در دنیای امروز، سامانه‌های موقعیت‌یابی جهانی (GNSS) نقش بسیار مهمی در زندگی روزمره و فعالیت‌های تخصصی ایفا می‌کنند. این سامانه‌ها با استفاده از شبکه‌ای از ماهواره‌ها و ایستگاه‌های زمینی، امکان تعیین موقعیت جغرافیایی، سرعت حرکت و زمان دقیق را در هر نقطه از کره زمین فراهم می‌سازند.
فناوری GNSS نه‌تنها در کاربردهای عمومی مانند ناوبری تلفن‌های همراه و خودروها به‌کار گرفته می‌شود، بلکه در حوزه‌های تخصصی همچون مهندسی عمران، نقشه‌برداری دقیق، حمل‌ونقل هوشمند، کشاورزی پیشرفته، صنایع هوافضا و سامانه‌های زمان‌بندی حساس نیز نقشی کلیدی دارد.
با توجه به گستردگی کاربرد و اهمیت این فناوری، آشنایی با ساختار، نحوه عملکرد، اجزای اصلی و منابع خطای آن برای مهندسان و متخصصان حوزه‌های فنی ضروری است. این مقاله با هدف ارائه‌ی تصویری جامع و دقیق از سامانه‌های GNSS، به بررسی مفاهیم پایه، سامانه‌های فعال جهانی، اجزای فنی، سیگنال‌ها، خطاها و روش‌های افزایش دقت می‌پردازد.
GNSSمخفف عبارت Global Navigation Satellite System به سامانه‌ای اطلاق می‌شود که با استفاده از ماهواره‌های مستقر در مدار زمین، به کاربران امکان تعیین موقعیت جغرافیایی (طول، عرض، ارتفاع)، سرعت و زمان دقیق را در هر نقطه از کره زمین فراهم می‌کند.
این سیستم‌ها برای طیف وسیعی از کاربردهای نظامی، غیرنظامی و تجاری توسعه یافته‌اند و امروزه یکی از ارکان کلیدی در سامانه‌های ناوبری و مکان‌یابی محسوب می‌شوند.
۲. سامانه‌های فعال GNSS
چهار سامانه‌ی اصلی GNSS فعال در جهان عبارت‌اند از:
(نام سیستم) (کشور/سازمان) (نام کامل)
| GPS | ایالات متحده | Global Positioning System |
| GLONASS | روسیه | Global Navigation Satellite System |
| Galileo | اتحادیه اروپا | Galileo Navigation Satellite System |
| BeiDou | چین | BeiDou Navigation Satellite System |
همه این سیستم‌ها از اصول عملکردی مشابه استفاده می‌کنند ولی تفاوت‌هایی در ساختار، تعداد ماهواره‌ها، فرکانس‌ها، دقت، سطح خدمات، و رمزنگاری دارند.
. اجزای ساختاری GNSS
الف) بخش فضایی (Space Segment):
شامل صورت‌های فلکی ماهواره‌ای که به‌صورت مداری خاص در اطراف زمین در حال گردش‌اند. هر سیستم GNSS دارای تعداد مشخصی از ماهواره‌هاست که معمولاً در مدار متوسط زمینی (MEO) در ارتفاعی بین ۲۰,۰۰۰ تا ۲۴,۰۰۰ کیلومتر قرار دارند. 
ب) بخش زمینی (Control Segment):
ایستگاه‌های کنترل زمینی وظیفه نظارت، هدایت، به‌روزرسانی و هماهنگ‌سازی ماهواره‌ها را بر عهده دارند. این ایستگاه‌ها اطلاعات مداری و زمانی دقیق را به ماهواره‌ها ارسال می‌کنند.
ج) بخش کاربر (User Segment):
شامل گیرنده‌های GNSS است که در هواپیماها، خودروها، گوشی‌های هوشمند، سیستم‌های حمل‌ونقل، کشاورزی دقیق، و ربات‌ها نصب شده‌اند. این گیرنده‌ها سیگنال‌های ماهواره‌ای را دریافت کرده و پس از پردازش، موقعیت را محاسبه می‌کنند.
۴. اصول عملکرد
عملکرد GNSS بر پایه اندازه‌گیری زمان رسیدن سیگنال از چندین ماهواره به گیرنده کاربر است. از آنجایی که سیگنال با سرعت نور حرکت می‌کند، با دانستن زمان ارسال و دریافت، فاصله کاربر از هر ماهواره محاسبه می‌شود.
با داشتن فاصله از حداقل ۴ ماهواره، گیرنده می‌تواند موقعیت سه‌بعدی و زمان دقیق را با حل معادلات هندسی (سه‌کره‌ای) تعیین کند.
فرایند به اختصار چنین است:
- ماهواره موقعیت و زمان خود را در قالب سیگنال منتشر می‌کند.
- گیرنده تأخیر سیگنال را اندازه‌گیری می‌کند.
- فاصله از هر ماهواره محاسبه می‌شود.
- با تقاطع این شعاع‌ها، موقعیت دقیق تعیین می‌شود.
۵. فرکانس‌ها و سیگنال‌ها
سامانه‌های GNSS در باندهای فرکانسی مختلف کار می‌کنند، که مهم‌ترین آن‌ها شامل:
- L1 (1575.42 MHz): رایج‌ترین سیگنال عمومی (C/A code)
- L2 (1227.60 MHz): برای دقت بیشتر، معمولاً در گیرنده‌های نظامی یا پیشرفته
- L5 (1176.45 MHz): نسل جدید سیگنال‌ها برای کاربردهای حساس به دقت بالا (مانند هوانوردی)
گیرنده‌های پیشرفته، معمولاً چندفرکانسی هستند (Multi-frequency) و می‌توانند چند سیگنال را هم‌زمان پردازش کرده و دقت و پایداری را افزایش دهند.
۶. دقت و خطاها
هرچند GNSS در ظاهر دقیق عمل می‌کند، اما دقت آن تحت تأثیر خطاهای مختلفی قرار دارد، مانند:
- خطای اتمسفری: ناشی از اثر لایه‌های یونسفر و تروپوسفر بر سرعت سیگنال
- خطای ساعت: ناشی از ناهماهنگی ساعت ماهواره و گیرنده
- چندمسیره بودن سیگنال (Multipath): بازتاب سیگنال از سطوح مانند ساختمان‌ها
- خطای هندسه ماهواره‌ها: توزیع ضعیف ماهواره‌ها در آسمان باعث افزایش عدم قطعیت می‌شود
برای کاهش این خطاها، از روش‌هایی مانند:DGPS (تصحیح تفاضلی) ،RTK(موقعیت‌یابی آنی دقیق) و SBAS (سامانه‌های تقویتی ماهواره‌ای) استفاده می‌شود.
۷. کاربردهای صنعتی و مهندسی GNSS
- مهندسی عمران و نقشه‌برداری: موقعیت‌یابی دقیق میلی‌متری با RTK
- هوافضا: هدایت پرواز، فرود خودکار، کنترل پهپاد
- کشاورزی هوشمند: هدایت ماشین‌های کشاورزی با مسیر خودکار
- حمل‌ونقل هوشمند: پایش لحظه‌ای موقعیت وسایل نقلیه
- رباتیک و اتوماسیون صنعتی: کنترل حرکت در فضای باز
- سیستم‌های زمان‌بندی دقیق: هماهنگ‌سازی شبکه‌های برق و مخابرات
- جمع‌بندی
- سامانه‌های GNSS با استفاده از ماهواره‌ها و گیرنده‌ها امکان تعیین موقعیت دقیق را در سراسر جهان فراهم می‌کنند. شناخت ساختار، عملکرد و منابع خطا در این سیستم‌ها برای به‌کارگیری صحیح در مهندسی و صنایع مختلف ضروری است. به‌کارگیری روش‌های اصلاحی، دقت و کارایی GNSS را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد.