หลักการสำรวจหาตำแหน่งพื้นโลกด้วยดาวเทียม GPS

หลักการกำหนดตำแหน่งบนโลกด้วยดาวเทียม GPS

การกำหนดตำแหน่งบนโลกด้วยดาวเทียมต้องทราบระยะห่างจากดาวเทียม และตำแหน่งดาวเทียมว่าอยู่ที่ไหน จึงจะสามารถคำนวณหาตำแหน่งได้โดยอาศัยหลักการนี้ การใช้ ดาวเทียมเป็นตำแหน่งอ้างอิง และถูกควบคุมติดตามจากสถานีภาคพื้นดินและมีวงโคจรที่แน่นอน ทำให้สามารถทราบว่าดาวเทียมแต่ละดวงปัจจุบันอยู่ที่ตำแหน่งไหน ซึ่งตำแหน่งของดาวเทียมจะพยากรณ์ไว้ล่วงหน้า เรียกฟังก์ชันการคำนวณเวลานี้ว่า อีฟิเมอริสดาวเทียม (Satellite Ephemeris) ซึ่งได้จากการรังวัดไปยังดาวเทียมของสถานีติดตามดาวเทียม ในการหาตำแหน่งที่ต้องการความถูกต้องสูงต้องใช้ อีฟิเมอริสดาวเทียมที่ได้จากวงโคจรจริงๆ ซึ่งจะได้ข้อมูลหลังจากที่ได้รังวัดหาตำแหน่งจากระบบ GPS แล้ว

การหาระยะทางตำแหน่งห่างจากดาวเทียม ได้จากการวัดเวลาที่สัญญาณคลื่นวิทยุเดินทางจากดาวเทียมมาถึงเครื่องรับ GPS คูณ  ความเร็วของแสง (300,000 กม./วินาที)   ซึ่งจะทราบระยะเวลาคลื่นวิทยุจากดาวเทียมเดินทางมาถึงเครื่องรับโดยเปรียบเทียบเวลารหัสดาวเทียมกับรหัสเครื่องรับ   

การวัดระยะทางไปยังดาวเทียม เรียกว่า เรนจิง (Ranging) ซึ่งการคำนวณตำแหน่ง    ต้องวัดระยะทางไปยังดาวเทียมอย่างน้อย 3 ดวง พร้อมๆ กัน และระยะทางทั้ง 3 ต้องไม่เป็นเส้นที่อยู่บนระนาบเดียวกัน ระยะทางจากดาวเทียมแต่ละดวงซึ่งก็คือวงกลมแต่ละวงนั่นเอง ถ้าหากมีวงกลม 2 วง     ก็ยังไม่สามารถหาตำแหน่งที่แน่นอนได้เพราะจุดตัดของวงกลมมี 2 จุด จุดตัดก็คือเส้นรอบวงของวงกลมหรือตำแหน่งของตัวรับสัญญาณนั่นเอง แต่เมื่อมีวงกลมตั้งแต่ 3 วงขึ้นไป จะรู้ตำแหน่งที่แน่นอน เพราะจุดตัดจะมีจุดเดียว เมื่อได้ระยะทางอย่างน้อย 3 ระยะทางจากดาวเทียม 3 ดวงก็จะสามารถหาตำแหน่งได้ แต่ถ้ามีจำนวนดาวเทียมมากก็จะได้ตำแหน่งที่ถูกต้องมากสามารถหาค่าของเวลา และความสูงได้ด้วย

การวัดระยะทางไปยังดาวเทียม 3 ดวง และรู้ตำแหน่งของดาวเทียมที่วัดระยะไปนั้น สามารถสร้างสมการได้ 3 สมการ และมีตัวไม่รู้ค่า 3 ตัว ซึ่งสามารถแก้สมการหาตัวไม่รู้ค่านั้นได้ โดยจะทราบตำแหน่งแบบ 3 มิติ คือทราบค่า X,Y,Z เมื่อวัดระยะทางจากดาวเทียม 4 ดวงขึ้นไปก็จะได้ตำแหน่งที่ถูกต้องมากขึ้น โดยทราบสมการเพิ่มขึ้นอีก 1 ตัว คือ เวลา (T)

ตำแหน่งของดาวเทียมเทียบกับจุดที่วางเครื่องรับจะมีผลต่อความถูกต้องของตำแหน่งที่เครื่องรับคำนวณได้ ซึ่งเรียกว่า เรขาคณิตดาวเทียม ดังนั้นการรังวัดต้องเลือกเวลาให้เหมาะสม เพื่อให้        ดาวเทียมมีตำแหน่งที่เหมาะสม และมีจำนวนดาวเทียมที่เพียงพอ ซึ่งในเครื่องรับ GPS จะแสดงค่า GDOP (Geometic Dilution of Precision) เป็นค่าที่ใช้ในการบ่งชี้ว่าความถูกต้องของตำแหน่งว่าจะมีมากน้อยเพียงใด ซึ่งค่าต่ำแสดงว่ามีความถูกต้องตามตำแหน่งสูง

Comments are closed.

ข่าวสารย้อนหลัง
Who's Online
8 visitors online now
7 guests, 1 bots, 0 members
Powered by Visitor Maps