موضوع مقاله: ناوبری ماهواره‌ای | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ناوبری ماهواره‌ای | مقدمه: سامانه ناوبری ماهواره‌ای که به اختصار satnav نیز نامیده می‌شود، سامانه‌ای است که از ماهواره برای زمین‌موقعیت‌یابی خودکار استفاده می‌کند. | ## بخش 1: ناوبری ماهواره‌ای | چهار سامانه جهانی فعال در سال ۲۰۲۴ عبارتند از: سامانه موقعیت‌یاب جهانی (GPS) متعلق به ایالات متحده آمریکا، گلوناس روسیه، سامانه ناوبری بیدو (BDS) متعلق به چین و سامانه گالیلئو متعلق به اتحادیه اروپا. نسخه‌های پیشین سامانه ناوبری بیدو و سامانه کنونی ناوبری منطقه‌ای هند (IRNSS) به‌طور عملیاتی با عنوان NavIC شناخته می‌شود و نمونه‌هایی از عملکرد مستقل سامانه منطقه‌ای ناوبری ماهواره‌ای یا RNSS به‌شمار می‌روند. دستگاه‌های ناوبری ماهواره‌ای موقعیت (طول و عرض جغرافیایی و فرازا/ارتفاع) را با دقت زیاد (در حد چند سانتی‌متر تا متر) با استفاده از سیگنال‌های زمان منتقل‌شده از خط دید توسط رادیو از ماهواره‌ها تعیین می‌کنند. این سامانه را می‌توان برای تعیین موقعیت، ناوبری یا برای ردیابی موقعیت چیزی که دارای یک گیرنده است (ردیابی ماهواره‌ای)، استفاده کرد. همچنین سیگنال‌ها به گیرنده الکترونیکی اجازه می‌دهد تا زمان محلی فعلی را با دقت بالایی محاسبه کند که امکان همگام‌سازی زمان را فراهم می‌کند. این کاربردها در مجموع به عنوان موقعیت‌یابی، ناوبری و زمان‌بندی (PNT) شناخته می‌شوند. سامانه‌های ناوبر ماهواره‌ای مستقل از هر گیرنده تلفنی یا اینترنتی کار می‌کنند، اگرچه این فناوری‌ها می‌توانند سودمندی اطلاعات موقعیت‌یابی تولیدشده را افزایش دهند. پوشش جهانی هر سامانه به‌طور کلی توسط یک منظومه ماهواره‌ای شامل ۱۸ تا ۳۰ ماهواره در مدار میانی زمین (MEO) به دست می‌آید که بین چندین صفحه مداری پخش شده‌اند. ویژگی‌های سامانه‌های واقعی متفاوت است اما همه آنها انحراف مداری بیش از ۵۰ درجه و تناوب مداری تقریباً دوازده ساعته (در ارتفاع حدود ) دارند. ویژگی‌ها سامانه‌های جهانی ناوبری ماهواره‌ای (GNSS) سیستم‌هایی هستند که به گیرنده‌های کوچک اجازه می‌دهند تا موقعیت خود را (طول، عرض و ارتفاع جغرافیایی) با خطای چند متری مشخص کنند. ایستگاه‌های ثابت زمینی می‌توانند برای محاسبه بسیار دقیق زمان برای آزمایش‌های علمی استفاده شوند. سامانهٔ گلوناس (GLONASS)متعلق به روسیه در حال تقویت است تا به اهداف نظامی و تجاری خود دست یابد. سیستم ناوبری اتحادیه اروپا با نام گالیلئو (Galileo) در مرحله توسعه است و اکنون فعال است. یک سیستم ناوبری ماهواره ای با پوشش جهانی ممکن است یک سیستم ماهواره ای ناوبری جهانی (سمنج یا GNSS) نامیده شود. سیستم ماهواره ای ناوبری منطقه ای هند (IRNSS) قصد دارد در طولانی مدت به یک نسخه جهانی گسترش یابد. ادغام سیستم موقعیت‌یابی جهانی ایالات متحده (GPS) و سیستم ماهواره ناوبری جهانی روسیه (GLONASS) اولین بار توسط جواد اشجعی انجام گرفت. GNSS-۲: نسل دوم سیستم‌های ناوبری هستند که به‌طور مستقل کاربرد غیرنظامی سیستم را فراهم می‌کنند (مانند گالیلئو اروپا) این سیستم‌ها دقت و کارایی مورد نیاز کاربردهای غیرنظامی سیستم را در اختیار قرار می‌دهند. این سامانه‌ها از بسامدهای L۱ و L۲ برای کاربرد غیرنظامی و بسامد L۵ برای همگرایی استفاده می‌شود. | ## بخش 2: ناوبری ماهواره‌ای | این سیستم‌های ناوبری، یک پالس رادیویی از ایستگاه مادر سپس سایر ایستگاه‌های تابع ارسال می‌کردند. اختلاف بین ارسال و دریافت در ایستگاه‌های تابع با دقت کنترل می‌شدند که به گیرنده‌ها امکان می‌دادند تا اختلاف بین دریافتها و ارسالها را تشخیص دهند. اولین سیستم ناوبری ماهواره‌ای Transit نام داشت که در دهه ۱۹۶۰ میلادی توسط ارتش ایالات متحده ساخته شد. به این صورت که ماهواره‌هایی که در یک مدار مشخص در حرکت بودند سیگنال‌هایی را در فرکانسهای معین ارسال می‌کردند. فرکانس دریافتی به صورت واضحی با فرکانس ارسالی تفاوت دارد که آنهم به‌دلیل حرکت مشخص ماهواره بود. با بررسی این فرکانسها در یک زمان بسیار کوتاه موقعیت تقریبی گیرنده مشخص می‌شد که بعدها شیوه‌های اندازه‌گیری با دخیل کردن چندین پارامتر از جمله حرکت مداری ماهواره دقیقتر شد. برای اطمینان از دقت بالا، رصدخانه نیروی دریایی آمریکا (USNO) دائماً مسیر حرکت این ماهواره‌ها را زیرنظر دارد. اگر ماهواره‌ای کمی از مدار منحرف شد، این سازمان اطلاعات لازم را برای اصلاح مسیر ارسال می‌کند. ماهواره سیگنال‌هایی ارسال می‌کند که اطلاعات موقعیت ماهواره و زمان دقیق ارسال سیگنال را دارد. موقعیت ماهواره در قالب پیامهای داده‌ای ارسال می‌شود که حاوی کدی است که به عنوان مرجع زمانبندی استفاده می‌شود. گیرنده زمان ارسالی ماهواره را با زمان داخلی خود مقایسه کرده و فاصله ماهواره تا خود را اندازه می‌گیرد. این مقایسه با ماهواره‌های دیگر در ارتباط با این گیرنده انجام می‌شود و سپس محل دقیق گیرنده مشخص می‌شود. در مورد گیرنده‌هایی که با سرعت بالا حرکت می‌کنند، موقعیت امواج ارسالی آن‌ها تغییر می‌کند. ضمناً سرعت امواج رادیویی در برخی لایه‌های جو از جمله یونوسفر کمتر است که بستگی به زاویه ماهواره به گیرنده دارد. ناوبری ماهواره‌ای به ارتشها این امکان را می‌دهد تا سلاح یا موشک خود را با دقتی فوق‌العاده به هدف بزنند که این امر تأثیر سلاح را چند برابر می‌کند. همچنین اشتباهات ناشی از هدایت غیرصحیح موشک را کاهش می‌دهد (مانند بمبهای هوشمند). ناوبری ماهواره‌ای به نیروها جهت حرکت و شناسایی موقعیت فعلی خود و سایر همرزمان حتی در شرایط سخت محیطی کمک می‌کند. در حقیقت این نیرو در جهت کاهش حوادث ناخواسته در جنگ و افزایش ارتباطات نیروهای خودی در میدان نبرد کاربرد فراوانی دارد. | ## بخش 3: ناوبری ماهواره‌ای | به همین جهت، سیستم ناوبری ماهواره‌ای می‌تواند به عنوان یک ابزار قدرتمند در هر ارتشی باشد. در امور غیرنظامی کاربردهای فراوانی برای GNSS تعریف شده است: ناوبری یا هدایت (از دستگاه‌های کوچک دستی تا ماشین‌ها، کشتیها و هواپیماها) تنظیم زمان سرویهای محلی مانند enhanced۹۱۱ عملیات نجات وارد کردن اطلاعات در نقشه‌های جغرافیایی علوم ژئوفیزیک رهگیری اشیاء و… نکته مهم این است که مالکان سیستم‌های ناوبری می‌توانند استفاده از امکانات خود را محدود کنند؛ مثلاً کل سرویس خود را در یک منطقه غیرفعال کنند. این سیستم بر پایه بیش از ۳۲ ماهواره استوار است که در مدارهای میانی زمین در حرکتند (این عدد شامل ماهواره‌های قدیم و جایگزین شده هم هست). بیدو بیدو به عنوان بیدو-۱ که اکنون از کار افتاده است، یک شبکه محلی آسیا-اقیانوسیه در مدارهای ثابت زمین بود. با بودجه اختصاصی ۲٫۴ میلیارد پوندی طبق برنامه این سیستم در سال ۲۰۱۲ آغاز به کار کرد. پیش‌بینی می‌شود این سیستم با GPS ارتقا یافته موجود هماهنگی داشته و گیرنده‌ها بتوانند از هر دوی این فناوری‌ها استفاده کنند. سامانه‌های منطقه‌ای ناوبری ماهواره‌ای NavIC سامانه ماهواره‌ای ناوبری منطقه‌ای هند یا IRNSS، سیستم ناوبری ماهواره‌ای محلی هند و یک سیستم ناوبری محلی مستقل است و زیرنظر سازمان تحقیقات فضایی هند وابسته به دولت هندوستان فعالیت می‌کند. دولت هند این پروژه را در ماه مه۲۰۰۶ به اجرا درآمد و در سال ۲۰۱۲ پیاده‌سازی آن به اتمام رسید. این سیستم از ۷ ماهواره مستقر در مدار ثابت تشکیل شده که دقتی نزدیک ۲۰ متر دارد و تا شعاع ۲۰۰۰ کیلومتری اطراف هند را هم پوشش می‌دهد. چین اعلام کرده که سیستم ناوبری محلی خود با نام Beidou یا دب اکبر را به یک سیستم سراسری تبدیل خواهد کرد. به گزارش خبرگزاری رسمی چین این برنامه Compass نام گرفته و از ۳۰ مدارگرد (که در مدارات میانی در حرکتند) و ۵ ماهواره ثابت تشکیل شده است. همچنین چین مایل به مشارکت کشورهای دیگر برای توسعه سیستم است که با توجه به مشارکت چین در سیستم ناوبری اروپا (Galileo) ابهاماتی در این زمینه وجود دارد. تقویت و برافزایش سامانه‌ای که با دریافت اطلاعات خارجی، دقت و قابلیت اعتماد سیستم ناوبری ماهواره‌ای را افزایش می‌دهد. هم‌اکنون حسگرهای زیادی روی زمین وجود دارند که اطلاعات GNSS را دریافت و پردازش می‌کنند. بعضی از این سنسورها، اطلاعات اضافه تری در مورد منشأ خطاها اعلام می‌کنند و نحوه اندازه‌گیری موقعیت را هم مشخص می‌کنند. ماهواره‌های LEO در حال حاضر دو شبکه تلفن ماهواره‌ای موجود در مدار پایینی زمین (LEO) قادر به ردیابی واحدهای فرستنده گیرنده با دقت چند کیلومتر با استفاده از محاسبات شیفت داپلر از ماهواره هستند. مختصات به واحد فرستنده و گیرنده بازگردانده می‌شود و در آنجا می‌توان آنها را با استفاده از مجموعه دستورهای هایس یا رابط کاربری گرافیکی خواند. | ## جمع‌بندی | این امکان همچنین می‌تواند توسط دروازه برای اعمال محدودیت در برنامه‌های تماس محدود جغرافیایی استفاده شود.