GPS ทำงานอย่างไร

GPS เป็นเครื่องมือสมัยใหม่ทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นผลผลิตของนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันตั้งแต่ปี ค.ศ. 1957 และกว่าจะสำเร็จสามารถใช้งานได้ก็อีกประมาณ 25 ปีต่อมา หรือในปี ค.ศ. 1983 แรก ๆ ระบบ GPS นี้จะถูกใช้งานอยู่แต่เฉพาะในวงการทหารเท่านั้น ภายหลังเหตุการณ์ระทึกขวัญ ที่รัสเซียยิงเครื่องบินพาณิชย์ของเกาหลีใต้ตกทำให้ผู้โดยสารทั้งลำเสียชีวิตทั้งหมด เนื่องจากระบบการนำทางบกพร่อง ระบบการทำงานชอง GPS จึงได้ถูกพัฒนาให้ใช้ได้กับภาคเอกชนมาจนถึงทุกวันนี้ การทำงานของ GPS ต้องทำงานคู่กับดาวเทียมที่โคจรอยู่ในระบบของ GPS เองโดยเฉพาะเพื่อการระบุตำแหน่งของคน สัตว์ หรือสิ่งของบนพื้นโลก โดยต้องมีตัวรับสัญญาณหรือเครื่องรับสัญญาณอย่างใดอย่างหนึ่ง ซึ่ง GPS จะทำหน้าที่คำนวณผลความแตกต่างของเวลากับสัญญาณจริงหรือเวลาที่ได้รับจริงเพื่อทำการเปรียบเทียบ และสามารถระบุตำแหน่งที่เป็นจริงบนผิวโลกได้อย่างชัดเจน

 

ประเภทของ GPS

GPS ที่เรารู้จักกันดี และใช้งานกันอย่างแพร่หลายอยู่ทุกวันนี้มีอยู่ 2 ชนิดด้วยกันคือ ชนิดแรก ได้แก่ GPS Navigator ซึ่งก็คืออุปกรณ์หรือระบบนำทางที่เราใช้ในการหาตำแหน่งวัตถุหรือสถานที่นั่นเอง ส่วนอีกประเภท ได้แก่ GPS Tracking System ก็คืออุปกรณ์หรือระบบติดตามตัวยานพาหะนะหรือสัตว์เลี้ยง

 

การทำงานของ GPS

สมัยก่อนการเดินทางไปในที่ต่างถิ่นที่เราไม่รู้จัก ซึ่งเราต้องการหาตำแหน่งพิกัดของสถานที่ สิ่งที่เราต้องนึกถึงเป็นอันดับแรกก็ได้แก่แผนที่ แต่ในปัจจุบันเราอาจต้องคิดใหม่โดยมีเครื่องมือหรือเทคโนโลยีที่รู้จักกันดีอันได้แก่ ระบบ GPS เป็นตัวเลือกที่ไม่สามารถมองข้ามได้ แต่ก่อนอื่นเราต้องมาทำความรู้จักกับระบบ GPS กันก่อนดีกว่า ระบบการทำงานของ GPS จะทำงานผ่านดาวเทียม GPS ซึ่งจะโคจรเอียงทำมุม 55 องศากับเส้นศูนย์สูตร (Equator) ประกอบด้วยดาวเทียม 24 ดวง โดยจะแบ่งเป็น 6 รอบวงโคจร การโคจรจะสวนทางหรือสานกันคล้ายลูกตะกร้อ แต่ละวงจะประสานกับดาวเทียมจำนวน 4 ดวง โดยจะอยู่ห่างหรือสูงขึ้นไปในอวกาศถึง 12,600 ไมล์ ซึ่งแต่ละดวงจะต้องใช้เวลาในการโคจรรอบโลกดวงละประมาณ 12 ชั่วโมง การทำงาน GPS จะรับสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวง ซึ่งเป็นสัญญาณที่ประกอบด้วยการระบุตำแหน่งและเวลาในการส่งสัญญาณ

ในขณะเดียวกันตัวรับสัญญาณ GPS จะต้องประมวลผลในความแตกต่างของเวลาเพื่อเปรียบเทียบกับเวลาจริง ในการแปลงเป็นระยะทางกับดาวเทียมแต่ละดวง ซึ่งได้ระบุตำแหน่งมาแล้วกับสัญญาณ เพื่อให้การค้นหาตำแหน่งได้แม่นยำ การทำงานของ GPS จำเป็นต้องอาศัยดาวเทียม 4 ดวง เพื่อบอกตำแหน่งบนผิวโลก โดยดาวเทียม 3 ดวงจะระบุตำแหน่งในพื้นราบของผิวโลก แต่ในความเป็นจริงพื้นผิวโลกมีความโค้ง เนื่องจากโลกมีสัณฐานทรงกลม จึงต้องเป็นหน้าที่ของดาวเทียมดวงที่ 4 ซึ่งจะทำให้การคำนวณตำแหน่งของวัตถุถูกต้องมากขึ้น ดาวเทียมแต่ละดวงจะสามารถทำงานได้อย่างแม่นยำในการระบุตำแหน่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดาวเทียมนั้น ๆ กล่าวคือถ้าดาวเทียมที่กำลังใช้งาน และอยู่ในระยะที่ห่างกันจะบอกตำแหน่งได้ดีและแม่นยำกว่าดาวเทียมที่อยู่ใกล้กัน และถ้ามีจำนวนดาวเทียมมากก็จะทำให้ความแม่นยำยิ่งขึ้น

ในชั้นบรรยากาศตามธรรมขาติจะมีความแปรปรวนซึ่งเมื่อสัญญาณตกกระทบจะมีการหักเห อาจทำให้สัญญาณอ่อนลงหรือเพี้ยนไปได้ ยิ่งถ้ามีการบดบังของวัตถุอื่นก็ยิ่งจะทำให้สัญญาณไม่แน่นอน ทั้งนี้ก็ต้องประกอบด้วยประสิทธิภาพของเครื่องรับสัญญาณด้วยว่ามีความไวต่อการรับสัญญาณเพียงไร และการประมวลผลด้วย สูตรการคำนวณการวัดระยะห่างระหว่างดาวเทียมและเครื่องรับสัญญาณจะคำนวณโดยการใช้สูตร ระยะทาง = ความเร็ว X ระยะเวลา ซึ่งการแทนค่าจะเป็นในรูปนี้ ระยะทาง คือ เวลาที่คลื่นวิทยุส่งจากดาวเทียมมายังเครื่องรับสัญญาณ (เครื่อง GPS) ความเร็ว ได้แก่ ระยะทางที่เครื่องรับอยู่ห่างจากดาวเทียม โดยวัดจากนาฬิกาของดาวเทียมซึ่งมีความแม่นยำสูง ตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวงได้ถูกกำหนดไว้แล้วล่วงหน้าก่อนถูกส่งขึ้นสู่อวกาศ สถานีควบคุมจะคอยตรวจสอบความถูกต้องทุกอย่างอยู่ตลอดเวลา

 

การใช้งาน GPS ด้วยระบบการนำทาง

การทำงานของ GPS ต้องทำงานผ่านเครื่องมือรับสัญญาณจากดาวเทียม หรือต้องมีอุปกรณ์การนำทาง ขณะใช้เครื่องมือดังกล่าวต้องมีการเปิดรับสัญญาณ GPS ซึ่งตัวรับสัญญาณจะแสดงตำแหน่งปัจจุบันปรากฏให้เห็นบนหน้าจอในรูปของแผนที่ซึ่งเป็นแผนที่พิเศษที่มีการกำหนดจุดสำคัญต่าง ๆ เช่น การจราจรที่มีการกำหนดให้ชิดซ้าย หรือชิดขวาในการขับยานพาหะนะของแต่ละประเทศ หรือข้อมูลการใช้รถใช้ถนนในระบบพิเศษ เช่นการเดินรถในระบบวันเวย์หรือเดินรถทางเดียวเป็นต้น แสดงจุดสำคัญต่าง ๆ ทางภูมิศาสตร์ เช่น ภูเขา แม่น้ำลำคลอง ซึ่งในแผนที่ GPS ดังกล่าวจะทำการกำหนดไว้ให้แล้วในข้อมูลของระบบ เพื่อให้ตัวโปรแกรมของ GPS ได้เชื่อมต่อระหว่างเส้นทางจนไปได้ถึงจุดหมาย การทำงานบอกตำแหน่งของระบบ GPS จะประกอบด้วยเสียงที่ทำงานอย่างสอดคล้องกับการเลือกเส้นทาง เช่นถ้ามีการเลือกเส้นทางที่จะต้องไปทางด้านขวา เสียงก็จะบอกเตือนให้เลี้ยวชวาเป็นต้น โดยในแต่ละโปรแกรมจะมีการบอกเตือนด้วยเสียงก่อนที่จะถึงจุดกำหนด ในส่วนของเส้นทางก็จะมีการบอกด้วยเสียงเตือนก่อนถึงเส้นทางที่กำหนดเช่นกัน โดยโปรแกรมจะมีการให้เลือกกำหนดว่าจะกำหนดจุดไว้ 2 หรือ 3 จุดก็ได้ หรือแม้แต่การเลือกจุดที่กำหนดได้ตามความพอใจของผู้ใช้หรือตามต้องการก็ได้ การคำนวณเส้นทางตามโปรแกรมนี้จะถูกคำนวณไว้ให้อย่างสมบูรณ์ และเสร็จสิ้นแล้วตั้งแต่การเลือกโปรแกรมทั้งเส้นทางและเสียงเตือน ผู้ใช้เพียงแต่เปิดโปรแกรมเท่านั้น ในการเดินทางคงไม่มีอะไรที่จะแสดงแผนที่ได้ดีไปกว่าระบบ GPS แต่เราต้องสามารถใช้ให้ถูกต้อง ซึ่งก็คงไม่ยากไปกว่าความสามารถของมนุษย์เรา

 

อย่าพลาดโอกาสในการทดลองใช้งาน GPS ฟรี กับ คาร์เเทรค