บทนำ

ระบบดาวเทียมจีพีเอส (GPS systems)

ระบบดาวเทียมจีพีเอสเป็นระบบที่ใช้ในการหาพิกัดตำแหน่งโดยการรับสัญญาณจากดาวเทียมจีพีเอส ระบบดาวเทียมจีพีเอสถูกพัฒนาโดยกระทรวงกลาโหม (Department of defense) ประเทศสหรัฐอเมริกาตั้งแต่ปี พ.ศ.2516 โดยถูกออกแบบให้ใช้ประโยชน์ทางด้านการทหารเป็นหลัก แต่ก็ยอมให้พลเรือนใช้ได้บางส่วน แรงจูงใจหลักในการพัฒนาระบบนี้ก็เพื่อให้เป็นระบบที่สามารถใช้หาตำแหน่งได้ในทุกสภาพอากาศตลอด 24 ชั่วโมง และใช้ได้ทั่วโลกผลจากการพัฒนาเทคโนโลยีและวิธีการทำงานในสนามเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการหาตำแหน่งด้วยดาวเทียมจีพีเอสทำให้มีการใช้จีพีเอสกันอย่างแพร่หลายในงานด้านต่างๆ ของฝ่ายพลเรือน

ระบบดาวเทียมจีพีเอสประกอบด้วยส่วนประกอบ 3 ส่วนหลัก คือ ส่วนอวกาศ (Space segment) ส่วนควบคุม (Control segment) และส่วนผู้ใช้ (User segment) โดยในแต่ละส่วนมีความสัมพันธ์กันดังนี้ ส่วนควบคุมจะมีสถานีติดตามภาคพื้นดินที่กระจายอยู่บนพื้นโลกเพื่อคอยติดตามการเคลื่อนที่ของดาวเทียม ทำให้สามารถคำนวณวงโคจรและตำแหน่งของดาวเทียมที่ขณะเวลาต่างๆ ได้ จากนั้นส่วนควบคุมก็จะทำนายวงโคจรและตำแหน่งของดาวเทียมทุกดวงในระบบล่วงหน้าแล้วส่งข้อมูลเหล่านี้ไปยังส่วนอวกาศซึ่งคือตัวดาวเทียมนั่นเอง ดาวเทียมจะทำการส่งข้อมูลเหล่านี้ออกมาพร้อมกับคลื่นวิทยุมายังโลก ในส่วนผู้ใช้เมื่อต้องการที่จะทราบตำแหน่งของจุดใดๆ ก็เพียงนำเครื่องรับสัญญาณดาวเทียม GPS ไปตั้งให้ตรงตำแหน่งจุดที่ต้องการหาตำแหน่ง แล้วนำข้อมูลที่ได้ไปประมวลผลก็จะทราบค่าพิกัด ณ ตำแหน่งที่ต้องการ

คลื่นสัญญาณจากดาวเทียมจีพีเอส

คลื่นสัญญาณที่ดาวเทียมจีพีเอสส่งออกมาในปัจจุบันนั้นเป็นคลื่นวิทยุที่มีสองความถี่ คือ ความถี่1,575.42 เมกะเฮิรตซ์ เรียกว่า คลื่น L1 มีความยาวคลื่น 19.03 เซนติเมตร และความถี่ 1,227.60 เมกะเฮิรตซ์ เรียกว่าคลื่น L2 มีความยาวคลื่น 24.42 เซนติเมตร ซึ่งคลื่นทั้งสองมีความถี่เป็น 154 เท่าและ 120 เท่าของความถี่พื้นฐานตามลำดับ(ความถี่พื้นฐานที่ถูกสร้างขึ้นมีความถี่ 10.23 เมกะเฮิรตซ์) คลื่นวิทยุดังกล่าวถูกผสมผสานรหัสและข้อมูลดาวเทียมไปกับคลื่นหรือเรียกสั้นๆ ว่า การกล้ำสัญญาณ (Modulation) ด้วยรหัสและข้อมูลดาวเทียม รหัสที่ใช้ในการกล้ำสัญญาณมีสองชนิด คือ รหัส C/A (Clear access or coarse acquisition code) ซึ่งมีความถี่ 1.023 เมกะเฮิรตซ์ หรือเทียบเท่า 1/10 เท่าของความถี่พื้นฐานและมีความยาวคลื่น 300 เมตร ส่วนรหัสอีกชนิดเรียกว่า รหัส P (Precisecode) มีความถี่ 10.23 เมกะเฮิรตซ์ หรือเท่ากับความถี่พื้นฐานและมีความยาวคลื่น 30 เมตร โดยรหัส C/A นั้นเปิดให้พลเรือนใช้อย่างเสรี ในขณะที่รหัส P จะสงวนไว้ใช้เฉพาะในวงการทหารและหน่วยงานบางหน่วยงานของรัฐบาลสหรัฐอเมริกาเท่านั้น ในคลื่น L1 นั้นจะถูกกล้ำสัญญาณด้วยรหัสทั้งสองชนิด แต่คลื่น L2 จะถูกกล้ำสัญญาณเพียงรหัสP ส่วนข้อมูลดาวเทียมจะมีทั้งในคลื่น L1 และ L2 โดยข้อมูลการกำหนดดาวเทียม (Navigation message) ประกอบไปด้วย ข้อมูลวงโคจรดาวเทียม หรืออีฟิเมอริสดาวเทียม (Satellite ephemerides) ค่าแก้เวลานาฬิกาดาวเทียม (Satellite clock corrections) และสถานภาพของดาวเทียม (Satellite status)

อย่างไรก็ดีคลื่นสัญญาณจีพีเอสนั้นกำลังจะมีการปรับปรุงในอนาคต รายละเอียดของโครงสร้างของคลื่นสัญญาณจีพีเอสในอนาคต รวมถึงผลกระทบด้านต่างๆ ที่จะเกิดขึ้นจากการมีคลื่นสัญญาณใหม่ได้ถูกกล่าวไว้ในเฉลิมชนม์ สถิระพจน์ (2544)

ที่มา : ตำราเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศศาสตร์