1

GPS GPS Global Positioning System

2

GPS คื�ออะไร?GPS คื�ออะไร?•GPS เป็นเคืร��องมื�อหา

ตำ�าแหน�งพิ�กั�ดภู�มื�ศาสตำร�บนพิ� นผิ�วโลกัโดยอาศ�ยส�ญญาณอ(างอ�งจากัระบบดาวเที+ยมื

3

GPS ใช้(ที�าอะไร?GPS ใช้(ที�าอะไร?•GPS เป็นเคืร��องมื�อช้�วยตำอบ

คื�าถามืว�า “ฉั�นอย�� ที+�ไหนบนโลกัใบน+ ?”

4

• ช้��อเตำ0มืคื�อ NAVSTAR GPS = NAV igation S ystem with T imeA nd R anging Global

Positioning System• พิ�ฒนาขึ้3 นโดยกัระทีรวงกัลาโหมื ป็ระเทีศ

สหร�ฐอเมืร�กัา• ที�างานโดยอาศ�ยระบบดาวเที+ยมื เร��มืป็ล�อย

ส��วงโคืจรในป็5 คื.ศ. 1978• ไมื�จ�ากั�ดจ�านวนผิ�(ใช้(• ใช้(ส�ญญาณได(ฟร+

5

ระบบ GPS มื+ 3 ส�วนป็ระกัอบ ระบบ GPS มื+ 3 ส�วนป็ระกัอบ The S - pace Segment ระบบ

ดาวเที+ยมืในวงโคืจรรอบโลกั

The User- Segment

ผิ�( ใช้(ส�ญญาณ

GPS

The Contro - l Segment

สถาน+คืวบคื8มืซึ่3�งตำ� งอย��บร�เวณแนวเส(นศ�นย�ส�ตำร

6

1) THE SPACE SEGMENT

1) THE SPACE SEGMENT

• ดาวเที+ยมื 24 ดวงใน6 วงโคืจร(ระบบกัารว�ดตำ�าแหน�งอาศ�ยดาวเที+ยมื

อย�างน(อย 4 ดวง)• บนแตำ�ละวงโคืจรป็ระกัอบด(วยดาวเที+ยมื

4 - 5 ดวง ระนาบวงโคืจรเอ+ยงที�ามื8มื55° กั�บแกันโลกั ที+� ระด�บคืวามืส�ง2

0200 กั�โลเมืตำรเหน�อผิ�วโลกั• ดาวเที+ยมืโคืจรคืรบรอบที8กั 12

ช้��วโมืง• บนดาวเที+ยมืมื+นาฬิ�กัาป็รมืาณ�ที+�มื+คืวามื

เที+�ยงตำรงถ3ง 10-14 ว�นาที+หร�อ0.00000000000001 ว�นาที+

7

โคืรงกัารคื�ายว�ทียาศาสตำร�เยาวช้นช้(างเผิ�อกัซึ่+เมืนตำ�ไทีย คืร� งที+� 13 20-26 ตำ8ลาคืมื 2545

ระบบส�ญญาณจากัดาวเที+ยมื ระบบส�ญญาณจากัดาวเที+ยมื• -2 carrier wave in L band

– 1 157542L = . MHz 1023 154( . x )

– 2 122760L = . MHz 1023 120( . x )

• 2 codes– - CCCCCCCCCCCCCCCCCC / /

code•CCCCCCCCCCC CCCC CCCCCC

– C CCCC - CCCCCCCCC CCCC• 267 days length

• CCCCCCCCC Message Almanac, Ephemeris, Corre

ction parameter

8

GPS Data Structure

GPS Data Structure

9

Calculating the distance to the

satellite

Calculating the distance to the

satellite

• กัารคื�านวณระยะทีาง ใช้(สมืกัาร “ Distance = Velocity x Time”– V elocity คื�อคืวามืเร0วขึ้อง

ส�ญญาณว�ทีย8เที�ากั�บ 290000,Km/ hr

– Time คื�อเวลาที+�ส�ญญาณว�ทีย8เด�น ทีางจากัดาวเที+ยมืมืาส��เคืร��องร�บ GPS

10

• ณ จ8ดตำ�ดกั�นขึ้องระยะทีางจากั

ดาวเที+ยมื 3 ดวงสามืารถระบ8ตำ�าแหน�งพิ�กั�ดบนพิ� นโลกั

• ระบบ GPS ใช้(ระยะคื�านวณว�ดจากั

ดาวเที+ยมือย�างน(อย4 ดวง เพิ��อคืวามืแมื�นย�า

Calculating theGlobal Position

Calculating theGlobal Position

11

• หน(าที+�ขึ้องสถาน+คืวบคื8มืภูาคืพิ� นด�น– Calibrates and

Synchronize ระบบเวลา– ป็ระเมื�นแนวโคืจรขึ้องดาวเที+ยมื

แตำ�ละดวง– ป็ระเมื�นคื�าคืวามืผิ�ดพิลาดจากั

ตำ�าแหน�งดาวเที+ยมืแตำ�ละดวง– ส�งขึ้(อมื�ลคื�าส��งส��ดาวเที+ยมื

2) THE CONTROL SEGMENT

C2 HE CONTROL SEGMENT

12

GPS Receiver Block DiagramGPS Receiver Block Diagram

13

Differentially corrected position

(DGPS)

Differentially corrected position

(DGPS)• กัารแกั(คืวามืคืลาดเคืล��อนที+�เกั�ดขึ้3 นในระบบกัารว�ด ตำ�าแหน�งพิ�กั�ด โดยอาศ�ยดาวเที+ยมื

– คืวามืคืลาดเคืล��อนขึ้องนาฬิ�กัา

– คืวามืคืลาดเคืล��อนเน��องจากัวงโคืจรขึ้องดาวเที+ยมื

– Selective Availability - S/A

14

คืวามืคืลาดเคืล��อนจากันาฬิ�กัา( Satellite and

Receiver C lock Errors)

คืวามืคืลาดเคืล��อนจากันาฬิ�กัา( Satellite and

Receiver C lock Errors)• ถ3งแมื(นาฬิ�กัาบนดาวเที+ยมืจะมื+คืวามืแมื�นย�าถ3ง10-14 ว�นาที+ บางคืร� งกั0อาจเกั�ดคืวามืคืลาดเคืล��อนส�งผิลกัระทีบตำ�อกัารคื�านวณตำ�าแหน�ง

• คืวามืคืลาดเคืล��อนน+ สามืารถแกั(ไขึ้จากัสถาน+คืวบคื8มืภูาคืพิ� นด�น

15

คืวามืคืลาดเคืล��อนเน��องมืาจากัวงโคืจร Dilution of Precision

(DOP)

คืวามืคืลาดเคืล��อนเน��องมืาจากัวงโคืจร Dilution of Precision

(DOP)• คืวามืส�มืพิ�นธ์�ระหว�างระยะห�าง

และตำ�าแหน�งขึ้องดาวเที+ยมืในวงโคืจร

• Dilution of Precision ในระนาบตำ�างๆ– VDOP - vertical

direction– HDOP - horizontal

direction– PDOP - position - 3D– GDOP - Geometry -

3D+Time

ระยะห�างไมื�เหมืาะสมื - ตำ�าแหน�งคืลาดเคืล��อนส�ง

ระยะห�างเหมืาะสมื - ตำ�าแหน�งคืลาดเคืล��อนน(อย

16

กัารเล�อกักั�าหนดคืวามืเบ+�ยง เบน

Selective Availability (S/A)

กัารเล�อกักั�าหนดคืวามืเบ+�ยง เบน

Selective Availability (S/A)

• คืวบคื8มืโดยกัระทีรวงกัลาโหมืขึ้องป็ระเทีศ สหร�ฐอเมืร�กัา ( U.S.Departmentof Defense)

• เพิ��อป็>องกั�นไมื�ให(กั�าล�งศ�ตำร�สามืารถใช้(ป็ระโยช้น�จากั คืวามืแมื�นย�าขึ้อง GPS โดยตำ� งให(มื+คืวามืคืลาด

เคืล��อนไว(ในระบบ

• อเมืร�กัาป็ระกัาศจะยกัเล�กั S/A ในป็5 2006

17 โคืรงกัารคื�ายว�ทียาศาสตำร�เยาวช้นช้(างเผิ�อกัซึ่+เมืนตำ�ไทีย คืร� งที+� 13 20-26 ตำ8ลาคืมื 2545

– คืวามืหนาแน�นขึ้องบรรยากัาศช้� นionosphere อาจเป็ล+�ยนแป็ลงไป็ตำามืสภูาวะบนดวงอาที�ตำย�

– มืวลขึ้องไอน� าในบรรยากัาศสามืารถส�งผิลกัระทีบตำ�อคืล��นส�ญญาณ

คืวามืคืลาดเคืล��อนจากัช้� นบรรยากัาศ(Ionospheri

c and atmosphericdelays)

คืวามืคืลาดเคืล��อนจากัช้� นบรรยากัาศ(Ionospheri

c and atmosphericdelays)

คืล��นส�ญญาณระหว�างตำ�าแหน�งดาวเที+ยมืใกัล(ผิ�วโลกัจะถ�กัผิลกัระทีบได(มืากักัว�าจากัตำ�าแหน�งไกัลออกัไป็

18

คืวามืคืลาดเคืล��อนจากักัาร ตำกักัระทีบ (Multipath

Error)

คืวามืคืลาดเคืล��อนจากักัาร ตำกักัระทีบ (Multipath

Error)

• เกั�ดขึ้3 นเมื��อเสาอากัาศขึ้องเคืร��องร�บส�ญญาณไป็ ตำ� งอย��ใกัล(กั�บพิ� นผิ�วสะที(อนขึ้นาดใหญ� เช้�น

ทีะเลสาบหร�ออาคืารส�ง ส�ญญาณจากัดาวเที+ยมืตำกักัระทีบพิ� นผิ�วขึ้(างเคื+ยงน+ กั�อนแล(วจ3งสะที(อน

เขึ้(าเคืร��องร�บ ที�าให(ผิลกัารว�ดผิ�ดพิลาด• คืวามืผิ�ดพิลาดช้น�ดน+ สามืารถลดได(โดยใช้(เสาร�บ

ส�ญญาณช้น�ดพิ�เศษ

19

3) THE USEC CCC C CC C3) THE USE R SEGMENT• ผิ�(ใช้(เคืร��องร�บส�ญญาณ

GPS เพิ��อกั�จกัารตำ�างๆ– กัารส�ารวจ

(Surveying)– กัารน�าทีางภูาคืพิ� นด�น

(Land Navigation)– M arine Navigation– Machine Control– etc.

20

Autonomous NavigationAutonomous Navigation• ใช้(เคืร��องร�บส�ญญาณเพิ+ยงเคืร��อง

เด+ยว ร�บส�ญญาณ C/A Code “เล�อกัระยะ psudorange” จากั

ตำ�าแหน�งดาวเที+ยมื 4 ดวงหร�อ มืากักัว�า เพิ��อระบ8พิ�กั�ดขึ้องเคืร��องร�บ

• มื+คืวามืถ�กัตำ(องภูายในระยะป็ระมืาณ100 เมืตำรส�าหร�บพิลเร�อน

• ถ�กัตำ(องในระยะ 5-15 เมืตำรส�าหร�บกั�จกัารทีหาร

21

Differentially Corrected

Positioning -DGPS

Differentially Corrected

Positioning -DGPS• ร�บส�ญญาณ C/A code• คืวามืถ�กัตำ(องระหว�าง 0.5 - 5 เมืตำร

• ใช้(ในกัารเกั0บขึ้(อมื�ล GIS•กัารเด�นเร�อในแมื�น� าหร�อที+�

จ�ากั�ด

22

Differential Phase Position

Differential Phase Position

• ร�บคืล��นส�ญญาณ L1 or L2 carrier wave

• คืวามืถ�กัตำ(องระหว�าง 0.5-20 mm•ใช้(ในงานส�ารวจร�งว�ด•กัารคืวบคื8มืเคืร��องจ�กัรกัล•กั�จกัรรมืที+�ตำ(องใช้(ระยะว�ดที+�ถ�กัตำ(อง

23

Why use GPS?

Why use GPS?• เมื��อไมื�มื+ L ine of Sight

• Any time of day and night/ All weather

• Very high geodeticaccuracy

• สามืารถป็ฏิ�บ�ตำ�งานได(รวดเร0วด(วยกั�าล�งคืนจ�านวนน(อย