تفاوت GNSS و GPS

در دنیای نقشه برداری، دو واژه GPS و GNSS به‌طور متداول استفاده می‌شوند، اما تفاوت‌هایی اساسی بین این دو فناوری وجود دارد. در حالی که GPS تنها یکی از سیستم‌های ماهواره‌ای است، GNSS مجموعه‌ای از چندین سیستم ماهواره‌ای مختلف است که برای ارائه دقت و پوشش وسیع‌تر طراحی شده‌اند.

در این مقاله، به بررسی تفاوت‌های کلیدی بین GNSS و GPS، اصول کار آن‌ها و کاربردهایشان در زندگی روزمره می‌پردازیم.

GNSS چیست؟

GNSS (Global Navigation Satellite System) به مجموعه‌ای از سیستم‌های ماهواره‌ای در حوزه نقشه برداری اشاره دارد که برای ارائه اطلاعات موقعیت جهانی طراحی شده‌اند. این سیستم‌ها شامل GPS (ایالات متحده)، GLONASS (روسیه)، Galileo (اتحادیه اروپا) و BeiDou (چین) هستند. به عبارت دیگر، GNSS یک اصطلاح جامع برای این سیستم‌های مختلف است که به‌طور همزمان با هم کار می‌کنند.

نقطه قوت GNSS این است که سیگنال‌های ارسال‌شده از چندین مجموعه ماهواره‌ای را ترکیب کرده و دسترسی به تعداد بیشتری ماهواره را فراهم می‌کند تا نقشه برداران بتوانند با بهره گیری از این سیگنال ها و دستگاه های گیرنده مولتی فرکانس نقشه محیط مورد نظر را برداشت نمایند. این باعث می‌شود که موقعیت‌یابی دقیق‌تری ارائه شود. در اینجا یک مرور سریع از مجموعه‌های اصلی GNSS آورده شده است:

• GPS (ایالات متحده): 31 ماهواره عملیاتی.
• GLONASS (روسیه): 24 ماهواره، به‌ویژه در مناطق با عرض جغرافیایی بالا قابل اعتماد است.
• Galileo (اتحادیه اروپا): 24 ماهواره، با هدف 30 ماهواره برای استفاده دقیق مدنی.
• BeiDou (چین): بیش از 40 ماهواره که خدمات منطقه‌ای و جهانی را ارائه می‌دهند.

با ترکیب این مجموعه‌ها، گیرنده‌های GNSS می‌توانند به سیگنال‌های بیش از 120 ماهواره دسترسی داشته باشند، که دقت و قابلیت اطمینان را در سطح جهانی بهبود می‌بخشد.

GPS چیست؟

GPS (Global Positioning System) یک سیستم ناوبری ماهواره‌ای است که در دهه 1970 توسط ایالات متحده توسعه یافت. با اینکه GPS تنها یکی از سیستم‌ها تحت مجموعه گسترده GNSS است، اما معروف‌ترین و پرکاربردترین آن‌هاست.

مجموعه ماهواره‌های GPS از حدود 31 ماهواره عملیاتی تشکیل شده که در شش سطح مداری قرار دارند و هر کدام چهار یا پنج ماهواره دارند. این تنظیمات تضمین می‌کند که حداقل چهار ماهواره در هر زمان از هر نقطه روی زمین قابل مشاهده باشند و پوشش جهانی پیوسته‌ای را فراهم کنند.

نحوه عملکرد GNSS و GPS

هم GNSS و هم GPS بر اساس اصول مشابهی برای تعیین موقعیت کاربر در سطح زمین عمل می‌کنند.

فرآیند کار به شرح زیر است:

1. انتقال سیگنال: هر ماهواره در مجموعه GNSS به‌طور مداوم سیگنال‌های رادیویی را ارسال می‌کند که حاوی اطلاعات مهمی از جمله موقعیت ماهواره و زمان دقیق ارسال سیگنال است.
2. دریافت سیگنال: گیرنده روی زمین این سیگنال‌ها را دریافت می‌کند و زمان دریافت سیگنال‌ها را ثبت می‌کند، که برای محاسبه فاصله از ماهواره ضروری است.
3. محاسبه تأخیر زمانی: گیرنده زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می‌کند. از آنجا که سیگنال‌های رادیویی با سرعت نور حرکت می‌کنند، تأخیر زمانی بین ارسال و دریافت سیگنال می‌تواند به مسافت تبدیل شود.
4. اندازه‌گیری فاصله: با اندازه‌گیری فاصله‌ها به حداقل چهار ماهواره، گیرنده می‌تواند موقعیت دقیق خود را با استفاده از فرآیندی به نام ترایلاتراسیون تعیین کند. با سه ماهواره، موقعیت در دو بعد (عرض و طول جغرافیایی) محاسبه می‌شود، در حالی که ماهواره چهارم کمک می‌کند تا ارتفاع تعیین شود و هرگونه اختلاف در ساعت گیرنده را اصلاح کند.

تفاوت‌های اصلی بین GPS و GNSS

در اینجا یک جدول مرجع سریع برای مقایسه ویژگی‌های GNSS و GPS آورده شده است:

پوشش و دامنه

از آنجایی که GNSS شامل سیستم‌های ماهواره‌ای مختلف از سراسر جهان است، پوشش آن به‌طور واقعی جهانی است و حتی به مناطق دورافتاده نیز می‌رسد. این سیستم پوشش جامع‌تری را در مناطق و محیط‌های مختلف فراهم می‌آورد، به لطف مجموعه‌های ترکیبی.

در حالی که GPS پوشش جهانی نزدیک به جهانی ارائه می‌دهد، تمرکز اصلی آن بر روی شمال آمریکا و منطقه اقیانوس آرام است که مجموعه ماهواره‌ای آن بهینه‌تر شده است. در سایر نقاط جهان، به‌ویژه در مناطقی که موانع یا مکان‌های دورافتاده وجود دارد، عملکرد آن ممکن است کمی کمتر از GNSS باشد.

دقت و قابلیت اطمینان

GNSS معمولاً دقت بهتری نسبت به GPS ارائه می‌دهد. در حالی که GPS معمولاً دقتی در حدود 5-10 متر دارد، GNSS می‌تواند دقتی به اندازه 1-2 متر یا حتی بهتر ارائه دهد، به‌ویژه در شرایط ایده‌آل. این به این دلیل است که GNSS داده‌ها را از چندین سیستم ماهواره‌ای می‌گیرد و این امر باعث بهبود دقت موقعیت‌یابی می‌شود.

GNSS همچنین از الگوریتم‌های پیشرفته‌تری برای اصلاح تداخل‌های جوی و تغییرات ساعت ماهواره‌ها استفاده می‌کند که به بهبود دقت موقعیت کمک می‌کند.

دسترس‌پذیری سیگنال و دید

GNSS به دلیل استفاده از سیگنال‌های ماهواره‌ای چندگانه، نسبت به GPS بیشتر در برابر از دست دادن سیگنال مقاوم است و دسترس‌پذیری کلی آن بهبود می‌یابد.

در مقابل، GPS به یک مجموعه ماهواره‌ای خاص متکی است، که این موضوع آن را در برابر اختلالات سیگنالی آسیب‌پذیر می‌کند، به‌ویژه در محیط‌های چالش‌برانگیز مانند مناطق شهری یا جنگل‌ها.

کاربردها

GNSS به طور جهانی هم برای مقاصد نظامی و هم مدنی استفاده می‌شود. سیستم‌های مختلف آن از طیف گسترده‌ای از کاربردها در بخش‌هایی مانند حمل‌ونقل، کشاورزی، پایش محیطی و نقشه‌برداری دقیق پشتیبانی می‌کنند.

GPS که در ابتدا برای استفاده نظامی توسعه داده شد، اکنون به‌طور گسترده‌ای در کاربردهای مدنی استفاده می‌شود و در دستگاه‌هایی مانند گوشی‌های هوشمند، ماشین‌ها و هواپیمایی کاربرد دارد.

سوالات متداول

1. آیا GNSS شامل GPS می‌شود؟

بله، GNSS (سیستم ناوبری ماهواره‌ای جهانی) شامل تمام سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای است. GPS یکی از سیستم‌های اصلی GNSS است.

2. تفاوت بین آنتن GPS و آنتن GNSS چیست؟

هیچ تفاوت اساسی بین آنتن GPS و آنتن GNSS وجود ندارد، اما برخی آنتن‌ها ممکن است برای سیستم خاص GNSS بهینه‌سازی شده باشند یا ویژگی‌های اضافی مانند قابلیت‌های چندگانه برای دریافت سیگنال از چند سیستم به‌طور همزمان داشته باشند.

3. آیا می‌توان از GPS و GLONASS به‌طور هم‌زمان استفاده کرد؟

بله، بسیاری از گیرنده‌های GNSS مدرن از ردیابی چندگانه پشتیبانی می‌کنند و می‌توانند سیگنال‌ها را از هر دو سیستم GPS و GLONASS به‌طور هم‌زمان دریافت و پردازش کنند.