موقعیت یاب ماهواره ای

 

فهرست مطالب

سيستم تعيين موقعيت ماهواره اي (GPS) 1

1) امواج حامل 3

ماهواره‌هاي مسيرياب،‌ GPS : 6

● GPS چيست؟ 7

▪ فضا، کاربر، کنترل( Space , User , Control ) 7

▪ بخش فضايي( Space Segment ) 8

▪ مدارات ماهواره‌ها( Satellite orbits ) 8

● سيگنال‌هاي ماهواره( Satellite Signals ) 8

▪ بخش کنترل Control Segment 9

▪ بخش کاربري User Segment 10

● طريقه کار GPS چگونه است؟ 11

● خطاهاي GPS 12

کاربرد تصاوير ماهواره‌اي در تهيه نقشه شوري خاک با استفاده از روش طيفي : 13

●مواد و روش‌ها 16

تهيه نقشه محدوده مطالعاتي 16

●انجام نمونه‌برداري 17

●کار در محيط سامانه اطلاعات جغرافيائي (GIS) 17

کاربرد هاي GIS  : 18

ويژگيهاي GIS : 19

مروري بر نرم افزارهاي GIS 20

▪پردازش تصاوير ماهواره‌اي 22

▪بارزسازي تصاوير (Image Enhancement) 23

●تهيه نقشه شوري خاک 23

▪روش طيفي 23

●طبقه‌بندي (Classification) 24

گيرنده هاي GPS: 26

نمونه اي از کاربردهاي سيستم GPS : 27

ماهواره Ikonos : 28

سيستم IKONOS 29

محدوديت هاي اعمال شده در ارائه اطلاعات : 31

سوالات مطرح درباره تصاوير IKONOS  : 31

عکسبرداري هوايي داراي دو کاربرد است: 32

تهيه نقشه از يک عکس هوايي: 33

عناصر اصلي در تفسير عکس‌هاي هوايي: 33

تنTone) 1): 34

اندازهSize) 2) 34

شکلShape) 3) : 34

بافت(Texture): 34

الگو(Pattern) : 35

سايه(Shadow): 35

جايگاه(Site) : 35

تجمع (Association) : 35

مزاياي عکس‌هاي هوايي در مشاهدات زميني 36

انواع عکس‌هاي هوايي : 36

فتوگرامتري(Photogrammetry): 37

فتوگرامتري چيست؟ 38

امروزه فتوگرامتري به دو شکل استفاده ميشود 38

فرآيندهاي فتوگرامتري : 39

ثبت تصاوير: 40

عکس‌هاي هوايي عمودي: 40

تصوير طبقه بندي عوارض( Feature Classification Imagery ): 41

کنترل زميني: 41

تطبيق تصوير با زمين: 42

جمع آوري عوارض: 42

معرفي يکي ديگر از سنجنده هاي تصويربردار ماهواره اي ماهواره هاي سري QuickBird : 44

 

سيستم تعيين موقعيت ماهواره اي (GPS)

شايد بارها در مقالات علمي و اخبار با نام GPS ( Global Positioning System ( برخورد کرده باشيد.GPS  ابزاريست جهت تعيين موقعيت نقاط . با توجه به پيشرفت هاي تکنولوژي GPS و استفاده از اين ابزار مهم در دنيا آگاهي از روشهاي مختلف تعيين موقعيت توسط اين سيستم ضروري بنظر مي رسد.دقت بالاي اين سيستم و جهاني بودن آن دليلي بر استفاده از اين سيستم در علوم مختلف مي باشد. اين سيستم از سال 1983 با پرتاب نخستين ماهواره GPS آغاز بکار نمود. با روي کار آمدن سيستم GPS تمام سيستم هاي قبلي تعيين موقعيت ماهواره اي از قبيل دور بين هاي بالستيک،داپلر،N.N.S.S ،  SLR ،LLR ،LONG-C ،SECOR، به تدريج از دور خارج شدند.GPS يک سيستم عملياتي و هميشه در حال آماده باش است که در تمامي شرايط آب و هوايي داراي کارآيي مي باشد؛ زيرا فرکانس امواجي که توسط ماهواره هاي GPS ارسال مي شوند در حد گيگا هرتز است و شرايط آب و هوايي (مه وباران و نزولات جوي ) اثري روي اين امواج ندارند. اين سيستم در طول 24 ساعت شبانه روز فعال است ودر هر زمان ودر هر مکان که لازم باشد مي توان توسط آن تعيين موقعيت کرد.به وسيله گيرنده هاي سيستم GPS مي توان هم به روش مطلق و هم به روش نسبي تعيين موقعيت کرد و براي تعيين موقعيت در هر يک از دو روش فوق مي توان از روش هاي ايستا (Static) ، متحرک(Kinematics) و نيمه متحرک (Semi-Kinematics) استفاده کرد.

در روش مطلق ، موقعيت نسبي نقطه نسبت به يک نقطه مختصات دار معلوم يعني بصورت :

 ((DELTA(X),DELTA(Y),DELTA(Z) بدست مي آيد.

روش تعيين موقعيت نسبي به علت حذف خطاهاي سيستماتيک موجود در اندازه گيري هاي GPS از اهميت خاصي برخوردار است و براي انجام آن نياز به دو گيرنده GPS  مي باشدکه بطور همزمان ماهواره هاي مشترک را مشاهده و اندازه گيري نمايند. منظور از همزماني ، بدين معني است که شرايط اندازه گيري براي هر دو گيرنده مستقر در ايستگاه هاي استقرار، يکي با مختصات معلوم و ديگري با مختصات مجهول،يکسان باشد. از روش تعيين موقعيت نسبي با GPS اکثرا در کارهاي نقشه برداري و گسترش شبکه هاي ژئودزي استفاده مي شود.دقت تعيين مختصات مطلق با سيستم GPS  در حال حاضر در بهترين حالت به کمتراز  3 ± متر مي رسد و دقت تعيين مختصات نسبي با اين سيستم در حد ميليمتر مي باشد.

 

 

 

در حال حاضر سيستم GPS شامل 30 ماهواره است که کل سطح کره زمين را بطور همزمان پوشش مي دهند و در 6 مدار بيضي شکل با زاويه ميل 55 درجه نسبت به صفحه استواي زمين به دور زمين مي چرخند و در ارتفاع 20400 کيلومتري از سطح زمين قرار دارند.زمان يکبار چرخش ماهواره هاي GPS به دور زمين در حدود 12 ساعت نجومي است. به عبارتي در هر 24 ساعت خورشيدي در طول شبانه روز ماهواره دوبار از افق يک محل مي گذرد.همان طور که مي دانيم  شبانه روز خورشيدي 4 دقيقه از شبانه روز نجومي بيشتر است لذا در هر روز نسبت به روز قبل ماهواره 4 دقيقه زودتر در افق يک محل ثابت طلوع مي کند. براي تعيين موقعيت x و y  يا طول و عرض جغرافيايي (في و لاندا) حداقل بايد 3 ماهواره در آسمان محل باشد.در صورتي که مقدار پارامتر ارتفاع را نيز بخواهيم بايد از 4 ماهواره استفاده کرد. امروزه در بعضي مکان هاي ايران قادر به دريافت اطلاعات تا 10 ماهواره مي باشيم و حداقل به 4 تا 5 ماهواره در هر زمان از شبانه روز و در هر مکان دسترسي داريم.

هر قدر تعداد ماهواره هاي قابل مشاهده بيشتر شود معادلات اساسي تعيين موقعيت بيشتر خواهند شد و بنابراين زمان لازم براي تعيين موقعيت يک نقطه کاهش يافته و دقت تعيين موقعيت نيز افزايش خواهد يافت.نکته مهمي که مي بايست مورد توجه قرار گيرد اينست که ارتفاعي که GPS به ما مي دهدبا ارتفاع موجود در نقشه ها و اطلس ها فرق ميکند.ارتفاع GPS نسبت به سطح مبنايي بنام بيضوي است در حالي که ارتفاع موجود در نقشه ها ارتفاع اورتومتريک مي باشدکه از سطح درياهاي آزاد محاسبه مي گردد.

هر ماهواره GPS بطور مستقل اطلاعات زير را توسط آنتنهاي تعبيه شده بر روي بدنه اش به زمين ارسال مي نمايد:

 

 1) امواج حامل 

                الف)  موج حامل (L1) با فرکانس   f1=1500 MHZ 

 

                ب )  موج حامل (L2) با فرکانس    f2=1200 MHZ   

 

2)کدهاي اطلاعاتي(بصورت دودويي) :

              الف)  کدغير نظامي(کد C/A ) ؛      MHZ   f=1.023                   

 

               ب )  کد دقيق (کد P ) ؛               f=10.23 MHZ

 

               ج )  کد سري (کد Y) ؛               f=10.23 MHZ

 

براي رسين به حداکثر دقت و کارآيي GPS توسط يک گيرنده بايد از گيرنده اي استفاده کرد که هر دو موج حامل  L1 و L2  و کدهاي فوق را دريافت نموده وقابليت آنتي اسپوفينگ (AS) داشته باشد؛ يعني بتواند کد سري Y را به يک کد P وبالعکس تبديل کند.

 

3) پيام ماهواره(Message) با فرکانس f=1500 MHZ  که حامل اطلاعات زير مي باشد:

            الف) اطلاعات مدار ماهواره که مربوط به موقعيت ماهواره مي شود.

 

            ب  ) اطلاعات مربوط به زمان

 

            ج   ) اطلاعات شماره ماهواره

 

             د  ) اطلاعات مربوط به ضريب دقت آرايش هندسي  ماهواره ها (لازم به ذکر است که چنانچه ماهواره ها در افق منطقه مورد نظر باشند نه در بالاي سر و يا اگرزاويه هر دو ماهواره با هم 120 درجه باشد تعيين موقعيت محل داراي دقت بيشتري خواهد بود.) 

مجموعه اطلاعات فوق يعني امواج حامل،کدهاي اطلاعاتي و پيام ماهواره ، همراه يکديگر توسط مدولاسيون فاز بسمت زمين مخابره شده و گيرنده هاي زميني که قابليت ها و انواع متفاوتي دارندضمن دريافت مجموعه فوق پس از عمل De Modulation  هر بخش را براي منظور خاص خود مورد استفاده قرار مي دهد.لازم به ذکر است که بهترين و دقيق ترين گيرنده ، گيرنده ايست که قابليت در يافت کليه اطلاعات ذکر شده در موارد سه گانه بالا را داشته باشد و بتواند هر يک را به طرقي جداگانه دريافت کند و ارزان ترين گيرنده هم گيرنده ايست که تنها قابليت دريافت موج حامل L1 ،کدC/A و پيام ماهواره را دارد.لازم بذکر است که کد CA فقط بر روي موج L1 مدوله ميشود ولي کد P  بر روي هر دو موج وجود دارد.

در قسمت بالا درباره بخش فضايي سيستم GPS صحبت شد؛حال به سراغ بخش کنترل زميني اين سيستم مي رويم : اين بخش شامل ايستگاههاي کنترل زميني است که داراي مختصات معلوم هستند و موقعيت آنها از طريق  روشهاي کلاسيک تعيين موقعيت نظير روش VLBI (تعيين فواصل بلند توسط کوازارها)و روش SLR (فاصله سنجي ماهواره اي با امواج ليزر ) بدست آمده است.  اين ايستگاه ها وظيفه تعقيب ومشاهده شبانه روزي ماهواره هاي GPS را بر عهده دارند .  اين بخش بوسيله محاسبات رياضي پيچيده از طريق محاسبه معادله پلي نوميال (Polynomials) رياضي بطريق کمترين مربعات ،  پارامترهاي مداري (افمريزها)و موقعيت ماهواره ها  را  نسبت به يک سيستم مختصات ژئودتيک ژئوسنتريک (مبدا سيستم مختصات تقريبا در مرکززمين قرار دارد.) محاسبه  مي نمايد. تعداد اين ايستگاههاي زميني 5 عدد است که ايستگاه اصلي با نام کلرادو اسپرينگ در آمريکا قرار داردو 4 ايستگاه فرعي ديگر در نقاط ديگر کره زمين مستقر هستند. آخرين بخش از سيستم GPS ، قسمت USER يا کاربران سيستم مي باشد که خود شامل دو بخش است:

 

       الف) آنتن دريافت کننده اطلاعات ارسالي از ماهواره ها 

       ب  ) گيرنده(پردازش کننده اطلاعات دريافتي و تعيين کننده موقعيت محل آنتن)

 

نرم افزار و ميکروپروسسور داخل گيرنده فاصله بين آنتن زميني تا ماهواره هاي مرتبط با گيرنده ه را تعيين مي کند  سپس با استفاده از حداقل 4 ماهواره   موقعيت X وY و ارتفاع محل استقرار آنتن يا همان گيرنده تعيين ميشود.

 

 * نکته مهمي که مي بايست مورد توجه قرار گيرد اينست که ارتفاعي که GPS به ما مي دهدبا ارتفاع موجود در نقشه ها و اطلس ها فرق ميکند.ارتفاع GPS نسبت به سطح مبنايي بنام بيضوي است در حالي که ارتفاع موجود در نقشه ها ارتفاع اورتومتريک مي باشدکه از سطح درياهاي آزاد محاسبه مي گردد.مقدار اين اختلاف در بيش ترين حالت در حدود 100 متر مي باشد.

 

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.