با بهره گيري از ر�?ش (DGPS) استفاده كنندگان GPS مي ت�?انند م�?قعيت نقاط را تا دقت 5 متر، حتي در شرايطي ، تا دقت 1 متر به دست آ�?ردند. در اين ر�?ش آنها از تصحيحات شبه فاصله سنجي مخابره شده استفاده مي كنند كه ب�?ي�?ه قادر است خطاي مدار ماه�?اره �? خطاهاي ساعت �? S.A �? همچنين تاخيراتي كه به دليل آشفتگي در لايه هاي ي�?نسفر �? تر�?پسفر ايجاد مي ش�?د را كاهش دهند. معهذا، كاربرد DGPS به همراه يك ايستگاه ثابت معايبي هم دارد. براي مثال دقيق ترين اطلاعات متاسفانه تنها به منطقه اي ك�?چك محد�?د مي ش�?د. براي غلبه بر چنين معايبي گر�?ههاي تحقيق متعددي در حال متح�?ل كردن تكن�?ل�?�?ي (WADGPS) هستند. در اين مقاله تايسن م�?لر از مشا�?ران تيل در ك�?پرتين�?ي كاليفرنيا درباره مزايا �? معايب WADGPS �? نيز الگ�?ريتم متفا�?تي كه براي كاربرد آن طرايح شده است سخن مي گ�?يد. ا�? با بيش از 25 سال تجربه مهندسي در زمينه سيستم هاي رديابي �? مكان يابي از جمله طرح شبكه WADGPS براي رديابي دريايي شايسته ترين فرد براي راهبري اين بحث مي باشد. (WADGPS) يكي از فن آ�?ري هاي شبكه تعيين م�?قعيت آني با GPS در مناطق �?سيع است ، كه اين ر�?زها بط�?ر ر�?ز افز�?ن �?گسترده م�?رد ت�?جه قرار دارد. اين امر نه تنها از نظر نهادهاي د�?لتي همچ�?ن ناسا (NASA) �? گارد ساحلي آمريكا �? يا اداره فدرال ه�?ان�?ردي (FAA) را جلب كرده است ، بلكه از س�?ي صاحبان خدمات مختلف تجارتي نيز م�?رد ت�?جه �?اقع شده است.
ناسا با اين كار بط�?ر مشخصي سه�?لت كاربرد شبكه جهاني از ايستگاههاي مرجع GPS را جهت فراهم آ�?ردن تصحيحات DGPS م�?رد بررسي قرار داده است، تا از اين طريق بت�?اند شاتل هاي فضايي (Space Shuttle) را قادر به فر�?د اضطراري در پايگاههايي كه امكانات امدادي بسيار محد�?دي دارند بنمايد. هم اكن�?ن گارد ساحلي آمريكا در حال بررسي امكان شبكه بندي علائم رادي�?يي جهت هدايت دريايي كشتي ها به WADGPS است. درعين حال اداره فدرال ه�?ان�?ردي نيز استفاده از شبكه WADGPS را براي CONIS (بخش عمليات قاره اي آمريكا) تحت بررسي دارد، تا از طريق GPS امكان رد يابي �? فر�?د دقيق ه�?اپيماها را ممكن سازد. از س�?ي ديگر يك مؤسسه خدماتي نيز در حال تحقيق در استفاده از شبكه ساحلي GPS براي پ�?شش كامل اقيان�?سي است . در حال حاضر د�? مؤسسه خدماتي ديگر �? نيز يك مؤسسه در آينده از اين سيستم بهره مند خ�?اهند شد .
بنابراين جا دارد بپرسيم �?اقعا WADGPS چيست كه اين چنين ت�?جه بسياري را به خ�?د جلب كرده است �? چگ�?نه مي ت�?ان آن را با DGPS مقايسه كرد. چرا اين تكن�?ل�?�?ي از اهميتي كه گفته شد براي نهادها بـرخـ�?ردار است؟ نقاط ضعف آن چيست؟ هم اكن�?ن از چـه ر�?شهـايي در اين زمينـه استفاده مي ش�?د�? .... اين ها بخشي از پرسشهايي است كه در اين مقاله سعي شده به آنها پاسخ داده ش�?د.
محـاسن �? معـايب WADGPS
WADGPS ت�?سط چانگ د�?ن كي، از استانف�?رد �? همكارانش در اداره ه�?ان�?ردي فدرال معم�?ل �? رايج شد. از اين طريق شبكه اي از ايستگاههاي مرجع GPS را ت�?صيف كند كه قادر به ارسال تصحيحات DGPS در منطقه �?سيع براي استفاده كنندگان باشد. كاربرد معم�?ل در اين زمينه مي ت�?اند مكان يابي �?سايل ه�?ايي �? دريايي �? ساير �?سايل نقليه �? نيز عمليات نقشه برداري مانند اكتشاف باشد.
عبارت DGPS نيز ت�?سط پيتر ل�?ميس رايج شد. ا�? اين عبارت را در تحقيقي كه در آن تكن�?ل�?�?يهايي را در جهت اتصال ايستگاههاي تك مرجعي DGPS ت�?صيفي مي كرد بكاربرد. هدف اين اتصال قادر ساختن استفاده كننده در دستيابي به ايستگاه چند مرجعي ب�?د. اين عبارت محد�?ده محلي �? محد�?ده گسترده �? جهاني را شامل مي ش�?د.
محاسن برجسته استفاده از WADGPS
- WADGPS داراي پ�?ششي قابل گسترش در مناطق غير قابل دسترسي همچ�?ن پيكربنديهاي بزرگ آني است.
- پ�?شش WADGPS مي ت�?اند ايستگاههاي مرجع را شامل ش�?د . اين مسئله با ت�?جه به بافت منطقه قابل تغيير است.
- دقت WADGPS با ت�?جه به فاصله ط�?ل باز از نزديكترين ايستگاه مرجع بيشتر از ر�?ش مشابه در DGPS مي باشد �? نيز اين سيستم با ت�?جه به الگ�?ريتم م�?رد استفاده در شبكه كاملا مستقل از ط�?ل مبنا عمل مي كند .

بـرخي معـايب استفـاده از WADGPS
- شبكه هاي WADGPS بط�?ر معم�?ل براي استقرار �? شر�?ع عمليات نسبت نسبت به DGPS هزينه بيشتري را شامل مي ش�?د . چرا كه سخت افزار �? نرم افزارهاي بيشتري را طلب مي كند �? در نتيجه هزينه هاي ارتباطي آنها نيز بالا مير�?د.
- شبكه هاي WADGPS به اندازه DGPS تك مرجع قابل اعتبار نيست چرا كه نيازمند سخت افزار �? نرم افزار پيچيده تري هستند .
- شبكه هاي WADGPS ممكن است باعث ايجاد پ�?شش هاي بيشتر در ارسال تصحيحات بش�?ند. چرا كه با ت�?جه به ن�?ع الگ�?ريتم بكار برده شده نياز به ارتباطات فرا شبكه اي �? نرم افزارهاي بسيار پيچيده تر نسبت به DGPS دارند.
سـاختـار شبكـه
همانط�?ر كه در نگاه 1 ، ديده مي ش�?د شبكه WADGPSيك ايستگاه مرجع GPS است كه در منطقه تحت پ�?شش گسترش يافته �? در غير اينص�?رت م�?رد ف�?ق الذكر حداقل در ح�?ل ناحيه تحت پ�?شش قرار مي گيرد. در ايستگاه مركزي ، كنترل تصحيحات DGPS از هر يك از ايستگاههاي مرجع جمع آ�?ري شده �? بعن�?ان معيار اندازه گيري در الگـ�?ريتم شبكه WADGPS بكـار بـرده مي ش�?د، تا تصحيحات DGPS حاصل ش�?د . ايستگاه اين تصحيحات را از طريق ناحيه تحت پ�?شش به استفاده كننده مخابره م يكند �? همچنين اين اطلاعات به ايستگاههاي مانيت�?ر كه مجم�?عه تصحيحات را از هم متمايز مي كند ، نيز مخابره مي ش�?د.
جد�?ل 1 چند ن�?ع از شبكه WADGPS را كه مي ت�?اند براي ايجاد تصحيحات ب�?ي�?ه هنگاميكه بيش از يك ايستگاه DGPS در دسترس باشد �? بكار برده ش�?د را نشان مي دهد . اين ر�?شها تفا�?ت هايي با هم دارند . ر�?ش adhoc كه به آن عن�?ان گسترش يافته داده اند تا شبكه WADGPS جهاني مانند ، را در نظر مي گيرد. �?جه تمايز بين WADGPS �? WWDGPS اين است كه د�?مي قادر به رديابي تمامي ماه�?اره ها يا �?سايل فضايي (SVS) است �? به همين دليل قادر است بط�?ر كامل ميزان خطاهاي م�?ج�?د در سيستم را نيز تخمين بزند.
د�? �?اقعيت در ساختار شبكه DGPS �?ج�?د دارد ، هر چه منطقه پ�?شش بزرگتر باشد شبكه مرجع �?سيعترخ�?اهد ب�?د �? هرچه شبكه مرجع �?سيعترباشد طبيعتا منطقه تحت پ�?شش نيز بزرگتر خ�?اهد ب�?د.
بعن�?ان مثال شبكه پيشنهادي WWDGPS ناسا، شبكه اي جهاني با (33) ايستگاه DGPS را در بر مي گيرد. متقابلا شبكه CONUS با (16) دستگاه مرجع نم�?نه اي از WADGPS براي گارد ساحلي آمريكا محس�?ب مي ش�?د.
نگاهي به الگ�?ريتم هاي متفا�?ت شبكه DGPS
ان�?اع الگ�?ريتم هاي شبكه
الگ�?ريتم شبكه DGPS به د�? دسته State – Space Domain , Measurement Domain تقسيم مي ش�?د .
ن�?ع ا�?ل، بد�?ن آنكه خطاي DGSP را تخمين بزند تصحيحات DGPS را در اختيار استفاده كننده قرار مي دهد. ن�?ع د�?م ميزان خطاهاي منفرد DGPS را ايز�?له كرده �? يا آنها را مستقيما به استفاده كننده منعكس مي كند �? يا آنها را به تصحيحـات DGPS كه در منطقـه مـ�?رد استفاده اعتبار دارند تبديل مي نمايد.
مزيت استفاده از Measurement Domain اين است كه آنها را به راحتي قابل استفاده مي كند �? حداقل به 3 ايستگاه مرجع يا بيشتر نياز دارد. اين ايستگاههاي مرجع الزاما نبايد درمنطقه �?سيع پراكنده ش�?ند، چرا كه اين ر�?ش به حداقل مشاهدات نيازمند است . عيب اين ر�?ش در اين است كه با د�?ر شدن از مركز شبكه دقت تصحيحات آن كاهش مي يابد .
مزيت الگ�?ريتم State – Space Domainعبارت است از اين كه خطاها مستقل از ط�?ل مينا عمل مي كنند، دقت ط�?لهاي مبنا به بالا ترين مقدار خ�?د ب�?ده �? بعضي از خطاهـا با تكـرار كمتري مخابره مي ش�?ند. خطاهايي مانند مسير ماه�?اره �? ي�?نسفر، تغييرات كمتري نسبت به خطاي ساعت ماه�?اره كه شامل را نيز مي ش�?د دارد، از معايب اين سيستم نياز به داشتن شبكه جغرافيايي گسترش يافته اي شامل 8 ايستگاه مرجع DGPS يا بيشتر، نرم افزار الزاما پيچيده تر، گيرنده د�? فركانسه �? در نتيجه گران تر است �? تصحيحات آن نيز نيازمند نرم افزار پيچيده تري درگيرنده استفاده كننده مي باشد.
الگـ�?ريتم پيشنهـادي بـراي شبكـه DGPS
جد�?ل شماره 2 برخي از الگ�?ريتم هاي پيشنهاد شده براي شبكه DGPS را نشان مي دهد . اين فهرست در درجه ا�?ل مي ك�?شد تا تعداد متعددي از ر�?شهاي مختلفي را كه ت�?سط طراحان �? بانيان آن استفاده شده است را نشان دهد . اين فهرست ، فهرستي كامل از الگ�?ريتم ها كه شايد د�? برابر فهرست فعلي باشد نيست. سه الگ�?ريتم ا�?ل جد�?ل الگ�?ريتم هاي Measurement Domain هستند �? 5 الگ�?ريتم آخر نشان دهنده الگ�?ريتم State – Space Domain مي باشند(برخي طراحان الگ�?ريتم هايي را ترجيح مي دهند كه عبارت WADGPS را براي State – Space Domain�? DGPS شبكه اي را بط�?ر كلي براي الگريتم هاي Measurement Domain بكار برند. ) همچنين اين جد�?ل بط�?ر خلاصه به اين مسئله مي پردازد كه هر الگ�?ريتم چگ�?نه مي ت�?اند خطاي منحصر به فرد را كنترل كند .
الگـ�?ريتـم Measurement Domain
اين دسته الگ�?ريتم ها ن�?عي تصحيح در شبكه DGPS را فراهم مي آ�?رد كه مجم�?عه تصحيحاتي است كه بص�?رت �?زن دار در ايستگاه مرجع DGPS انجام مي ش�?د. سه الگ�?ريتم ا�?ل مرب�?ط به ر�?ش Measurement Domain در جد�?ل 2 از استرات�?يهاي مختلفي براي بدست آ�?ردن ضرايب �?زن دارد بهره مي ج�?يد . الگ�?ريتم تانگ از فيلتر كالمن (Kalman) كه عدم �?ابستگي تصحيحات ايستگاه مرجع را در نظر مي گيرد استفاده مي كند ( از اين پس ما الگ�?ريتم هاي مختلف را به نام بانيان ا�?ليه آن بكار خ�?اهيم برد �? به رساله اي كه به بهترين شكل آنرا ت�?صيف كند اشاره خ�?اهيم كرد . ) الگ�?ريتم ل�?ميس بر مبناي اين فرض حركت مي كند كه تصحيحات شبكه بر سطحي هم�?ار بر فراز محد�?ده تحت پ�?شش قرار گرفته �? ضرايب �?زن دار را با استفاده از بسط سري Taylor ح�?ل مركز شبكه استخراج مي كند . الگ�?ريتم هاي ف�?ق ضرايب �?زن دار را بر اساس حداقل �?اريانس خطاي DGPS در تصحيحات بدست مي آ�?رند الگ�?ريتم ا�?ل �? س�?م مي ت�?انند نتايج مشابه �? قابل مقايسه اي فراهم آ�?رند . چرا كه هر د�? از دسته الگ�?ريتم هايي با حداقل برآ�?رد خطاها هستند .
الگـ�?ريتـم State – Space Domain
اين گر�?ه از الگ�?ريتم ها منابع خطاي منحصر به فرد GPS را برآ�?رد كرده �? معم�?لا از الگ�?ريتمي چند مرحله اي �? گيرنده هاي د�? فركانسه س�?د مي ج�?يد .
الگ�?ريتم برا�?�?ن (Brown) اصل ا�?ليه اي ب�?د كه بعن�?ان برنامه كاري براي تعدادي از الگ�?ريتم هاي WADGPS كه بعد ها ه�?يدا شد بكار برده شد. الگ�?ريتم WADGPS ل�?ميس يكي از ساده ترين الگ�?ريتمهاي State – Space Domain است كه مي ت�?اند بعن�?ان الگ�?ريتمي تك مرحله اي بكار برده ش�?د .
سيستم برا�?�?ن خطاهاي ساعت گيرنده مرجع را ناديده گرفته �? خطاهاي ناشي از تاخيرات تر�?پسفر را با استفاده از اندازه گيري فشار، رط�?بت، درجه حرارت خشك �? با استفاده از مدل آلت ش�?لر
(Alt Schuler) محاسبه مي نمايد �? از گيرنده هاي د�? فركانسه براي اندازه گيري تاخيرات ي�?نسفري س�?د مي ج�?يد. سپس اين اندازه گيري را براي به ر�?ز در آ�?ردن مدل جهاني ي�?نسفر بنت (Bent) بكار مي برد .
مدل نهايي شبيه مدل تاخير ي�?نسفر ارسال شده از ماه�?اره است �? نهايتا با استفاده از فيلتر كمترين مربعات بر ر�?ي مشاهدات شبه فاصله سنجي كه براي تاخيرات لايه هاي يـ�?نسفر �? تـر�?پسفر تصحيح مي گردد، تا خطاهاي ساعت ماه�?اره �? م�?قعيت مدار را به دست آ�?رد.
مي ت�?ان الگ�?ريتم State – Space Domain را به منظ�?ر برآ�?رد خطاها اين چنين بازنگري كرد :



- خطاي ساعت گيرنده مرجع :
ر�?ش برا�?�?ن آن را ناديده مي گيرد. الگ�?ريتمWADGPS متعلق به ل�?ميس آنرا از طريق پردازش ا�?ليه اندازه گيري ها از بين مي برد. Kee با استفاده از ساعت هاي اتمي درايستگاههاي مرجع مي ك�?شد تا آنرا به كمترين مقدار خ�?د برساند �? ساير محققان آن را تخمين مي زنند.
خطاي تاخير تر�?پسفر: Kee ، با آن بعن�?ان ن�?يز برخ�?رد مي كند . اشكنازي (Ashkenazi) آنرا به شكل همسان با خطاي تاخير ي�?نسفر تركيب كرده �? تخمين مي زند. ساير محققان با استفاده از پارمترهاي (فشار – رط�?بت – درجه حرارت – درجه حرارت خشك ) اندازه گيري كرده �? يا از آن مدل سازي استاندارد مي كنند .
- خطاي تاخير ي�?نسفر : هم اشكنـازي �? هم لـ�?ميس در الگـ�?ريتم WADGPS خ�?د آنرا تقريب مي زنند. حال آنكه ساير محققين با استفاده از گيرنده هاي د�? فركانسه آنـرا انـدازه گيري كرده �? با مدل هاي مختلف ي�?نسفر پردازش مي كنند.
- خطاي ساعت �? مدار ماه�?اره : تمامي الگ�?ريتم ها با استفاده از فيلتركمترين مربعات بص�?رت يك مرحله يا �? د�? مرحله اي خطاها را برآ�?رد مي كنند. به جزء الگ�?ريتم WADGPS ل�?ميس كه فيلتر Beyesian را بكار مي برد . در حاليكه هم برا�?�?ن �? هم كي از فيلتر كمترين مربعات در هر اندازه گيري بهره مي گيرند ل�?ميس در WADGPS خ�?د يك پردازش د�? مرحله اي را به همراه اندازه گيري چند منظ�?ره بكار مي برد.
نتـايـج اجـرايـي
از آنجايي كه محققين متعدد نتايج عمليات مختلف خ�?د را بر اساس اطلاعات آزمايشات مختلف منتشر نم�?ده اند، مقايسه الگ�?ريتم عملياتي به نظر دش�?ار مي آيد . با اين همه با استفاده از سيستم شبيه سازي Montcarlo مي ت�?ان عمليات نا�?بري را به همراه الگريتم هاي State – Space Domain �?
Measurement Domain م�?رد بررسي �? ارزيابي قرار دارد. هر الگ�?ريتم از همان مدل عملياتي خطاي DGPS استفاده مي كند كه شامل خطاهاي ساعت �? مدار ماه�?اره همراه با DGPS باشد. براي اين منظ�?ر يك شبكه فرضي همانط�?ر كه در نگاره 2 نشان داده شده است انتخاب شده كه شامل 6 ايستگاه مرجع شامل 1 گيرنده تك فركانسه (كد C/A ) مي باشد. اين نقاط متعلق به گارد ساحلي آمريكا در خليج مكزيك است كه عمليات نصب �? ارسال علائم رادي�?يي دريايي DGPS به ر�?ي آنها انجام شده است . براي الگ�?ريتم State – Space Domain ما دقت نا�?بري را براي استفاده كنندگاني كه در داخل محد�?ده شبكه ساحلي ب�?دند �? نيز تصحيحات خ�?د را از بافت منطقه اي WDGPS كه خ�?د شامل 16 ايستگاه مرجع با گيرنده هاي تك فركانس مي شد ارزيابي كرديم اين گيرنده هاي مرجع در س�?احل آمريكا �? نيز در پايگاههاي Hawaii, Puertorico, Alaska, Greatlakes �?اقع شده ب�?دند. براي DGPS �? ساير الگ�?ريتم هاي Measurement Domain ما دقت نا�?بري استفاده كنندگاني كه در ايستگاههاي مرجع ساحلي ب�?دند را ارزيابي نم�?ديم كه يا به شكل منحصربفرد �? يا در شبكه 6 ايستگاهي م�?رد سنجش قرار داشته اند . نگاره 3- (rms) root – mean – square انحراف معيار تعيين م�?قعيت �? نا�?بري در راستاي قائم �? افقي بيش از 700/1 استفاده كننده كه در محد�?ده 300 كيل�?متري از شبكه ساحلي قرار داشتند را نشان مي دهد . نتايج حداقل �?اريانس با علامت
Gulf Net �? فيلتر Beyesian با نام WADGPS مشخص شده است. همانط�?ر كه ديده مي ش�?د. دقت DGPS �? الگ�?ريتم حداقل �?اريانس با فاصله استفاده كننده از نزديكترين ايستگاه مرجع كاهش مي يابد هر چند كه شي�?ه عمل الگ�?ريتم آخري به شكل قابل ت�?جه با ا�?لي فرق مي كند . الگ�?ريتم Beyesian مستقل از ط�?ل مبنا عمل كرده �? مي ت�?اند همانط�?ر كه در تص�?ير ديده مي ش�?د بهتر از د�? الگ�?ريتم ديگر نسبت به ط�?ل مبنا عمل مي كند.
نتـايـج
در اين مقاله ما نگاهي به تكن�?ل�?�?ي شبكه WADGPS انداختيم �? در طي آن به بحث درباره بافت شبكه �? برآ�?رد عملكرد معايب آنها پرداختيم . ديديم كه ت�?جه ر�?زافز�?ن به تكن�?ل�?�?ي WADGPS ناشي از فراهم آ�?ردن تصحيحات آني DGPS است كه مستقل از ط�?ل مبنا عمل مي كند �? در عين دقت نيازي به شبكه متراكمي از گيرنده هاي مرجع ندارد.
عليرغم اينكه تا به امر�?ز ت�?جه بر الگ�?ريتم شبكه Phase Smoothed Code Carrier ب�?ده است امر�?زه هم در ايالت متحده �? هم در ساير نقاط ت�?جه ر�?ز افز�?ني به تكن�?ل�?�?ي ر�?ش كينماتيك همراه با فاز حامل �? با استفاده ازالگ�?ريتم شبكه اي مي ش�?د. در آمريكا سازمان مهندسي ارتش �? مركز تحقيقات ناسا رهبري اين تحقيقات را بر عهده دارند كه ا�?لي نتيجه اين تحقيقات را براي بررسي دقيق مسيرهاي كشتيراني ، نقشه برداري زير آب �? ديگري براي فر�?د ه�?اپيما ها از آن بهره مي گيرند.