ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम क्या है? जीपीएस को समझना

ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम या जीपीएस एक ग्लोबल नेविगेशन सैटेलाइट सिस्टम (GNSS) है जो पोजिशनिंग, नेविगेशन और टाइमिंग सिस्टम (PNT) प्रदान करता है। इसे संयुक्त राज्य अमेरिका के रक्षा विभाग (US .) द्वारा विकसित किया गया था DoD) 1970 के दशक की शुरुआत में। रूस के GLONASS, यूरोप के गैलीलियो और चीन के BeiDou जैसे अन्य उपग्रह आधारित नेविगेशन सिस्टम हैं, लेकिन संयुक्त राज्य अमेरिका का ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम (GPS) और रूसी ग्लोबल नेविगेशन सैटेलाइट सिस्टम (GLONASS) एकमात्र पूरी तरह कार्यात्मक उपग्रह आधारित हैं। नेवीगेशन सिस्टम क्रमशः 32 उपग्रह नक्षत्र और 27 उपग्रह तारामंडल के साथ। जीपीएस प्रौद्योगिकी के विकास से पहले, नेविगेशन (समुद्र, भूमि या पानी में) के लिए मुख्य सहायता मानचित्र और कंपास हैं। जीपीएस की शुरुआत के साथ, दो मीटर या उससे कम की स्थिति सटीकता के साथ नेविगेशन और स्थान की स्थिति बहुत आसान हो गई। जीपीएसजीपीएस संरचना का रूपरेखा इतिहास अवलोकनजीपीएस सेगमेंटस्पेस सेगमेंटकंट्रोल सेगमेंटयूजर सेगमेंटजीपीएस का कार्य सिद्धांत उपग्रहों के स्थान का निर्धारण उपग्रहों और जीपीएस रिसीवर के बीच की दूरी का निर्धारण 2-डी प्लेन में रिसीवर 3 डी स्पेस में रिसीवर की स्थिति जीपीएस रिसीवर के प्रकार ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम (जीपीएस) के अनुप्रयोग जीपीएस का इतिहास जीपीएस के विकास से पहले, अमेरिका द्वारा जमीन आधारित नेविगेशन सिस्टम जैसे लोरान (लॉन्ग रेंज नेविगेशन) और यूके द्वारा डेक्का नेविगेटर सिस्टम नेविगेशन के लिए मुख्य प्रौद्योगिकियां हैं। ये दोनों तकनीकें रेडियो तरंगों पर आधारित हैं और रेंज कुछ सैकड़ों किलोमीटर तक सीमित थीं। 1960 के दशक की शुरुआत में, संयुक्त राज्य सरकार के तीन संगठन जैसे कि राष्ट्रीय वैमानिकी और अंतरिक्ष प्रशासन (NASA), रक्षा विभाग (DoD) और परिवहन विभाग (DoT) ने कई अन्य संगठनों के साथ उच्च सटीकता, मौसम स्वतंत्र संचालन और वैश्विक कवरेज प्रदान करने के उद्देश्य से एक उपग्रह आधारित नेविगेशन प्रणाली विकसित करना शुरू किया। यह कार्यक्रम नेविगेशन सैटेलाइट टाइमिंग और रेंजिंग ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम (NAVSTAR ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम) में विकसित हुआ। इस प्रणाली को सबसे पहले संयुक्त राज्य अमेरिका की सेना की जरूरतों को पूरा करने के लिए एक सैन्य प्रणाली के रूप में विकसित किया गया था। अमेरिका सेना ने नेविगेशन के साथ-साथ हथियार प्रणाली लक्ष्यीकरण और मिसाइल गाइडिंग सिस्टम के लिए NAVSTAR का इस्तेमाल किया। संयुक्त राज्य अमेरिका के खिलाफ इस नेविगेशन प्रणाली का उपयोग करने वाले दुश्मनों की संभावना मुख्य कारण है कि नागरिकों को इसकी पहुंच नहीं दी गई थी। पहला NAVSTAR उपग्रह 1978 में लॉन्च किया गया था और 1994 तक 24 उपग्रहों के एक पूर्ण नक्षत्र को कक्षा में रखा गया था और इस प्रकार यह पूरी तरह से चालू है। १९९६ में, यू.एस सरकार ने नागरिकों के लिए जीपीएस के महत्व को पहचाना और एक दोहरे उपयोग प्रणाली की घोषणा की, जिससे सैन्य और नागरिक दोनों तक पहुंच की अनुमति मिलती है। जीपीएस संरचना अवलोकन उपग्रह आधारित नेविगेशन सिस्टम ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम (जीपीएस) की मूलभूत तकनीक रिसीवर और ए के बीच की दूरी को मापना है। कुछ उपग्रह जो एक साथ देखे जाते हैं। इन उपग्रहों की स्थिति पहले से ही ज्ञात है और इसलिए इनमें से चार उपग्रहों और रिसीवर के बीच की दूरी को मापकर, जीपीएस रिसीवर की स्थिति के तीन निर्देशांक अर्थात अक्षांश, देशांतर और ऊंचाई स्थापित की जा सकती है। चूंकि रिसीवर की स्थिति में परिवर्तन बहुत सटीक रूप से निर्धारित किया जा सकता है, रिसीवर का वेग भी निर्धारित किया जा सकता है। जीपीएस सेगमेंट इस जटिल ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम की संरचना तीन प्रमुख खंडों में विभाजित है: अंतरिक्ष खंड, नियंत्रण खंड और उपयोगकर्ता खंड। इसमें संयुक्त राज्य वायु सेना द्वारा नियंत्रण खंड और अंतरिक्ष खंड का विकास, संचालन और रखरखाव किया जाता है। निम्न छवि जीपीएस प्रणाली के तीन खंडों को दिखाती है। अंतरिक्ष खंडजीपीएस के अंतरिक्ष खंड (एसएस) में २४ उपग्रहों का एक समूह है जो लगभग गोलाकार कक्षाओं में पृथ्वी के चारों ओर परिक्रमा कर रहे हैं। उपग्रहों को छह कक्षीय तलों में रखा गया है, जिसमें प्रत्येक कक्षीय तल में चार उपग्रह हैं। कक्षीय विमानों का झुकाव और उपग्रहों की स्थिति को एक विशेष तरीके से व्यवस्थित किया जाता है जैसे कि कम से कम छह उपग्रह हमेशा पृथ्वी पर किसी भी स्थान से दृष्टि की रेखा में होते हैं। अंतरिक्ष में नक्षत्र की व्यवस्था के लिए, जीपीएस उपग्रहों को लगभग 20,000 KM की ऊँचाई पर मध्यम पृथ्वी की कक्षा (MEO) में रखा गया है। अतिरेक को बढ़ाने और सटीकता में सुधार करने के लिए, नक्षत्र में जीपीएस उपग्रहों की कुल संख्या 32 तक बढ़ा दी गई है, जिनमें से 31 उपग्रह चालू हैं। नियंत्रण खंडजीपीएस के नियंत्रण खंड (सीएस) में दुनिया भर में निगरानी और नियंत्रण का एक नेटवर्क शामिल है। और ट्रैकिंग स्टेशन। नियंत्रण खंड का प्राथमिक कार्य जीपीएस उपग्रहों की स्थिति को ट्रैक करना और उन्हें उचित कक्षाओं में बनाए रखना है। और अन्य पैरामीटर। GPS कंट्रोल सेगमेंट को फिर से चार उप-प्रणालियों में विभाजित किया गया है: एक नया मास्टर कंट्रोल स्टेशन (NMCS), एक वैकल्पिक मास्टर कंट्रोल स्टेशन (AMCS), चार ग्राउंड एंटेना (GAs) और मॉनिटर स्टेशनों (MSs) का एक विश्वव्यापी नेटवर्क। GPS सैटेलाइट नक्षत्र के लिए केंद्रीय नियंत्रण नोड मास्टर कंट्रोल स्टेशन (MSC) है। यह श्राइवर एयर फोर्स बेस, कोलोराडो में स्थित है और 24×7 संचालित करता है। मास्टर कंट्रोल स्टेशन की मुख्य जिम्मेदारियां हैं: सैटेलाइट रखरखाव, पेलोड मॉनिटरिंग, परमाणु घड़ियों को सिंक्रनाइज़ करना, सैटेलाइट पैंतरेबाज़ी, जीपीएस सिग्नल प्रदर्शन का प्रबंधन, नेविगेशन संदेश डेटा अपलोड करना, पता लगाना जीपीएस सिग्नलिंग विफलता और उन विफलताओं का जवाब। कई मॉनिटर स्टेशन (एमएस) हैं लेकिन उनमें से छह महत्वपूर्ण हैं। वे हवाई, कोलोराडो स्प्रिंग्स, असेंशन द्वीप, डिएगो गार्सिया, क्वाजालीन और केप कैनावेरल में स्थित हैं। ये मॉनिटर स्टेशन लगातार उपग्रहों की स्थिति पर नज़र रखते हैं और डेटा को आगे के विश्लेषण के लिए मास्टर कंट्रोल स्टेशन को भेजा जाता है। क्वाजालीन। इन एंटेना का उपयोग डेटा को उपग्रहों से अपलिंक करने के लिए किया जाता है और डेटा कुछ भी हो सकता है जैसे घड़ी सुधार, टेलीमेट्री कमांड और नेविगेशन संदेश। उपयोगकर्ता खंड जीपीएस सिस्टम के उपयोगकर्ता खंड में नेविगेशन, सटीक या मानक के लिए नागरिक और सेना जैसी तकनीक के अंतिम उपयोगकर्ता होते हैं। स्थिति और समय। आम तौर पर, जीपीएस सेवाओं तक पहुंचने के लिए, उपयोगकर्ता को स्टैंड-अलोन जीपीएस मॉड्यूल, जीपीएस सक्षम और समर्पित जीपीएस कंसोल जैसे जीपीएस रिसीवर से लैस होना पड़ता है। इन जीपीएस रिसीवरों के साथ, नागरिक उपयोगकर्ता मानक स्थिति, सटीक जान सकते हैं समय और गति, जबकि सेना सटीक स्थिति, मिसाइल मार्गदर्शन, नेविगेशन, आदि के लिए उनका उपयोग करती है। जीपीएस का कार्य सिद्धांत जीपीएस रिसीवर की मदद से, हम पृथ्वी पर कहीं भी दो-आयामी या तीन-आयामी अंतरिक्ष में किसी वस्तु की स्थिति की गणना कर सकते हैं। . इसके लिए, GPS रिसीवर एक गणितीय विधि का उपयोग करते हैं जिसे Trilateration कहा जाता है, एक ऐसी विधि जिसके उपयोग से किसी वस्तु की स्थिति को पहले से ज्ञात स्थितियों के साथ वस्तु और कुछ अन्य वस्तु के बीच की दूरी को मापकर निर्धारित किया जा सकता है। इसलिए, GPS रिसीवर के मामले में, क्रम में रिसीवर के स्थान का पता लगाने के लिए, रिसीवर मॉड्यूल को निम्नलिखित दो चीजों को जानना होगा: • अंतरिक्ष में उपग्रहों का स्थान और • उपग्रहों और जीपीएस रिसीवर के बीच की दूरी उपग्रहों के स्थान का निर्धारण करने के क्रम में उपग्रह, जीपीएस रिसीवर जीपीएस उपग्रहों द्वारा प्रेषित दो प्रकार के डेटा का उपयोग करता है: पंचांग डेटा और पंचांग डेटा। जीपीएस उपग्रह लगातार अपनी अनुमानित स्थिति संचारित करते हैं। इस डेटा को पंचांग डेटा कहा जाता है, जिसे समय-समय पर अपडेट किया जाता है क्योंकि उपग्रह कक्षा में चलता है। यह डेटा जीपीएस रिसीवर द्वारा प्राप्त किया जाता है और इसकी मेमोरी में संग्रहीत किया जाता है। पंचांग डेटा की मदद से, जीपीएस रिसीवर उपग्रहों की कक्षाओं को निर्धारित करने में सक्षम हो सकता है और यह भी कि उपग्रहों को कहाँ होना चाहिए। उनका वास्तविक पथ। मास्टर कंट्रोल स्टेशन (एमसीएस) समर्पित मॉनिटर स्टेशनों (एमएस) के साथ-साथ ऊंचाई, गति, कक्षा और स्थान जैसी अन्य जानकारी के साथ उपग्रहों के पथ को ट्रैक करता है। यदि किसी भी पैरामीटर में कोई त्रुटि है, तो सही डेटा है उपग्रहों को भेजा जाता है ताकि वे सटीक स्थिति में रहें। एमसीएस द्वारा उपग्रह को भेजे गए इस कक्षीय डेटा को इफेमेरिस डेटा कहा जाता है। उपग्रह, इस डेटा को प्राप्त करने पर, अपनी स्थिति को ठीक करता है और इस डेटा को जीपीएस रिसीवर को भी भेजता है। दोनों डेटा की मदद से अर्थात पंचांग और पंचांग, ​​जीपीएस रिसीवर हर समय उपग्रहों की सटीक स्थिति जानने में सक्षम हो सकता है। उपग्रहों और जीपीएस रिसीवर के बीच की दूरी का निर्धारण जीपीएस रिसीवर और उपग्रहों के बीच की दूरी को मापने के लिए, समय एक प्रमुख भूमिका निभाता है। जीपीएस रिसीवर से उपग्रह की दूरी की गणना करने का सूत्र नीचे दिया गया है: दूरी = प्रकाश का वेग x उपग्रह सिग्नल का पारगमन समययहाँ, पारगमन समय उपग्रह सिग्नल द्वारा लिया गया समय है (रेडियो तरंगों के रूप में सिग्नल, उपग्रह द्वारा जीपीएस रिसीवर को भेजा जाता है) रिसीवर तक पहुंचने के लिए। प्रकाश का वेग एक स्थिर मान है और सी = 3 x 108 मीटर/सेकेंड के बराबर है। समय की गणना करने के लिए, सबसे पहले हमें सैटेलाइट द्वारा भेजे गए सिग्नल को समझना होगा। सैटेलाइट द्वारा प्रेषित ट्रांसकोडेड सिग्नल को स्यूडो रैंडम नॉइज़ (PRN) कहा जाता है। जैसे ही उपग्रह इस कोड को उत्पन्न करता है और संचारित करना शुरू करता है, जीपीएस रिसीवर भी उसी कोड को उत्पन्न करना शुरू कर देता है और उन्हें सिंक्रनाइज़ करने का प्रयास करता है। जीपीएस रिसीवर तब समय की गणना करता है जब रिसीवर उत्पन्न कोड को उपग्रह के साथ सिंक्रनाइज़ होने से पहले गुजरना पड़ता है। एक बार जब उपग्रहों की स्थिति और जीपीएस रिसीवर से उनकी दूरी ज्ञात हो जाती है, तो 2डी स्पेस या 3डी स्पेस में जीपीएस रिसीवर की स्थिति का पता लगाने के लिए निम्नलिखित विधि का उपयोग किया जा सकता है। 2-डी प्लेन में रिसीवर की स्थिति वस्तु या जीपीएस रिसीवर की स्थिति का पता लगाने के लिए 2 - आयामी स्थान अर्थात एक XY विमान, हमें केवल GPS रिसीवर और दो उपग्रहों के बीच की दूरी खोजने की आवश्यकता है। मान लें कि D1 और D2 क्रमशः सैटेलाइट 1 और सैटेलाइट 2 से रिसीवर की दूरी हैं। अब, केंद्र में उपग्रह और D1 और D2 की त्रिज्या के साथ, एक XY विमान पर उनके चारों ओर दो वृत्त बनाएं। इस मामले का चित्रमय प्रतिनिधित्व निम्नलिखित छवि में दिखाया गया है। उपरोक्त छवि से, यह स्पष्ट है कि जीपीएस रिसीवर दो बिंदुओं में से किसी एक पर स्थित हो सकता है जहां दो मंडल प्रतिच्छेद करते हैं। यदि उपग्रहों के ऊपर के क्षेत्र को बाहर रखा जाता है, तो हम उपग्रहों के नीचे वृत्तों के चौराहे के बिंदु पर जीपीएस रिसीवर की स्थिति को इंगित कर सकते हैं। जीपीएस रिसीवर की स्थिति निर्धारित करने के लिए दो उपग्रहों से दूरी की जानकारी पर्याप्त है। एक 2-डी या XY विमान। लेकिन वास्तविक दुनिया एक ३-आयामी स्थान है और हमें जीपीएस रिसीवर की ३-आयामी स्थिति निर्धारित करने की आवश्यकता है अर्थात इसकी अक्षांश, देशांतर और ऊंचाई। हम जीपीएस रिसीवर के 3 आयामी स्थान को निर्धारित करने के लिए चरण-दर-चरण प्रक्रिया देखेंगे। 3 डी स्पेस में रिसीवर की स्थिति आइए मान लें कि जीपीएस रिसीवर के संबंध में उपग्रहों के स्थान पहले से ही ज्ञात हैं। यदि उपग्रह 1 रिसीवर से D1 की दूरी पर है, तो यह स्पष्ट है कि रिसीवर की स्थिति उस गोले की सतह के कहीं भी हो सकती है जो उपग्रह 1 को केंद्र के रूप में और D1 को त्रिज्या के रूप में बनाया गया है। यदि की दूरी रिसीवर से एक दूसरा उपग्रह (उपग्रह 2) D2 है, तो रिसीवर की स्थिति को केंद्र में क्रमशः उपग्रह 1 और 2 के साथ त्रिज्या D1 और D2 के साथ दो क्षेत्रों के चौराहे द्वारा गठित सर्कल तक सीमित किया जा सकता है। इस छवि से , जीपीएस रिसीवर की स्थिति को चौराहे के सर्कल पर एक बिंदु तक सीमित किया जा सकता है। यदि हम जीपीएस रिसीवर से दूरी डी3 के साथ मौजूदा दो उपग्रहों में एक तीसरा उपग्रह (उपग्रह 3) जोड़ते हैं, तो रिसीवर का स्थान तीन क्षेत्रों के चौराहे तक ही सीमित है यानी दो बिंदुओं में से कोई भी। वास्तविक समय की स्थितियों में, दो में से एक स्थिति में स्थित जीपीएस रिसीवर की अस्पष्टता व्यवहार्य नहीं है। इसे रिसीवर से दूरी D4 के साथ चौथा उपग्रह (उपग्रह 4) पेश करके हल किया जा सकता है। चौथा उपग्रह संभावित दो स्थानों से जीपीएस रिसीवर के स्थान को इंगित करने में सक्षम होगा जो पहले केवल तीन उपग्रहों के साथ निर्धारित किया गया था। इसलिए, वास्तविक समय में, वस्तु के सटीक स्थान को निर्धारित करने के लिए न्यूनतम 4 उपग्रहों की आवश्यकता होती है। व्यावहारिक रूप से, जीपीएस सिस्टम इस तरह काम करता है कि कम से कम 6 उपग्रह हमेशा पृथ्वी पर कहीं भी स्थित किसी वस्तु (जीपीएस रिसीवर) को दिखाई देते हैं। प्रकार जीपीएस रिसीवर जीपीएस का उपयोग नागरिक और सेना दोनों द्वारा किया जाता है। इसलिए, जीपीएस रिसीवर के प्रकारों को नागरिक जीपीएस रिसीवर और सैन्य जीपीएस रिसीवर में वर्गीकृत किया जा सकता है। लेकिन वर्गीकरण का मानक तरीका कोड के प्रकार पर आधारित होता है जिसे रिसीवर पता लगाने में सक्षम हो सकता है। मूल रूप से, दो प्रकार के कोड होते हैं जो एक जीपीएस सैटेलाइट प्रसारित करता है: मोटे अधिग्रहण कोड (सी / ए कोड) और पी - कोड। उपभोक्ता जीपीएस रिसीवर इकाइयां केवल सी/ए कोड का पता लगा सकती हैं। यह कोड सटीक नहीं है और इसलिए नागरिक पोजिशनिंग सिस्टम को स्टैंडर्ड पोजिशनिंग सर्विस (एसपीएस) कहा जाता है। दूसरी ओर, पी - कोड, सेना द्वारा उपयोग किया जाता है और यह एक अत्यधिक सटीक कोड है। सेना द्वारा उपयोग की जाने वाली पोजिशनिंग सिस्टम को सटीक पोजिशनिंग सर्विस (PPS) कहा जाता है। जीपीएस रिसीवर्स को इन संकेतों को डीकोड करने की क्षमता के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध जीपीएस रिसीवर को वर्गीकृत करने का दूसरा तरीका सिग्नल प्राप्त करने की क्षमता पर आधारित है। इस पद्धति का उपयोग करते हुए, GPS रिसीवर्स को विभाजित किया जा सकता है: सिंगल - फ़्रीक्वेंसी कोड रिसीवर्ससिंगल - फ़्रिक्वेंसी कैरियर - स्मूथ कोड रिसीवर्स सिंगल - फ़्रिक्वेंसी कोड और कैरियर रिसीवर्स डुअल - फ़्रिक्वेंसी रिसीवर्स ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम (GPS) के अनुप्रयोग GPS ग्लोबल इन्फ्रास्ट्रक्चर का एक अनिवार्य हिस्सा बन गया है, इंटरनेट के समान। आधुनिक जीवन के विभिन्न पहलुओं में फैले हुए अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के विकास में जीपीएस प्रमुख तत्व रहा है। बड़े पैमाने पर विनिर्माण और घटकों के लघुकरण की वृद्धि ने जीपीएस रिसीवर की कीमत कम कर दी है। अनुप्रयोगों की एक छोटी सूची जहां जीपीएस एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, नीचे उल्लिखित है। आधुनिक कृषि ने जीपीएस की मदद से उत्पादन में वृद्धि देखी है। किसान आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ-साथ क्षेत्र क्षेत्र, औसत उपज, ईंधन की खपत, तय की गई दूरी आदि के बारे में सटीक जानकारी प्राप्त करने के लिए जीपीएस तकनीक का उपयोग कर रहे हैं। ऑटोमोबाइल के क्षेत्र में, स्वचालित निर्देशित वाहन औद्योगिक या उपभोक्ता अनुप्रयोगों में सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं। जीपीएस इन वाहनों को नेविगेशन और पोजिशनिंग में सक्षम बनाता है। नागरिक नेविगेशन उद्देश्य के लिए जीपीएस रिसीवर का उपयोग करते हैं। जीपीएस रिसीवर एक समर्पित मॉड्यूल या मोबाइल फोन और कलाई घड़ियों में एक एम्बेडेड मॉड्यूल हो सकता है। वे ट्रेकिंग, रोड ट्रिप, ड्राइविंग आदि में बहुत मददगार होते हैं। अतिरिक्त सुविधाओं में वाहन का सटीक समय और गति शामिल है। आग और एम्बुलेंस जैसी आपातकालीन सेवाएं जीपीएस द्वारा आपदा स्थान की सटीक स्थिति से लाभान्वित होती हैं और समय पर प्रतिक्रिया देने में सक्षम हो सकती हैं। सैन्य नेविगेशन, लक्ष्य ट्रैकिंग, मिसाइल के लिए उच्च परिशुद्धता जीपीएस रिसीवर का उपयोग करता है। मार्गदर्शन प्रणाली, आदि। ऐसे कई अन्य अनुप्रयोग हैं जहां जीपीएस का उपयोग किया जा रहा है या भविष्य में उपयोग का एक बड़ा दायरा है। संबंधित पोस्ट: वायरलेस संचार: परिचय, 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