در گيرنده مي‌شود. خطاهاي موقعيت مداري ممكن است در پارامترهاي ديتا وجود داشته باشد. پارامترهاي ماهواره بطور خلاصه سيستمي از موقعيت‌هاي ماهواره GPS در حوزه زمان مي‌باشد. اين اطلاعات مشخص مي‌كنند كه ماهواره در كجا و در چه موقع در هر نقطه‌اي بايد باشد. تغييرات بسيار كمي در ساعت‌هاي اتمي خطاهاي زيادي را باعث مي‌شود. خطاي يك نانو ثانيه‌اي در گيرنده‌هاي GPS در روي زمين ۳/۰ متر در محاسبه مكان خطا ايجاد مي‌نمايد.

عبور چند مسير سيگنال، محل ماهواره‌ها در فضا و SA باعث خط مي گردند.
عبور چند مسير سيگنال يا Multipath پديده‌اي مي‌باشد كه آنتن‌هاي گيرنده سيگنال را از دو مسير يا بيشتر دريافت مي‌كند. اختلاف مسيري كه سيگنال‌ها طي مي‌نمايند باعث تداخل اين سيگنال‌ها در آنتن گيرنده مي‌گردد و باعث خطا مي‌شود.

پيكربندي يا محل ماهواره‌ها در فضا مي‌تواند بر دقت مكان‌يابي ماهواره تاثير گذارد.
GDOP يك اندازه‌گيري از كيفيت پيكربندي ماهواره مي‌باشد و اشاره به اين موضوع دارد كه ماهواره‌هادر فضا با يكديگر در ارتباط هستند.
SA يا Selective Avalibi lity خطاهاي پارامتري و Clock مصنوعي را نشان مي‌دهد و باعث خطاي عمومي اندازه‌گيري از ۷۰ الي ۱۰۰ مترمي‌شود. SA در چهارم جولاي ۱۹۹۱ فعال و در يكم مي ۲۰۰۰ خاموش گرديد.

خاموش نمودن SA باعث بالارفتن دقت اندازه‌گيري و در نتيجه ايجاد كاربردهاي جديد براي GPS و ارتقاء سطح زندگي مردم در اقصاء نقاط جهان مي‌شود.
توسعه تكنولوژي جديد اين امكان را مي‌دهد در مناطقي دقت GPS را كاهش دهند. ضمن اينكه اين كاهش در نقاط ديگر دنيا غير ضروري مي‌باشد.

ارکان GPS:
يک سيستم GPS داراي سه بخش است:
شکل بالا بخش هاي مختلف يک سيستم GPS را به طور خلاصه نمايش مي‌دهد
بخش فضايي:
اين بخش شامل ۲۴ ماهواره است که هر کدام به تنهايي داراي يک مدار ۱۱۰۰۰ مايل دريايي در بالاي زمين هستند. هر ماهواره حدودا ۱۰سال يا بيشتر فعال مي‌باشد.
چرخش ماهواره‌هاي GPS به دور زمين، دو باردر روز و حدود ۲۰۲۰۰ کيلومتر، بالاي سطح زمين مي باشد. در هر زمان از شبانه روز حداقل ۴ ماهواره يا بيشتر بالاي سر ما در آسمان قرار دارند. براي تخمين موقعيت به وسيله گيرنده به حداقل ۴ماهواره نياز است.

بخش کنترل(نظارت):
بخش کنترل مغز GPS است. اين بخش اداره کننده تمامي ماهواره ها مي باشد.
اين بخش از ايستگاه‌هاي زميني تشکيل شده است(پنج عدد از آنها، در اطراف زمين قرار دارند) که ماهواره ها را از کارکرد درست مطمئن مي سازند.
ارتش آمريکا، بخش اصلي سايت کنترل در نيروي هوايي فالکون، واقع در کلورادو اسپرينگ(the Falcon Air Force Base in Colorado Springs) در آمريکا را اداره مي کند.

ساختمان بخش کنترل، فالکونAFB.
ايستگاه پيگيري و کنترل زميني، هاوايي.
يک بار گردش به دور زمين در فضا برابر يک مدار مي باشد. هريک از ماهواره هاي GPS دوازده ساعت زمان نياز دارند تا يک بار مدار زمين را طي کنند. هر ماهواره به يک ساعت دقيق مجهز شده است که به آن اجازه مي دهد سيگنال هاي زوج را با يک پيام زماني بسيار دقيق مخابره کند(with a precise time message). دستگاه (قسمت) زميني، سيگنال مخابره شده از ماهواره (که با سرعت نور حرکت مي کند) را دريافت مي کند. حتي در اين سرعت، زمان رسيدن سيگنال به گيرنده قابل اندازه گيري مي باشد. تفاوت زماني ميان سيگنال فرستاده شده و زمان دريافت آن، مضربي از سرعت نور مي باشد که گيرنده را قادر مي سازد تا فاصله از ماهواره را محاسبه کند. براي اندازه گيري دقيق طول و عرض جغرافيايي و ارتفاع، گيرنده زماني را که صرف مي شود تا سيگنال ها از چهار ماهواره جدا گانه به آن برسند را محاسبه مي‌کند.

سيستم GPS مي‌تواند موقعيت هر جايي بر روي زمين يا بالاي زمين را با اندازه تقريبا ۳۰۰ فوت(۹۰ متر)، نمايش دهد.
بخش کاربر:
اين بخش از گيرنده‌هايي تشکيل شده که مي توان آن را در دست نگه داشت يا بر روي اتومبيل سوار نمود.

با اين که GPS براي ارتش طراحي شده است ولي شمار کاربران شهري از کاربران نظامي بيشتر است. بعضي از کاربران اصلي GPS عبارتند از:
– سرويس هاي اورژانس- مانند آتش نشاني، آمبولانس در تعيين موقعيت افراد آسيب ديده.
– پي گيري وسايل نقليه – مانند نگهداري و پي گيري کاميونها، قطارها، اتوبوسها و غيره.
– هوانوردي – خلبانان از آن براي راهبري هواپيماها استفاده مي کنند.
– کشاورزي- کشاورزان از GPS براي کنترل بهتر محصولاتشان استفاده مي کنند.

– جمع آوري داده هاي GIS- شهرها براي موقعيت سرويس هايشان مانند خطوط نيرو و لوله کشي آبها در خيابانها از آن استفاده مي کنند.
ماهيگيران و دريانوردان در دريا از آن جهت هدايت قايق‌ها يا تشخيص يک موقعيت در دريا استفاده مي‌کنند. در هدايت وسايل نقليه با استفاده از GPS براي رسيدن به مقصد، نياز به نقشه نيست.
گردشگران و کوهنوردان از آن استفاده مي کنند تا ميسر خود را پيدا کنند
ماهواره‌ها در فضا:

همانطور که گفته شد سيستم فضايي GPS از ۲۴ ماهواره تشکيل شده است که هر يک از آنها، هر ۱۱۰۰۰ مايل دريايي در بالاي زمين را در مدت ۱۲ساعت(يک مدار) طي مي‌کند.
ماهواره‌ها در فضا به صورتي قرار مي‌گيرند که مي‌توانيم تقريبا ۱۰۰ درصد از مواقع، سيگنال‌ها را از شش عدد آنها در هر نقطه روي زمين دريافت کنيم، زيرا جهت بدست آوردن بهترين اطلاعات مربوط به هر موقعيت، سيگنال‌هاي زيادي نياز است. همچنين ماهواره ها به ساعت‌هايي جهت نگهداري زمان دقيق مجهز هستند. اين دقت در حد سه نانو ثانيه(سه ميليارديوم ثانيه ۰۰۰۰۰۰۰۰۳/۰) بوده و بسيار مهم مي باشد، زيرا گيرنده بايد به درستي تعيين کند که سيگنال‌هايي که از هر ماهواره GPS مي رسد، از چه ارتفاعي گرفته شده است( اين اطلاعات براي محاسبه موقعيت گيرنده مورد استفاده قرار مي گيرد

اولين ماهواره GPS در سال ۱۹۷۸ پرتاب شد. ۱۰ ماهواره اول که Block I نام داشتند به منظور توسعه اين تکنولوژي(developmental satellites) فرستاده شدند. از سال ۱۹۸۹ تا ۱۹۹۳، ۲۳ ماهواره هاي توليدي (production satellites) به نام Block II پرتاب شدند. پرتاب بيست و چهارمين ماهواره در سال ۱۹۹۴ اين سيستم را تکميل کرد.
۲۴ ماهواره GPS با مدار ۱۱۰۰۰ مايلي در بالاي زمين، در تمام شبانه روز به نظاميان و غير نظاميان خدمت رساني مي کنند. اين شبکه از ماهواره ها هسته اي از دقيق ترين سيستم ناوبري که تابه امروز ساخته شده است را مي سازد.

ايستگاه‌هاي کنترل زميني و گيرنده‌ها:
ايستگاه‌هاي کنترل زميني:
کنترل GPS يا بخش زميني، از ايستگاه‌هاي محلي اطلاع دهنده اتوماتيک(خودکار) در نواحي مختلف اطراف زمين(هاوايي و ماژالين در اقيانوس آرام، ديگو گارسيا در اقيانوس هند، جزيره اسنشن در اقيانوس آرام و کولورادو اسپيرينگ در کولورادو)، يک ايستگاه اصلي در اشريور (فالکن) پايگاه هوايي کولورادو اسپيرينگ و چهار ايستگاه آنتن بزرگ که سيگنال ها را به سمت ماهواره ها ار سال مي کنند، تشکيل شده اند. همچنين اين ايستگاه ها، ماهواره هاي GPS را رديابي و اطلاع رساني مي‌کنند

گيرنده ها:
گيرنده‌هاي GPS مي‌توانند توسط دست حمل شوندGPS (دستي) يا بر روي هواپيما، کشتي، تانک، زيردريايي، اتومبيل و کاميون نصب شوند. اين گيرنده ها سيگنال هاي ماهواره هاي GPS را دريافت، رمزگشايي و در نهايت آنها را پردازش مي‌کنند. امروزه بيشتر از ۱۰۰ مدل گيرنده متفاوت با اندازه هاي مختلف در حال استفاده هستند(به اندازه يک تلفن بي سيم در گيرنده هاي دستي و حتي کوچک تر از آن در مدل هاي جديد ديده مي شوند).

به عنوان نمونه دستگاه هاي دستي که به نيروهاي ارتش آمريکا در جنگ خليج فارس داده شد تنها ۲۸ اونس وزن داشتند.
GPS در پي‌جويي‌هاي صحرايي، اکتشاف نفت و گاز و شرکتهاي خدمات رفاهي (آب و برق و …) جهت موقعيت يابي دقيق استفاده مي شود.

كاربرد
اخيراً يك محقق در يك نظرسنجي در جهت اهداف تحقيقي سوالي را درباره GPS مطرح كرده است. اين به نظر موضوع جالبي جهت بررسي در اين ماه مي‌باشد. براي شمايي كه هيچ تجربه‌اي در اين زمينه نداريد، در فهم كاربردهاي تحقيقي غيرنظامي كمك زيادي مي‌كند.
سيستم مختصات جهاني (GPS) در اصول بوسيله وزارت دفاع دولت ايالات متحده در جهت كمك به نيروهاي ارتش ايجاد شد. اين سيستم مجموعه‌از اين ماهواره‌هاي فلكي با سيستم‌هاي الكترونيكي مختلف و ايستگاه‌هاي كنترل زميني است. ماهواره‌هاي مختلف سيگنال‌هاي راديويي را كه بوسيله واحدهاي GPS برنامه‌ريزي شده و قابل دريافت است را انتقال مي‌دهد. پس از بسته شدن نطفه آن در ارتش اين سيستم توسعه يافت و قسمت‌هايي از آن همچنين در دسترس جامعه جهاني و بخش تجاري غيرنظامي قرار گرفت.

واحدهاي GPS به طور اساسي ۲ گيرنده راديويي هستند، لذا بايد مسير ديدي به سمت ماهواره‌ها در جهت دريافت سيگنال‌هاي ماهواره‌اي داشته باشد. هر مانعي باعث محدوديت كاركرد و قابليت اطمينان آن مي‌شود. اولين مانع زمين است. ماهواره‌ها در مداري به دور زمين هستند، لذا دسترسي آنها در ساعات مختلف روز در نقاط مختلف دنيا تغيير مي‌كند. برخي از آنها اصلاً در يك مكان خاص قابل مشاهده نيستند. موانع تنها به اين محدود نمي‌شوند. كوه‌ها، تونل‌ها، ساختمان‌هاي بلند، بدنه اتومبيل‌ها و ….، همه مي‌توانند سيگنال‌هاي راديويي را بلوكه كند و يا لااقل قدرت آنها را كاهش دهد.

اگر واحد GPS نتواند سيگنال‌هاي راديويي را دريافت نمايد، نمي‌تواند موقعيت را تعيين نمايد. گيرنده‌ها حداقل بايد دو سيگنال راديويي را براي انجام هر محاسبه موقعيتي دريافت نمايند. با دريافت سيگنال‌هاي بيشتر قابليت اطمينان محاسبات بالا مي‌رود.
گيرنده‌هاي ماهواره‌اي، با اطلاعات اساسي درباره ماهواره‌ها و مناطق جغرافيايي برنامه‌ريزي مي‌شوند. واحدهاي كم‌هزينه‌تر جهت كار در مناطق محدودتري از قبيل آمريكاي شمالي عمل مي‌كنند، در حالي كه واحدهاي گرانتر بر روي دكل شبكه جهاني عمل مي‌كنند. واحدهاي GPS گران قيمت قبل از اينكه بتوانند كار كنند، نياز به ورودي كاربري در رابطه با مناطق جغرافيايي و قاره‌ها دارند و راهنماي دستورالعمل كاربر شامل اين اطلاعات اساسي است.

همانند يك واحد GPS گيرنده‌هاي GPS بوسيله منبع نيرو محدود مي‌شوند. شرايط محيطي از قبيل گرما و رطوبت مي‌تواند در عملكرد اين واحد محدوديت ايجاد نمايد. تا اين مرحله ما با محدوديت‌ها آشنا شديم: قدرت ديد منابع، برنامه‌نويسي بانك اطلاعاتي داخلي، منابع نيرو و ضريب اطمينان اجزاء الكترونيكي.

كاربرد سرمايه‌گذاري GPS با ملاحظات قانوني آغاز شد و كاربرد سرويس‌هاي اصلي GPS تحت اين قانون مجاز گرديد. اما آيا اين مانعي براي قانون استراق سمع است؟ پاسخ در بيشتر موارد خير است،‌ اما نه در همه مواقع. سه كليد جهت تفسير مشروعيت آن تعريف حقوقي GPS وسايل ارتباطي و ذخيره‌سازي و انتظار منطقي از اختفا در شرح كاربرد آن است.