با بهره گیری از روش (DGPS) استفاده کنندگان GPS می توانند موقعیت نقاط را تا دقت 5 متر، حتی در شرایطی ، تا دقت 1 متر به دست آوردند. در این روش آنها از تصحیحات شبه فاصله سنجی مخابره شده استفاده می کنند که بویژه قادر است خطای مدار ماهواره و خطاهای ساعت و S.A و همچنین تاخیراتی که به دلیل آشفتگی در لایه های یونسفر و تروپسفر ایجاد می شود را کاهش دهند. معهذا، کاربرد DGPS به همراه یک ایستگاه ثابت معایبی هم دارد. برای مثال دقیق ترین اطلاعات متاسفانه تنها به منطقه ای کوچک محدود می شود. برای غلبه بر چنین معایبی گروههای تحقیق متعددی در حال متحول کردن تکنولوژی (WADGPS) هستند. در این مقاله تایسن مولر از مشاوران تیل در کوپرتینوی کالیفرنیا درباره مزایا و معایب WADGPS و نیز الگوریتم متفاوتی که برای کاربرد آن طرایح شده است سخن می گوید. او با بیش از 25 سال تجربه مهندسی در زمینه سیستم های ردیابی و مکان یابی از جمله طرح شبکه WADGPS برای ردیابی دریایی شایسته ترین فرد برای راهبری این بحث می باشد. (WADGPS) یکی از فن آوری های شبکه تعیین موقعیت آنی با GPS در مناطق وسیع است ، که این روزها بطور روز افزون وگسترده مورد توجه قرار دارد. این امر نه تنها از نظر نهادهای دولتی همچون ناسا (NASA) و گارد ساحلی آمریکا و یا اداره فدرال هوانوردی (FAA) را جلب کرده است ، بلکه از سوی صاحبان خدمات مختلف تجارتی نیز مورد توجه واقع شده است.
ناسا با این کار بطور مشخصی سهولت کاربرد شبکه جهانی از ایستگاههای مرجع GPS را جهت فراهم آوردن تصحیحات DGPS مورد بررسی قرار داده است، تا از این طریق بتواند شاتل های فضایی (Space Shuttle) را قادر به فرود اضطراری در پایگاههایی که امکانات امدادی بسیار محدودی دارند بنماید. هم اکنون گارد ساحلی آمریکا در حال بررسی امکان شبکه بندی علائم رادیویی جهت هدایت دریایی کشتی ها به WADGPS است. درعین حال اداره فدرال هوانوردی نیز استفاده از شبکه WADGPS را برای CONIS (بخش عملیات قاره ای آمریکا) تحت بررسی دارد، تا از طریق GPS امکان رد یابی و فرود دقیق هواپیماها را ممکن سازد. از سوی دیگر یک مؤسسه خدماتی نیز در حال تحقیق در استفاده از شبکه ساحلی GPS برای پوشش کامل اقیانوسی است . در حال حاضر دو مؤسسه خدماتی دیگر و نیز یک مؤسسه در آینده از این سیستم بهره مند خواهند شد .
بنابراین جا دارد بپرسیم واقعا WADGPS چیست که این چنین توجه بسیاری را به خود جلب کرده است و چگونه می توان آن را با DGPS مقایسه کرد. چرا این تکنولوژی از اهمیتی که گفته شد برای نهادها برخوردار است؟ نقاط ضعف آن چیست؟ هم اکنون از چه روشهایی در این زمینه استفاده می شودو .... این ها بخشی از پرسشهایی است که در این مقاله سعی شده به آنها پاسخ داده شود.
محاسن و معایب WADGPS
WADGPS توسط چانگ دون کی، از استانفورد و همکارانش در اداره هوانوردی فدرال معمول و رایج شد. از این طریق شبکه ای از ایستگاههای مرجع GPS را توصیف کند که قادر به ارسال تصحیحات DGPS در منطقه وسیع برای استفاده کنندگان باشد. کاربرد معمول در این زمینه می تواند مکان یابی وسایل هوایی و دریایی و سایر وسایل نقلیه و نیز عملیات نقشه برداری مانند اکتشاف باشد.
عبارت DGPS نیز توسط پیتر لومیس رایج شد. او این عبارت را در تحقیقی که در آن تکنولوژیهایی را در جهت اتصال ایستگاههای تک مرجعی DGPS توصیفی می کرد بکاربرد. هدف این اتصال قادر ساختن استفاده کننده در دستیابی به ایستگاه چند مرجعی بود. این عبارت محدوده محلی و محدوده گسترده و جهانی را شامل می شود.
محاسن برجسته استفاده از WADGPS
- WADGPS دارای پوششی قابل گسترش در مناطق غیر قابل دسترسی همچون پیکربندیهای بزرگ آنی است.
- پوشش WADGPS می تواند ایستگاههای مرجع را شامل شود . این مسئله با توجه به بافت منطقه قابل تغییر است.
- دقت WADGPS با توجه به فاصله طول باز از نزدیکترین ایستگاه مرجع بیشتر از روش مشابه در DGPS می باشد و نیز این سیستم با توجه به الگوریتم مورد استفاده در شبکه کاملا مستقل از طول مبنا عمل می کند .
برخی معایب استفاده از WADGPS
- شبکه های WADGPS بطور معمول برای استقرار و شروع عملیات نسبت نسبت به DGPS هزینه بیشتری را شامل می شود . چرا که سخت افزار و نرم افزارهای بیشتری را طلب می کند و در نتیجه هزینه های ارتباطی آنها نیز بالا میرود.
- شبکه های WADGPS به اندازه DGPS تک مرجع قابل اعتبار نیست چرا که نیازمند سخت افزار و نرم افزار پیچیده تری هستند .
- شبکه های WADGPS ممکن است باعث ایجاد پوشش های بیشتر در ارسال تصحیحات بشوند. چرا که با توجه به نوع الگوریتم بکار برده شده نیاز به ارتباطات فرا شبکه ای و نرم افزارهای بسیار پیچیده تر نسبت به DGPS دارند.
ساختار شبکه
همانطور که در نگاه 1 ، دیده می شود شبکه WADGPSیک ایستگاه مرجع GPS است که در منطقه تحت پوشش گسترش یافته و در غیر اینصورت مورد فوق الذکر حداقل در حول ناحیه تحت پوشش قرار می گیرد. در ایستگاه مرکزی ، کنترل تصحیحات DGPS از هر یک از ایستگاههای مرجع جمع آوری شده و بعنوان معیار اندازه گیری در الگوریتم شبکه WADGPS بکار برده می شود، تا تصحیحات DGPS حاصل شود . ایستگاه این تصحیحات را از طریق ناحیه تحت پوشش به استفاده کننده مخابره م یکند و همچنین این اطلاعات به ایستگاههای مانیتور که مجموعه تصحیحات را از هم متمایز می کند ، نیز مخابره می شود.
جدول 1 چند نوع از شبکه WADGPS را که می تواند برای ایجاد تصحیحات بویژه هنگامیکه بیش از یک ایستگاه DGPS در دسترس باشد و بکار برده شود را نشان می دهد . این روشها تفاوت هایی با هم دارند . روش adhoc که به آن عنوان گسترش یافته داده اند تا شبکه WADGPS جهانی مانند ، را در نظر می گیرد. وجه تمایز بین WADGPS و WWDGPS این است که دومی قادر به ردیابی تمامی ماهواره ها یا وسایل فضایی (SVS) است و به همین دلیل قادر است بطور کامل میزان خطاهای موجود در سیستم را نیز تخمین بزند.
دو واقعیت در ساختار شبکه DGPS وجود دارد ، هر چه منطقه پوشش بزرگتر باشد شبکه مرجع وسیعترخواهد بود و هرچه شبکه مرجع وسیعترباشد طبیعتا منطقه تحت پوشش نیز بزرگتر خواهد بود.
بعنوان مثال شبکه پیشنهادی WWDGPS ناسا، شبکه ای جهانی با (33) ایستگاه DGPS را در بر می گیرد. متقابلا شبکه CONUS با (16) دستگاه مرجع نمونه ای از WADGPS برای گارد ساحلی آمریکا محسوب می شود.
نگاهی به الگوریتم های متفاوت شبکه DGPS
انواع الگوریتم های شبکه
الگوریتم شبکه DGPS به دو دسته State – Space Domain , Measurement Domain تقسیم می شود .
نوع اول، بدون آنکه خطای DGSP را تخمین بزند تصحیحات DGPS را در اختیار استفاده کننده قرار می دهد. نوع دوم میزان خطاهای منفرد DGPS را ایزوله کرده و یا آنها را مستقیما به استفاده کننده منعکس می کند و یا آنها را به تصحیحات DGPS که در منطقه مورد استفاده اعتبار دارند تبدیل می نماید.
مزیت استفاده از Measurement Domain این است که آنها را به راحتی قابل استفاده می کند و حداقل به 3 ایستگاه مرجع یا بیشتر نیاز دارد. این ایستگاههای مرجع الزاما نباید درمنطقه وسیع پراکنده شوند، چرا که این روش به حداقل مشاهدات نیازمند است . عیب این روش در این است که با دور شدن از مرکز شبکه دقت تصحیحات آن کاهش می یابد .
مزیت الگوریتم State – Space Domainعبارت است از این که خطاها مستقل از طول مینا عمل می کنند، دقت طولهای مبنا به بالا ترین مقدار خود بوده و بعضی از خطاها با تکرار کمتری مخابره می شوند. خطاهایی مانند مسیر ماهواره و یونسفر، تغییرات کمتری نسبت به خطای ساعت ماهواره که شامل را نیز می شود دارد، از معایب این سیستم نیاز به داشتن شبکه جغرافیایی گسترش یافته ای شامل 8 ایستگاه مرجع DGPS یا بیشتر، نرم افزار الزاما پیچیده تر، گیرنده دو فرکانسه و در نتیجه گران تر است و تصحیحات آن نیز نیازمند نرم افزار پیچیده تری درگیرنده استفاده کننده می باشد.
الگوریتم پیشنهادی برای شبکه DGPS
جدول شماره 2 برخی از الگوریتم های پیشنهاد شده برای شبکه DGPS را نشان می دهد . این فهرست در درجه اول می کوشد تا تعداد متعددی از روشهای مختلفی را که توسط طراحان و بانیان آن استفاده شده است را نشان دهد . این فهرست ، فهرستی کامل از الگوریتم ها که شاید دو برابر فهرست فعلی باشد نیست. سه الگوریتم اول جدول الگوریتم های Measurement Domain هستند و 5 الگوریتم آخر نشان دهنده الگوریتم State – Space Domain می باشند(برخی طراحان الگوریتم هایی را ترجیح می دهند که عبارت WADGPS را برای State – Space Domainو DGPS شبکه ای را بطور کلی برای الگریتم های Measurement Domain بکار برند. ) همچنین این جدول بطور خلاصه به این مسئله می پردازد که هر الگوریتم چگونه می تواند خطای منحصر به فرد را کنترل کند .
الگوریتم Measurement Domain
این دسته الگوریتم ها نوعی تصحیح در شبکه DGPS را فراهم می آورد که مجموعه تصحیحاتی است که بصورت وزن دار در ایستگاه مرجع DGPS انجام می شود. سه الگوریتم اول مربوط به روش Measurement Domain در جدول 2 از استراتژیهای مختلفی برای بدست آوردن ضرایب وزن دارد بهره می جوید .