ระบบหาพิกัดบนพื้นโลก

ระบบหาพิกัดบนพื้นโลก

GPS (Global Positioning System)

จีพีเอส (GPS) เป็น ระบบหาพิกัดบนพื้นโลกโดยการอ้างอิงจากดาวเทียมที่มีความแม่นยำสูงสามารถใช้ หาพิกัดใดๆ บนพื้นโลก ได้ ทุกเวลา ทุกสภาพอากาศ ซึ่งในปัจจุบันเทคโนโลยีที่เริ่มเข้ามาบทบาทในชีวิตประจำวันมากขึ้น มีการนำไปใช้ในกิจกรรมต่างๆ มากมาย เช่น การช่วยวางแผนเดินทางด้วยแผนที่(โดยรถยนต์) ระบบติดตามตำแหน่งบนพื้นผิวโลก เป็นต้น เนคเทคได้เล็งเห็นความสำคัญจึงให้มีการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีพื้นฐานของจี พีเอส (Core technology) ซึ่งมุ่งเน้นในการพัฒนาออกแบบวงจรรวมพื้นฐานที่ใช้ในระบบจีพีเอส ทั้งในรูปแบบทรัพย์สินทางปัญญา (Intellectual Property) หรือ IP core และการทำเป็นชิปในขั้นสุดท้ายด้วย

รูปการคำนวณพิกัดหาได้จาก ระยะเวลาการเดินทางของคลื่นจากดาวเทียมสู่เครื่องรับ

ลักษณะการทำงานระบบ GPS

ลักษณะทั่วไปของระบบจีพีเอสประกอบด้วยส่วนประกอบที่สำคัญ 3 ส่วน ได้แก่
1. ส่วนอวกาศ ประกอบด้วยดาวเทียมทั้งหมด 24 ดวง โดยดาวเทียมจำนวน 21 ดวง จะใช้ในการบอกค่าพิกัด ส่วนที่เหลือ 3 ดวง จะสำรองเอาไว้ ดาวเทียมทั้ง 24 ดวงนี้จะมีวงโคจรอยู่ 6 วงโคจรด้วยกัน โดยแบ่งจำนวนดาวเทียมวงโคจรละ 4 ดวง และมีรัศมีวงโคจรสูงจากพื้นโลกประมาณ 20,200 กิโลเมตร (12,600 ไมล์) วงโคจรทั้ง 6 จะเอียงทำมุมกับเส้นศูนย์สูตร (Equator) เป็นมุม 55 องศา
2. สถานีควบคุม ประกอบด้วย 5 สถานีย่อย ทำหน้าที่คอยติดต่อสื่อสาร (Tracking) กับดาวเทียม ทำการคำนวณผล (Computation) เพื่อบอกตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวง และส่งข้อมูลที่ได้ไปยังดาวเทียมอยู่ตลอดเวลา ทำให้ข้อมูลที่ได้เป็นข้อมูลที่ทันสมัยอยู่เสมอ
3. ผู้ใช้ ประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ ส่วนที่ใช้งานด้านพลเรือน (Civilian) และส่วนที่ใช้งานทางการทหาร (Military) ในส่วนของผู้ใช้จะมีหน้าที่พัฒนาเครื่องรับสัญญาณ (Receiver) ให้ทันสมัยและสะดวกแก่การใช้งาน สามารถที่จะใช้ได้ทุกแห่งในโลก และให้ค่าที่มีความถูกต้องสูง

รูปต้นแบบภาคสนามเครื่องรับสัญญาณจีพีเอสเวอร์ชั่น 1.0

วัตถุประสงค์ของโครงการ

• เพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีจีพีเอส (โดยใช้ชิปที่มีอยู่แล้วก่อนในระยะแรก) สำหรับใช้ในเรือประมงและเส้นทางการเดินทางของรถยนต์
• เพื่อพัฒนา IP core เป็นการพัฒนาการออกแบบชิปจีพีเอส โดยใช้ภาษาฮาร์ดแวร์ระดับสูง (VHDL) และทดสอบการโดยนำไปทำงานบนชิปมาตรฐานที่โปรแกรมเองจากผู้ใช้ได้
• เพื่อพัฒนาชิปจีพีเอส เป็นการออกแบบระดับล่างสุดของชิปซึ่งสามารถนำไปเจือสารกับโรงงานต้นแบบต่างๆ ได้เช่น ในโครงการศูนย์วิจัยพัฒนาไมโครอิเล็กทรอนิกส์ของเนคเทค เป็นต้น

เครื่องรับสัญญาณจีพีเอส (GPS Receiver)

ทำหน้าที่รับสัญญาณจากดาวเทียมแล้วนำสัญญาณดังกล่าวมาประมวลผลเพื่อหาพิกัด ปัจจุบัน ซึ่งภายในเครื่องรับสัญญาณจีพีเอส ประกอบไปด้วยอุปกรณ์หลักๆ ดังนี้
• ภาค RF ทำหน้าที่รับสัญญาณอนาลอกจากดาวเทียมจีพีเอส ผ่านกระบวนการแปลงสัญญาณไปเป็นสัญญาณดิจิตอล เพื่อส่งไปประมวลผลในภาค
• ภาค Baseband ทำหน้าที่ประมวลผลสัญญาณที่รับมาจากภาค RF เพื่อที่จะนำข้อมูลต่างๆ ไปคำนวณหาค่าพิกัดตำแหน่งต่อไป
• ส่วน Microprocessor ทำหน้าที่ติดต่อกับภาค Baseband เพื่อประมวลผลหาพิกัดตำแหน่ง และติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอก เช่น คอมพิวเตอร์ เป็นต้น

การนำไปใช้งาน

• ระบบนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้มากมาย อาทิเช่น
• ระบบนำร่อง (Navigation System)
• ระบบติดตามยานพาหนะ (Automatic Vehicle Location)
• การสำรวจพื้นที่ (Survey)
• การทำแผนที่ (Mapping)

แนวทางการพัฒนาในระยะต่อไป

จะทำการพัฒนาให้ขนาดบอร์ดของเครื่องรับสัญญาณจีพีเอส

ให้มีขนาดเล็กลงและสามารถนำไปใช้งานในที่ต่างๆ ได้สะดวกยิ่งขึ้น