การใช้ประโยชน์ของระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลกมีอะไรบ้าง

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)

ทุก ๆ อย่างที่ถูกสร้างขึ้นมาบนโลกใบนี้ล้วนแล้วแต่มีหน้าที่สำคัญในตนเองทั้งสิ้น โดยเฉพาะเรื่องที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อหวังให้ประโยชน์กับมนุษย์โลกทุกคนยิ่งจำเป็นต้องถูกสร้างขึ้นเพื่อทำหน้าที่สำคัญให้ดีที่สุด เฉกเช่นเดียวกับ ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก ที่พอจะรู้กันดีอยู่แล้วว่าเจ้าสิ่งนี้มีหน้าที่สำคัญอะไรบ้างแต่อยากขยายความให้ได้เข้าใจกันมากยิ่งขึ้นสำหรับคนที่กำลังหาคำตอบหรืออยากรู้รายละเอียดแบบลึกซึ้งเกี่ยวกับเรื่องดังกล่าว รับรองได้ว่าจะทำให้เข้าใจในสิ่งเหล่านี้เพิ่มมากขึ้นอีกเยอะเลยทีเดียว

ส่วนประกอบของระบบกำหนดตำแหน่ง

ต้องบอกว่าหากจำแนกหน้าที่สำคัญของ ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก จริง ๆ จะแยกออกมาได้ทั้งหมด 3 ประเด็น ประกอบไปด้วย

รับข้อมูลตามวงโคจร

มีหน้าที่รับข้อมูลตามวงโคจรที่ถูกต้องของดาวเทียม หรือ Ephemeris Data ที่ถูกส่งมาจากสถานีควบคุมดาวเทียมหลัก หรือ Master Control Station แล้วทำการกระจายข้อมูลต่าง ๆ ที่ได้รับมากลับสู่พื้นโลกโดย GPS Receiver จะใช้เพื่อคำนวณระยะทางระหว่างดาวเทียมดวงดังกล่าวกับตัวเครื่องของ GPS Receiver พร้อมด้วยตำแหน่งดาวเทียมที่อยู่บนท้องฟ้า สิ่งเหล่านี้ทำขึ้นเพื่อค้นหาพิกัดตำแหน่งของตัวเครื่อง GPS Receiver เอง

ส่งรหัสข้อมูล

มีหน้าที่สำหรับการส่งรหัสพร้อมข้อมูล Carrier Phase ไปพร้อม ๆ กับคลื่นวิทยุ แล้วส่งกลับมายังพื้นโลกโดย GPS Receiver จะใช้เพื่อคำนวณระยะทางระหว่างดาวเทียมดวงดังกล่าวกับเจ้าตัวเครื่อง GPS Receiver

ส่งข้อมูลของตำแหน่งดาวเทียม

มีหน้าที่สำหรับการส่งข้อมูลตำแหน่งโดยประมาณของบรรดาดาวเทียมทั้งหมดพร้อมข้อมูลด้านสุขภาพของตัวดาวเทียมเองกลับมาสู่พื้นโลก คำว่าสุขภาพในที่นี้ก็หมายถึงระบบการทำงานของตัวดาวเทียมว่ายังเหลือประสิทธิภาพในการใช้งานมากน้อยขนาดไหน เพื่อให้คนข้างล่างบนโลกได้รู้ความเคลื่อนไหวหากสัมผัสว่ามันไม่น่าจะใช้งานได้นานเท่าไหร่ก็จะมีการส่งดาวเทียมดวงใหม่ขึ้นไปทดแทนการทำงานของดวงเดิม และตัว GPS Receiver ใช้เพื่อการกำหนดตำแหน่งดาวเทียมที่เอาไว้รับสัญญาณได้

นี่เป็นหน้าที่สำคัญหลัก ๆ แต่อย่างไรก็ตามมันยังมีรายละเอียดน่าสนใจให้ได้พูดถึงเพิ่มเติมกันอีก เพราะหน้าที่ของการทำงานจากสิ่งเหล่านี้คงไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อให้ทำแค่นั้นแน่ จากงบประมาณดาวเทียมแต่ละดวงแล้วเรามาดุกันต่อไปเกี่ยวกับเรื่องหน้าที่

การทำงานร่วมกันในแต่ละหน้าที่

สถานีควบคุมจากส่วนภาคพื้นดิน Monotoring and Controlling ของระบบจะถูกควบคุมจากกองทัพอากาศของสหรัฐฯ ซึ่งสถานีควบคุมหลักของพวกเขาตั้งอยู่ที่รัฐโคโลราโด ประเด็นหลักที่พวกเขาทำคือการตรวจสอบดาวเทียมที่มีอยู่ทุกดวงในระบบ มีการป้อนคำสั่งสำหรับการควบคุม ป้อนข้อมูลต่าง ๆ ให้ข่าวสารด้านการนำร่องจากสถานีตรวจสอบภาคพื้นดิน

มีการใช้สายอากาศภาคพื้นดินสำหรับการควบคุมดาวเทียมก่อนมีการส่งต่อไปให้สถานีดาวเทียม Master Control สำหรับกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลกให้มีความแน่นอนมากยิ่งขึ้นของตัวดาวเทียมแต่ละดวงรวมถึงถึงเป็นการปรับค่าให้ชัดเจน ถูกต้อง แม่นยำ ของบรรดาข้อมูลต่าง ๆ ที่มีอยู่ตลอด

กรณีมีดาวเทียมดวงไหนก็ตามเกิดความไม่ปกติขึ้นมา สถานที่ควบคุมภาคพื้นดินจะมีการกำหนดสุขภาพของดาวเทียมว่าให้ดาวเทียมดวงนั้นเป็น Un – healthy แล้วจะทำให้ GPS Receriver รับรู้ว่าอย่าเลือกใช้ข้อมูลดาวเทียมตัวนี้ จากนั้นเครื่องรับก็สามารถทำการตรวจสอบราละเอียดต่าง ๆ ได้จากการตรวจสอบเรื่องสถานะของตัวดาวเทียม ตัวเครื่องจะไม่เกิดการทำงานสำหรับรับข้อมูลจากตัวดาวเทียมที่มีปัญหาด้านสุขภาพ จะมีการเลือกใช้งานดาวเทียมดวงอื่น ๆ แทนที่เหมาะสมกับการรับข้อมูลมากกว่าเพื่อคำนวณตำแหน่งของพิกัดบนพื้นโลก

ส่วนดาวเทียมที่มีปัญหาทางสุขภาพดังที่กล่าวเอาไว้ตั้งแต่ตอนแรกก็อาจถูกปิดใช้งานเพื่อให้เกิดการบำรุงรักษา ขณะที่บางตัวหากสุขภาพแย่มาก ๆ ก็อาจเกิดการปิดเพื่อเปลี่ยนวงโคจรให้เหมาะสมตามสภาพความเป็นจริง

ความแม่นยำในการบอกตำแหน่งที่เชื่อถือได้

ยังคงมีคำถามเกี่ยวกับหน้าที่ที่หลายคนสงสัยว่าการบอกพิกัดของ GPS Receiver มีความแม่นยำมากน้อยขนาดไหน จริงแล้วต้องบอกว่ามันมีปัจจัยหลาย ๆ ด้านที่จะทำให้การระบุตำแหน่งบนพื้นโลกมีความแม่นยำซึ่งทังหมดทั้งมวลนี้มันเป็นเรื่องลึกซึ้งที่หากใครมีความสนใจสามารถไปศึกษารายละเอียดต่าง ๆ เพิ่มเติมกันต่อได้ทว่าสิ่งที่อยากจะพูดถึงเรื่องหน้าทีอีกนิดคือนับเป็นโชคดีของคนในยุคนี้ที่เราได้รับการพัฒนาด้านต่าง ๆ มาอย่างต่อเนื่องแม้แต่เรื่องของระบบการกำหนดพิกัดนี้ มันช่วยให้เราใช้ประโยชน์จากสิ่งเหล่านี้ได้เยอะทีเดียว

หากบอกว่าโลกของเราพัฒนาไปได้ไกลมากแค่ไหนภาพหนึ่งที่เห็นชัดเจนสุดคงหนีไม่พ้นเรื่องของเทคโนโลยีอันก้าวล้ำไปข้างหน้าแบบหยุดไม่อยู่ ซึ่ง ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก เองก็มีส่วนไม่น้อยในการเป็นตัวช่วยเพื่อพัฒนาโลกของเราให้ก้าวไปข้างหน้าได้ในแบบฉบับที่ควรเป็น เราเองที่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับเรื่องตรงนี้มากนักอาจมองไม่เห็นความสำคัญหรือมองไม่เห็นหน้าที่อันชัดเจนแต่ถ้าลองได้เข้าไปมีส่วนร่วมหรือศึกษาราละเอียดดี ๆ จะพบว่ามันสำคัญต่อการดำรงชีวิตของเรามากทีเดียว

เชื่อว่าในอนาคตระบบดังกล่าวก็จะยังคงพัฒนาต่อไปเรื่อย ๆ ไม่หยุดยั้ง และยังมองไม่ออกด้วยซ้ำว่ามันจะหยุดที่ตรงไหนเพราะทุกสิ่งมันก็ต้องเดินหน้าต่อไป อีกทั้งยังเชื่อว่าหน้าที่สำคัญของระบบกำหนดตำแหน่งนี้ก็จะต้องพัฒนาเพิ่มมากขึ้นไปอีก เป็นเรื่องดี ๆ ที่มนุษย์เราพยายามพัฒนาสิ่งต่าง ๆ เพื่อให้ตอบสนองความต้องการและความสะดวกสบายด้านการใช้ชีวิตมากที่สุด

ระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลก มีอะไรบ้าง

ระบบระบุตําแหน่งบนพื้นโลก (Global Positioning System GPS) ใช้เทคโนโลยีในข้อใด