คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่า GPS ที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ทำงานได้อย่างไร? เบื้องหลังการระบุพิกัดที่แม่นยำนั้นมีหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนแต่ทรงพลังซ่อนอยู่ บทความนี้จะพาคุณไปเจาะลึกถึงหลักการสำคัญของ GPS รวมถึงวิธีการที่ดาวเทียมยืนยันตำแหน่งของตัวเองเพื่อให้การคำนวณของเราแม่นยำที่สุด
1. หลักการทำงานพื้นฐาน: Trilateration (การตรีพิกัด)
หัวใจสำคัญของ GPS คือหลักการที่เรียกว่า Trilateration (การตรีพิกัด) ซึ่งเป็นเทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่ใช้การวัดระยะทางจากจุดที่ทราบแล้วหลายๆ จุด เพื่อหาตำแหน่งของจุดที่ไม่ทราบ หลักการนี้แตกต่างจากการ Triangulation (การวัดสามเหลี่ยม) ที่ใช้มุมเป็นหลัก
- สร้างทรงกลมรัศมีจากดาวเทียม: ดาวเทียม GPS แต่ละดวงจะส่งสัญญาณวิทยุที่มีข้อมูลสำคัญ 3 อย่าง:
- รหัสสุ่มปลอม (Pseudorandom Code): รหัสเฉพาะที่ช่วยให้อุปกรณ์รับสัญญาณแยกแยะสัญญาณของดาวเทียมแต่ละดวงได้
- ข้อมูล Ephemeris (ปูมโคจร): ข้อมูลตำแหน่งที่แม่นยำของดาวเทียมดวงนั้นๆ
- ข้อมูล Almanac (ปูมดาวทั้งหมด): ข้อมูลตำแหน่งโดยประมาณของดาวเทียมทั้งหมดในระบบ ช่วยให้อุปกรณ์รับสัญญาณค้นหาดาวเทียมได้อย่างรวดเร็ว
- คำนวณระยะทาง: อุปกรณ์รับสัญญาณ GPS บนพื้นโลกจะวัดเวลาที่สัญญาณเดินทางจากดาวเทียมมาถึง โดยใช้สูตร ระยะทาง = ความเร็ว x เวลา ความเร็วที่ใช้คือความเร็วแสงซึ่งคงที่ ทำให้เราสามารถคำนวณระยะห่างระหว่างดาวเทียมกับอุปกรณ์รับสัญญาณได้ จากระยะห่างนี้เราจะได้ “รัศมี” ของทรงกลมที่ดาวเทียมเป็นศูนย์กลาง
- หาจุดตัด:
- เมื่อรับสัญญาณจากดาวเทียมดวงแรก เราจะรู้ว่าเราอยู่บนผิวของทรงกลมนั้น
- เมื่อรับจากดาวเทียมดวงที่สอง ทรงกลมสองลูกจะตัดกันเป็นวงกลม
- เมื่อรับจากดาวเทียมดวงที่สาม วงกลมจะตัดกับทรงกลมที่สามเหลือเพียง 2 จุดบนโลก
- และดาวเทียมดวงที่สี่ (หรืออาจจะมากกว่า) จะช่วยแก้ปัญหาความคลาดเคลื่อนของนาฬิกาในอุปกรณ์รับสัญญาณบนพื้นโลก และยืนยันตำแหน่งสุดท้ายได้อย่างแม่นยำใน 3 มิติ (ละติจูด, ลองจิจูด, และระดับความสูง)
2. การยืนยันตำแหน่งตนเองของดาวเทียม
การคำนวณตำแหน่งที่แม่นยำจะเกิดขึ้นไม่ได้เลยหากตำแหน่งของดาวเทียมไม่ถูกต้อง ดาวเทียม GPS จึงมีวิธีการยืนยันตำแหน่งของตัวเองอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ข้อมูลที่ส่งมามีความน่าเชื่อถือ
- เครือข่ายสถานีภาคพื้นดิน: ระบบ GPS มีเครือข่ายสถานีควบคุมภาคพื้นดินกระจายอยู่ทั่วโลก สถานีเหล่านี้ทำหน้าที่ติดตามและเก็บข้อมูลการโคจรของดาวเทียมแต่ละดวงอย่างสม่ำเสมอ
- การอัปเดตข้อมูล Ephemeris: ดาวเทียมแต่ละดวงจะรับข้อมูลการโคจรที่แม่นยำ (Ephemeris) จากสถานีภาคพื้นดินอย่างน้อยวันละครั้ง ข้อมูลนี้จะระบุตำแหน่งของดาวเทียมในทุกๆ ช่วงเวลา ซึ่งจะถูกส่งไปพร้อมกับสัญญาณ GPS
- นาฬิกาอะตอมิก: ดาวเทียม GPS แต่ละดวงติดตั้งนาฬิกาอะตอมิกที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการคำนวณเวลาที่ใช้ในการเดินทางของสัญญาณ อย่างไรก็ตาม แม้นาฬิกาเหล่านี้จะมีความแม่นยำสูง แต่ก็ยังเกิดความคลาดเคลื่อนได้จากการเคลื่อนที่ของดาวเทียม (ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ) ซึ่งข้อมูล Ephemeris ที่อัปเดตอย่างสม่ำเสมอจะช่วยแก้ไขความคลาดเคลื่อนเหล่านี้
กล่าวโดยสรุป GPS ทำงานผ่านการประสานงานที่ซับซ้อนระหว่างดาวเทียมบนอวกาศและอุปกรณ์รับสัญญาณบนโลก โดยมีหลักการ Trilateration เป็นแกนหลักในการคำนวณตำแหน่ง และมีระบบควบคุมภาคพื้นดินคอยตรวจสอบและยืนยันตำแหน่งของดาวเทียมอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้เราได้ข้อมูลที่ถูกต้องและแม่นยำที่สุด ไม่ว่าเราจะอยู่ที่ไหนบนโลกใบนี้
บริการงานระบบไฟฟ้า ไฟบ้าน ไฟอาคาร ไฟสำนักงาน ไฟฟ้าโรงงาน #ช่างไฟดอทคอม
แจ้งปัญหาหรือปรึกษาเกี่ยวกับระบบไฟฟ้า ฟรี!!!
HOTLINE-061-417-5732
https://www.facebook.com/changfidotcom
Line: @changfi
ขั้นตอนการใช้บริการ
แอดไลน์ > แจ้งปัญหา > รอราคา > ตกลงราคา > รับบริการ
