GPS คืออะไร

posted on 24 Oct 2008 11:56 by usedcar in CarStuff

GPS (Global Positioning System) คำๆ นี้คงเริ่มเป็นที่คุ้นหูของหลายๆ คน เพราะในปัจจุบันได้มีการนำเอาระบบ GPS มาใช้งานกันอย่างแพร่หลายในกิจกรรมด้านต่างๆ ทั้งในด้านการทำงานและชีวิตประจำวัน อาทิเช่น การเดินทาง เป็นต้น

GPS เป็นระบบกำหนดตำแหน่งนำทางผ่านเครือข่ายดาวเทียม (Satellite-Based Navigation System) ซึ่งในปัจจุบันมีเครือข่ายดาวเทียมจำนวน 24 ดวง ที่ทางหน่วยงาน U.S. Department of Defense เป็นผู้ดูแล โดยที่การใช้งานระบบ GPS ผ่านการรับสัญญาณจากดาวเทียมนั้นจะไม่มีค่าใช้จ่ายใดๆ

ในช่วงเริ่มต้นของการนำระบบ GPS มาใช้งาน จะจำกัดอยู่เฉพาะการใช้งานทางด้านการทหารเท่านั้น แต่ต่อมาในปี ค.ศ. 1980 รัฐบาลก็ได้เปิดให้ประชาชนทั่วไปสามารถใช้สัญญาณ GPS ได้

GPS สามารถใช้งานได้ในทุกพื้นที่ในโลก ตลอดเวลา 24 ชั่วโมงโดยอาศัยสัญญาณดาวเทียมที่มีการโคจรรอบโลก 2 ครั้งต่อวัน (เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 7000 ไมล์ต่อชั่วโมงเหนือพื้นโลก 12,000 ไมล์ ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์) ด้วยวงโคจรที่แน่นอนและจะส่งสัญญาณมายังพื้นโลก อย่างไรก็ตาม ในการคำนวณหาตำแหน่งในขณะนั้นๆ จำเป็นต้องรับสัญญาณจากดาวเทียมได้อย่างน้อย 3 ดวงขึ้นไป และอุปกรณ์ GPS จะรับสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวงมาคำนวณหาตำแหน่งที่ถูกต้อง โดยคำนวณได้จากเวลาที่สัญญาณถูกส่งออกจากดาวเทียมและเวลาที่อุปกรณ์ GPS สามารถจับสัญญาณได้ มาคำนวณระยะห่างระหว่างดาวเทียมและอุปกรณ์ GPS เมื่อนำข้อมูลจากดาวเทียมทั้ง 3 ตัวมารวมกันทำให้สามารถหาตำแหน่งบนพื้นโลกของอุปกรณ์ GPS ได้

ในการกำหนดตำแหน่ง หากมีจำนวนดาวเทียม 3 ดวงจะสามารถคำนวณหาตำแหน่งแบบ 2D ได้ (Latitude, Longitude) แต่หากมีดาวเทียมจำนวน 4 ดวงขึ้นไป ก็จะสามารถหาตำแหน่งแบบ 3D ได้ (Latitude, Longitude and Altitude)

ในปัจจุบัน เทคโนโลยีที่ก้าวหน้ามากยิ่งขึ้น จึงมีผู้คิดค้นอุปกรณ์รับสัญญาณ GPS ที่ตั้งขึ้น เพื่อส่งสัญญาณไปช่วยในการเพิ่มความแม่นยำในการคำนวณหาตำแหน่ง เรียกว่า DGPS (Differential GPS) เนื่องจากโดยปกติอุปกรณ์ GPS อาจมีความคลาดเคลื่อนได้ในช่วง 15 เมตร แต่เมื่อมีการนำเอา DGPS เข้ามาใช้งานร่วม จะสามารถลดความคลาดเคลื่อนลงมาที่ 3-5 เมตรได้โดยประมาณ

GPS ส่งสัญญาณอย่างไร

สัญญาณที่ถูกส่งออกจากดาวเทียมนั้นจะเป็น Low Power Radio Signals 2 สัญญาณ L1 และ L2 โดยประชาชนทั่วไปจะสามารถใช้สัญญาณ L1 ที่ความถี่ 1575.42 MHz แบบ UHF สัญญาณจะสามารถวิ่งผ่านพื้นที่ที่มองเห็นได้ดีเช่น ผ่านเมฆ แก้ว หรือ พลาสติก แต่จะไม่สามารถผ่านวัตถุทึบ เช่น ตึกหรือสิ่งก่อสร้างต่างๆ ได้เลย ดังนั้นหากอยู่ในสถานที่ที่ไม่สามาถมองเห็นท้องฟ้าได้ดี การรับสัญญาณก็จะเป็นไปได้ยากหรือไม่ได้เลย

สัญญาณ GPS ที่ถูกส่งออกมาจากดาวเทียมจะประกอบด้วยข้อมูล 3 ส่วนได้แก่

ส่วนที่ 1 Pseudorandom code จะเป็นข้อมูลที่แสดงว่าสัญญาณถูกส่งมาจากดาวเทียมดวงไหน
ส่วนที่ 2 Ephemeris data จะเป็นข้อมูลที่บอกถึงตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของดาวเทียมดวงอื่นๆ
ส่วนที่ 3 Almanac data จะเป็นข้อมูลสำคัญที่แสดงถึงสถานะของดาวเทียมดวงที่ส่งข้อมูลว่ามีสถานะเป็นเช่นไร เช่น เวลาปัจจุบัน ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการนำไปคำนวณหาตำแหน่งอุปกรณ์ GPS

การรับสัญญาณ GPS อาจมีปัญหาได้ หากมีปัจจัยต่างๆ ดังต่อไปนี้เกิดขึ้น

- การล่าช้าของสัญญาณ ขณะเคลื่อนตัวผ่านชั้นบรรยากาศ (Ionosphere and Troposphere Delays)
- การสะท้อนของสัญญาณ ทำให้เส้นทางสัญญาณผิดเพี้ยน (Signal Multipath) เกิดได้เมื่อสัญญาณมีการสะท้อนกับสิ่งก่อสร้างหรือวัตถุใหญ่ๆ ทำให้เกิดความล่าช้าของสัญญาณก่อนถึงอุปกรณ์ GPS
- เวลาบนอุปกรณ์รับสัญญาณไม่ตรงกันกับเวลาของดาวเทียม (Receiver Clock Errors) ทำให้การคำนวณเกิดความผิดพลาดได้
- การแสดงข้อมูลของการโคจรดาวเทียมดวงอื่นผิดพลาด (Orbital Errors)
- จำนวนของดาวเทียมที่รับสัญญาณได้ (Number of satellites visible) ยิ่งมีจำนวนดาวเทียมรับสัญญาณมากก็ยิ่งมีความแม่นยำมากขึ้น
- ตำแหน่งของดาวเทียมที่รับสัญญาณได้ (Satellite geometry/shading) ตำแหน่งของดาวเทียมที่รับสัญญาณแต่ล่ะดวงมีส่วนในการคำนวณ หากดาวเทียมมีตำแหน่งที่ทำองศาระหว่างกันไม่ดีพอ ก็อาจทำให้การคำนวณเกิดคลาดเคลื่อนได้มาก

การนำ GPS มาประยุกต์ใช้ เพื่อประโยชน์ในการดำเนินชีวิต

หลังจากที่ได้เข้าไปทำความรู้จักกับ GPS กันแล้วนั้น หลายๆ คนคงจะมองออกแล้วว่า GPS เป็นเทคโนโลยีที่น่าสนใจและใกล้ตัวเราอย่างมาก และด้วยความสามารถของ GPS ทำให้สามารถนำข้อมูลตำแหน่งมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็น

- ระบบนำร่อง (Navigation System)
- ระบบติดตามยานพาหนะ (Automatic Vehicle Location)
- การสำรวจพื้นที่ (Survey)
- การทำแผนที่ (Mapping) เป็นต้น

ในส่วนของการประยุกต์ใช้งานกับการดำรงชีวิต ยังได้มีการนำ GPS มาใช้ประโยชน์ในการเดินทาง ไม่ว่าจะเป็นทางรถยนต์ ที่ผู้ผลิตรถยนต์หลายๆ ยี่ห้อ ได้ติดตั้งอุปกรณ์ GPS ไว้บนตัวรถ ทำงานร่วมกับแผนที่ประเทศไทย และแผนที่เมืองต่างๆ บนโลก เพื่อระบุตำแหน่งของรถยนต์บนแผนที่นั้น ก่อให้เกิดประโยชน์ในการเดินทาง การค้นหาสถานที่ และไปยังจุดหมายที่ต้องการได้แม่นยำและรวดเร็ว ยิ่งไปกว่านั้นยังสามารถพัฒนาไปถึงการแก้ไขปัญหาจราจร ที่ส่วนหนึ่งเกิดจาดผู้ขับขี่ที่ไม่ชำนาญเส้นทาง จนทำให้ขับขี่ได้ช้าลง หรือหลงทางได้

ทั้งยังสามารถนำไปใช้ในการเดินทางโดยจักรยาน ซึ่งสามารถบันทึกเส้นทางที่เราต้องการเดินทางไป หรือนำไปยังเส้นทางที่คนอื่นได้บันทึกไว้แล้ว ยิ่งไปกว่านั้น ยังสามารถบอกถึงทิศทางที่จะต้องไป ระยะทางที่เหลือ และระยะทางที่จะถึงปลายทางด้วย (ขึ้นกับคุณสมบัติของอุปกรณ์ GPS)

นอกจากนี้ ส่วนหนึ่งยังมีการนำไปประยุกต์ใช้ในการเดินป่า โดยใช้งานคุณสมบัติของอุปกรณ์แต่ละรุ่น/ยี่ห้อ เช่น การเก็บระยะทางโดยรวม, นาฬิกา, เข็มทิศ, เวลาพระอาทิตย์ขึ้น-ตก เป็นต้น หรือแม้แต่การติดตามตัวก็สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้