ระบบระบุตำแหน่งบนพื้นโลก (Global Positioning System GPS )

คำนำ หนังสือเล่มนี้จัดทำขึ้นเพื่อประกอบการเรียนวิชา ฟิสิกส์6โดยมีจุดประสงค์ เพื่อให้ผู้จัดทำมีความรู้ความ เข้าใจในเรื่องเครื่องระบุตำแหน่งบนพื้นโลกมากขึ้น ตลอดจนสามารถเผยแพร่ความรู้ให้กับบุคคลทั่วไปเพื่อ นำไปใช้ประโยชน์ได้จริง ทั้งนี้ เนื้อหาและบททดสอบได้มีการรวบรวมจากหนังสือ เรียน อินเทอร์เน็ต ผู้จัดทำขอขอบคุณคุณครู อาจาร์ย และผู้ที่มีส่วนช่วยสนับสนุนให้หนังสือเล่มนี้สำเร็จด้วยดี จตุพร ราชเพียแก้ว ผู้จัดทำ

สารบัญ หน้า 1.เครื่องระบุตำแหน่งโลก 1 2.หน้าที่สำคัญของเครื่องระบุตำแหน่ง 3 3.ประโยชน์ของเครื่องระบุตำแหน่งโลก 4 4.แบบฝึกหัด 5 5.เฉลยแบบฝึกหัด 6

1 เครื่องระบุตำแหน่งบนพื้นโลก (Global Positioning System : GPS ) 1. องค์ประกอบหลักของ GPS ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก ประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก คือ ส่วนอวกาศ (Space segment) ส่วนสถานีควบคุม (Control segment) และส่วนผู้ใช้ (User segment) 1) ส่วนอวกาศ(Space segment) เป็นส่วนที่อยู่บนอวกาศ ประกอบด้วยดาวเทียม 24 ดวง โดยมี 21 ดวง แบ่งเป็น 6 วงโคจร วงโคจรละ 4 ดวง อยู่สูงจากพิ้นดินประมาณ 20,200 กิโลเมตร ทำหน้าที่ส่งสัญญาณคลื่นวิทยุจากอวกาศ 2) ส่วนสถานีควบคุม(Control segment) ประกอบไปด้วยสถานีภาคพื้นดินที่ควบคุมระบบ ที่กระจายอยู่ตามส่วนต่าง ๆ ของโลก โดยแบ่งออกเป็นสถานีควบคุมหลัก ตั้งอยู่ที่ฐานทัพอากาศใน เมืองโคโลราโดปสริงส์ (Colorado Springs) มลรัฐโคโรลาโดของ สหรัฐอเมริกาสถานีติดตามดาวเทียม 5 แห่ง ทำการรังวัดติดตามดาวเทียม ตลอดเวลา สถานีรับส่งสัญญาณ 3 แห่ง 3) ส่วนผู้ใช้ (User segment) ประกอบด้วยเครื่องรับสัญญาณ หรือเครื่องรับจีพีเอส GPS ซึ่งมีหลาย ขนาด สามารถพกพาติดตัวหรือ จะติดไว้ในรถ เรือ เครื่องบินก็ได้

2 2.หลักการของ GPS คือการคำนวณระยะทางระหว่างดาวเทียมกับเครื่อง GPS ซึ่งจะต้องใช้ ระยะทางจากดาวเทียมอย่างต่ำ 3 ดวง เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่แน่นอน ซึ่งเมื่อ เครื่อง GPS สามารถรับสัญญาณจากดาวเทียมได้ 3 ดวงขึ้นไปแล้ว จะมี คำนวณระยะทางระหว่างดาวเทียมถึงเครื่อง GPS โดยจากสูตรคำนวณ ทางฟิสิกส์คือ ความเร็ว X เวลา = ระยะทาง โดยดาวเทียมทั้ง 3 ดวงจะส่งสัญญาณที่เหมือนกันมายังเครื่อง GPS โดย ความเร็วแสง (186,000 ไมล์ต่อวินาที) แต่ระยะเวลาในการรับสัญญาณ ได้จากดาวเทียมแต่ละดวงนั้นจะไม่เท่ากัน เนื่องจากระยะทางไม่เท่ากัน เช่น ดาวเทียม 1 : ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวงแรกถึงเครื่อง GPS คือ 0.10 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS คือ 18,600 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.10 วินาที = 18,600 ไมล์) ฉะนั้นตำแหน่ง ปั จจุบันก็จะสามารถเป็นจุดใดก็ได้ในวงกลมที่มีรัศมี 18,600 ไมล์ ซึ่งจะ เห็นว่าดาวเทียมเพียงดวงเดียวยังไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนได้ ดาวเทียม 2 : ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวงแรกถึง เครื่อง GPS คือ 0.08 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS คือ 13,200 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.08 วินาที = 13,200 ไมล์) ฉะนั้นตำแหน่งปั จจุบันก็จะสามารถเป็นจุดใดก็ได้ในจุด Intersect ระหว่าง วงกลมจากดาวเทียมดวงแรกกับดาวเทียมดวงที่ 2 ดาวเทียม 3 : ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวงแรกถึง เครื่อง GPS คือ 0.06 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS คือ 11,160 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.06 วินาที = 11,160 ไมล์) ฉะนั้น ตำแหน่งปั จจุบันก็จะสามารถเป็นจุดใดก็ได้ในจุด Intersect ระหว่าง วงกลมจากดาวเทียมทั้ง 3 ดวง

3 หน้าที่สำคัญ ของดาวเทียม GPS มีดังนี้ 1. รับข้อมูล วงโคจรที่ถูกต้องของดาวเทียม (Ephemeris Data) ที่ส่งมา จาก สถานีควบคุมดาวเทียมหลัก (Master Control Station) เพื่อส่ง กระจายสัญญาณข้อมูลนี้ ลงไปยังพื้นโลก สำหรับ GPS Receiver ใช้ใน การคำนวณ ระยะห่าง (Range) ระหว่างดาวเทียมดวงนั้น กับ ตัวเครื่อง GPS Receiver และตำแหน่งของดาวเทียมบนท้องฟ้า เพื่อใช้คำนวณหา ตำแหน่งพิกัด ของตัวเครื่อง GPS Receiver เอง 2. ส่งรหัส (Code) และข้อมูล Carrier Phase ไปกับคลื่นวิทยุ ลงไปยังพื้น โลก สำหรับ GPS Receiver ใช้ในการคำนวณ ระยะห่าง (Range) ระหว่าง ดาวเทียมดวงนั้น กับ ตัวเครื่อง GPS Receiver 3. ส่งข้อมูลตำแหน่งโดยประมาณของดาวเทียมทั้งหมด (Almanac Information) และข้อมูลสุขภาพ ของดาวเทียม ลงไปยังพื้นโลก สำหรับ GPS Receiver ใช้ในการกำหนดดาวเทียม ที่จะสามารถรับสัญญาณได้

4 3. ประโยชน์และการประยุกต์ใช้ระบบ GPS • ช่วยนำทางจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ตามต้องการ • ช่วยในการติดตามการเคลื่อนที่ของยานพาหนะ คน สัตว์ และสิ่งของ • ช่วยในการปรับปรุงแก้ไขความถูกต้องเชิงตำแหน่งของข้อมูลจาก ดาวเทียม • ช่วยในการสำรวจรังวัด ทำแผนที่ และจัดสร้างฐานข้อมูลสารสนเทศ ภูมิศาสตร์ • ช่วยในการควบคุมเครื่องจักรกลในภาคเกษตรกรรม • ช่วยในการบริหารจัดการคมนาคมขนส่ง • ช่วยสนับสนุนการให้บริการข้อมูลข่าวสารเชิงตำแหน่ง(Location Based Service) • อื่นๆ

แบบฝึกหัด 5 ตอนที่ 1 1. ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) เป็นการรวบรวม จัดเก็บและ วิเคราะห์ข้อมูลทางภูมิศาสตร์โดยใช้หลักเครื่องมือ ชนิดใด ก. ยานขนส่งอวกาศ ข. ดาวเทียมสื่อสาร ค. ระบบคอมพิวเตอร์ ง. สถานีรับสัญญาภาคพื้นดิน 2. ข้อใดคือประโยชน์ของ GPS ก. การใช้อ้างอิงในการนับเวลา ข. การสำรวจรังวัดและการทำแผนที่ ค. การติดตามการเคลื่อนที่ของคนและวัตถุ ง. ถูกทุกข้อ 3. ดาวเทียม NAVSTAR มีจำนวนทั้งหมดกี่ดวงที่โคจรอยู่เหนือพื้นโลก ก. 22 ดวง ข. 24 ดวง ค. 26 ดวง ง. 28 ดวง ตอนที่ 2 1. อาร์เอฟไอดี (RFID) คือ เทคโนโลยีที่ใช้ คลื่นวิทยุในการอ่านข้อมูล โครงสร้างของระบบ ประกอบด้วยส่วนย่อ 2 ส่วนคืออะไร 2. ประโยชน์ของอาร์เอฟไอดี (RFID)คืออะไร

เฉลยแบบฝึกหัด 6 ตอนที่ 1 ข้อที่ 1 ตอบ ง 2 ตอบ ง 3 ตอบ ข ตอนที่ 2 1.อาร์เอฟไอดี (RFID) คือ เทคโนโลยีที่ใช้ คลื่นวิทยุในการอ่าน ข้อมูล โครงสร้างของระบบ ประกอบด้วยส่วนย่อ 2 ส่วนคืออะไร ตอบ ทรานสปอนเดอร์และเครื่องอ่านข้อมูล 2.ประโยชน์ของอาร์เอฟไอดี (RFID)คืออะไร ตอบ ระบบป้องกันการขโมยสินค้าในร้านค้า ระบบอ่านบัตรประจำตัวพนักงาน ระบบเก็บค่าผ่านทางต่างๆ

จัดทำโดย นางสาว จตุพร ราชเพียแก้ว ชั้น ม.6/1 เลขที่ 25