หลักการทำงาน GPS

หลักการของเครื่อง GPS คือ การคำนวณระยะทางระหว่างดาวเทียมกับอุปกรณ์รับ GPS โดยจะต้องทราบตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวง ประกอบกับได้ระยะทางจากดาวเทียม 3 ดวง ขึ้นไปแล้ว อุปกรณ์ GPS ก็จะสามารถคำนวน หาจุดตัดกันของผิวทรงกลม ของระยะทางของดาวเทียม GPS แต่ละดวงได้
ดังนั้น ในทางทฤษฏี สิ่งที่อุปกรณ์ GPS จำเป็นต้องทราบในการคำนวนหาตำแหน่งแต่ละครั้ง คือ
1. ตำแหน่ง ดาวเทียม GPS ในอวกาศ อย่างน้อย 3 ดวง
2. ระยะห่างจาก ดาวเทียม GPS แต่ละดวง

โดยการจะได้มาซึ่ง ข้อมูลทั้ง 2แบบ ในทางปฏิบัติ คือ
1.การได้มา ซึ่ง ตำแหน่งดาวเทียม GPS ในอวกาศ
การได้มา ซึ่งตำแหน่งดาวเทียม GPS ในอวกาศ จะต้องได้มีข้อมูลประกอบ 2 ตัว คือ
a. ข้อมูลวงโคจร : จะทำให้อุปกรณ์ GPS ทราบว่า เส้นทางการเดินทางของดาวเทียม GPS แต่ละดวงจะอยู่ ณ ตำแหน่งใด เมื่ไร
b. เวลาปัจจุบัน : ซึ่งเมื่ออุปกณ์ GPS ทราบ เวลาปัจจุบัน แล้ว ก็จะใช้เวลาปัจจุบัน ไปคำนวนหาตำแหน่ง ของดาวเทียม GPS จากข้อมูลวงโคจรได้
ดังนั้น เมื่ออุปกรณ์รับ GPS ทราบ ข้อมูลวงโคจร ดาวเทียม GPS และเวลาปัจจุบัน อุปกรณ์รับ GPS ก็จะทราบตำแหน่ง ดาวเทียมในอวกาศได้ ซึ่งข้อมูลทั้งหมด จะได้มาจากสัญญาณดาวเทียมที่อุปกรณ์รับ GPS ตัวนั้นรับได้
2. การได้มา ซึ่ง ระยะห่างของอุปกรณ์รับ GPS กับ ดาวเทียม GPS แต่ละดวง
เนื่องจาก การเตินทางของคลื่นสัญญาณ GPS นั้น จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่(vคงที่) คือ ความเร็วแสง (186,000ไมล์ต่อวินาที) ซึ่งเมื่อเป็นดังนั้น ถ้าอุปกรณ์รับ GPS รู้ระยะเวลา(t) ที่สัญญาณใช้ในการเดินทางจาก ดาวเทียม GPS มายังอุปกรณ์รับ GPS ก็จะสามารถคำนวนระยะทางระหว่าง ดาวเทียม GPS กับ อุปกรณ์รับ GPS ได้ จากสูตร
ความเร็ว X เวลา = ระยะทาง
ซึ่งเมื่อเราทราบระยะห่างของดาวเทียมกับอุปกรณ์ GPS มากเท่าไร เราก็จะหาจุดของผิวทรงกลม ทำให้อุปกรณ์ GPS สามารถทราบว่าตัวเองอยู่นะจุดใดบนพื้นโลกได้ เช่น
ดาวเทียม GPS 1 : ลอยอยู่ ณ จุดหนึ่งในอวกาศ ซึ่งเรารู้ตำแหน่ง จากข้อมูลวงโคจร GPS และ เวลาปัจจุบัน ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวง GPS 1 ถึงเครื่องรับ GPS คือ 0.10 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS 1 คือ 18,600 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.10 วินาที = 18,600 ไมล์)
ดังนั้น ตำแหน่งปัจจุบัน ของเครื่องรับ GPS ก็จะสามารถเป็นจุดใดๆ ก็ได้ บนผิวทรงกลมที่มีรัศมี 18,600 ไมล์

รูปโลก โดน สัมผัสด้วยทรงกลม ใส

ดาวเทียม GPS 2 : ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวง GPS 2 ถึงเครื่องรับ GPS คือ 0.08 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS 2 คือ 13,200 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.08 วินาที = 13,200 ไมล์)
ดังนั้น ตำแหน่งปัจจุบัน ของเครื่องรับ GPS ก็จะสามารถเป็นจุดใดๆ ก็ได้ บนเส้นรอบวงที่เป็นการตัดกันของ ทรงกลมรัศมี 18,600ไมล์ ของดาวเทียม GPS 1 กับ ทรงกลมรัศมี 13,200ไมล์ ของดาวเทียม GPS 2

รูปโลก โดน สัมผัสด้วยทรงกลม ใส 2 วง


ดาวเทียม GPS 3 : ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวง GPS 3 ถึงเครื่องรับ GPS คือ 0.06 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS 3 คือ 11,160 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.06 วินาที = 11,160 ไมล์)
ดังนั้น ตำแหน่งปัจจุบัน ของเครื่องรับ GPS ก็จะสามารถเป็นได้แค่ 2 จุด ที่เกิดจากจุดตัดของ ผิวทรงกลมรัศมี 18,600ไมล์ ของดาวเทียม GPS 1 กับ ผิวทรงกลมรัศมี 13,200ไมล์ ของดาวเทียม GPS 2 และ ผิวทรงกลมรัศมี 11,160 ไมล์ ของดาวเทียม GPS3
รูปโลก โดน สัมผัสด้วยทรงกลม ใส 3 วง

ดังนั้น หากอุปกรณ์ GPS ยิ่งสามารถรับสัญญาณจากดาวเทียม GPS มากดวงเท่าไร ก็จะยิ่งสามารถ ระบุตำแหน่งได้แม่นยำยิ่งขึ้น
ในกรณี ที่อุปกรณ์รับ GPS สามารถรับสัญญาณ GPS ได้จากดาวเทียม GPS เพียง 3 ดวง อุปกรณ์รับ GPS จะมีความสามารถในการประมาณตำแหน่งบนพื้นโลกได้ และจะตัดจุดที่ไม่ใช่ตำแหน่งบนพื้นโลกทิ้งไป ทำให้เหลือเพียงตำแหน่งแหน่งเดียวที่เป็นไปได้

จะเห็นได้ว่าจะเหลือตำแหน่งอยู่ 2 จุดที่บริเวณวงกลมทั้ง 3 ตัดกันคือตำแหน่งที่ อยู่ในอวกาศซึ่งแน่นอนว่าเราไม่สามารถไปอยู่ในอวกาศได้ตำแหน่งนี้จะถูกตัดทิ้งอัตโนมัติ โดยเครื่อง GPS อีกตำแหน่งคือตำแหน่งบนพื้นโลกซึ่งเป็นตำแหน่งที่เรายืนถือเครื่อง GPS อยู่นั้นเองซึ่งความถูกต้องแม่นยำของตำแหน่งก็ขึ้นกับจำนวนดาวเทียมที่สามารถรับ สัญญาณ ได้ในขณะนั้นหากมีมากกว่า 3 ดวงก็จะละเอียดมากขึ้น และก็ขึ้นกับเครื่อง GPS ด้วย หากเป็นเครื่องที่มีราคาแพง ( ซึ่งมักใช้เฉพาะงาน) ก็จะมีความถูกต้องแม่นยำมากขึ้น
Thanks for: http://www.gpsdeedee.com/index.php?lay=show&ac=article&Id=538825826