วัตถุประสงค์การเรียนรู้วิชาเทคโนโลยีการสื่อสารและอินเตอร์เน็ต

เพื่อให้ผู้เรียนทราบถึง

1. หลักการและความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับเทคโนโลยีอินเตอร์เน็ตและการสื่อสาร เช่น

• อินเตอร์เน็ต
• อุปกรณ์โมเด็ม
• อินเตอร์เน็ตแถบกว้าง
• การสื่อสารในเครือข่ายขนาดเล็ก
• มาตรฐานอินเตอร์เน็ตต่างๆ
• มาตรฐานอีเธอเน็ต
• เครือข่ายและเทคโนโลยีการสื่อสารภายในองค์กรขนาดใหญ่
• โครงข่ายโทรศัพท์ทั้งชนิดมีสายและไร้สาย

2. การประยุกต์ใช้ระบบเครือข่ายความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับ

• อินเตอร์เน็ต
• เวิร์ดไวต์เว็บ
• Search Engine
• ผู้ให้บริการอินเตอร์เน็ต
• การสื่อสารโทรคมนาคม
• สถาปัตยกรรมไคลแอนท์-เซิร์ฟเวอร์
• URL และชื่อโดเมน
• เทคโนโลยีแบบหนุน
• เครื่องมือต่างๆ สำหรับการจัดแต่งเว็บ
• โปรโตคอลอินเตอร์เน็ต
• การออกแบบเว็บไซต์
• การจัดการลิงค์และเนื้อหา
• ภาษาคอมพิวเตอร์ต่างๆ ได้แก่ HTML, XML, DHTML, Java, และ Perl
• เทคโนโลยี DotNet
• เทคโนโลยีเว็บเซอร์วิส
• เทคโนโลยีเชิงวัตถุและ J2EE
• สภาพแวดล้อมของการพัฒนาระบบ
• มัลติมีเดีย
• ฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์และฐานข้อมูลเชิงวัตถุ

3. การป้องกันความมั่นคงปลอดภัยคอมพิวเตอร์ ได้แก่

• ไฟร์วอลล์
• การเข้ารหัสและถอดรหัส
• ระบบคริปโตแบบรหัสสาธารณะ และลายเซ็นต์ดิจิตอล

4. เกี่ยวกับ Search Engine ได้แก่

• วจีภาคของเอกสาร
• การบีบอัดและทำสารบัญ
• สไปเดอร์และคลอเลอร์
• การวัดความสำคัญ
• การให้คะแนน
• การจัดลำดับ
• หน้าเว็บ
• การกำหนดคิวรี
• ฟิลเตอร์
• การแยกส่วนข้อมูล เกี่ยวกับซอฟต์แวร์เอเจนท์ : บอทและเอเจนท์, โบรกเกอร์และเอเวตาร์, การแท
• ความรู้, หลักวิธีค้นหา, การวินิจฉัยกฎ, นิวโรเน็ตเวิร์ค; ระบบสำหรับการเขียนโปรแกรมเอเจนท์
  

ที่มา : http://www.rsu-cyberu.com/msitm/media/PopUp/ITM640.html

ดาวเทียม GPS (Global Positioning System Satellites)

จะกล่าวถึงระบบ GPS โดยมีหัวข้อหลัก ดังนี้

• ความเป็นมาของระบบ GPS <= click link
• สัญญาณจากดาวเทียม GPS <= click link
• องค์ประกอบของระบบ GPS ในการสื่อสารผ่านดาวเทียม <= click link
• ส่วนอวกาศของ GPS (Space Segment) <= click link
• การควบคุม GPS (Control) <= click link
• ผู้ใช้งาน GPS (User) <= click link
• Precise Positioning Services (PPS) <= click link
• Standard Positioning Services (SPS) <= click link
• เครื่องรับสัญญาณ GPS และรหัส <= click link
• ประเภทเครื่องรับสัญญาณ GPS <= click link
• ประเภทเครื่องที่สามารถรับดาวเทียมได้ 4 ดวง หรือ มากกว่าพร้อมกัน <= click link
• ประเภทเครื่องรับแบบเรียงลำดับสัญญาณดาวเทียม <= click link
• การหาตำแหน่งในระบบ GPS <= click link

ความเป็นมาของระบบ GPS

ระบบ Gtobal Positioning Satellite System หรือ GPS เป็นระบบที่ใช้ในการบอกทิศทางและบอกตำแหน่งของวัตถุที่ต้องการ ในปัจจุบันมีการประยุกต์ใช้งานอย่างกว้างขวางไม่ว่าจะเป็นการเดินเรือทะเล การบิน การสำรวจพื้นที่รวมไปถึงการบอกตำแหน่งบนพื้นผิวโลก โดยการอ้างอิงจากระบบดาวเทียมที่ทำหน้าที่ส่งสัญญาณ GPS โดยเฉพาะ ระบบนี้เป็นระบบที่มีการคิดค้นพัฒนาขึ้นโดยกระทรวงกลาโหมของประเทศสหรัฐอเมริกา (U.S. Department of Defense) โดยในเริ่มแรกโครงการนี้เป็นโครงการที่ใช้งานเฉพาะด้านการทหารเท่านั้น แต่ในปัจจุบันพลเรือนสามารถนำมาใช้งานได้อย่างกว้างขวาง


ก่อนหน้าจะมีการใช้ระบบ GPS อย่างเป็นทางการ ได้มีการสร้างระบบบอกทิศทางสำหรับการเดินเรือทะเลในระบบ LORAN ซึ่งใช้คลื่นวิทยุติดตั้งตามพื้นที่ส่วนต่างๆ อ่านค่าตำแหน่งออกมาได้ แต่คำที่ได้มีความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่ค่อนข้างต่ำ บอกตำแหน่งได้เพียงบริเวณหนึ่งๆ เท่านั้นไม่สามารถที่จะทำการบอกตำแหน่งได้ครอบคลุมทั้งหมด ต่อจากระบบ LORAN ก็จะเป็นระบบ SATNAV หรือระบบ TRANSIT ระบบนี้ใช้ดาวเทียมคล้ายระบบ GPS ในปัจจุบัน สามารถที่จะบอกตำแหน่งครอบคลุมพื้นที่ได้มากกว่าระบบ LORAN แต่ก็มีข้อบกพร่องคือ วงโคจรดาวเทียมของระบบอยู่ในระบบต่ำและมีจำนวนน้อยเกินไป ใช้วิธีการวัดคลื่นแบบ Doppler การวัดคลื่นแบบนี้มีจุดอ่อนมาก การสั่นไหวหรือเคลื่อนไหวของเครื่องรับสัญญาณเพียงเล็กน้อยจะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการบอกตำแหน่งได้มาก


ดาวเทียมที่ใช้ในระบบ GPS จะเป็นดาวเทียม LEO (Low Earth Orbit Satellite) และดาวเทียม MEO (Medium Earth Orbit Satellite) ซึ่งเป็นดาวเทียมประเภทที่มีวงโคจรไม่โคจรไปพร้อมโลก (Non-Geo-Stationary Satellite) โดยที่ดาวเทียม LEO ที่ใช้ในระบบ GPS มีวงโคจรที่ความสูงประมาณ 500 – 1,500 กิโลเมตร และดาวเทียม MEO ที่ใช้ในระบบ GPS มีวงโคจรอยู่ที่ความสูงประมาณ 1,500 – 3,000 กิโลเมตร โดยทั่วไปแล้ว ดาวเทียมที่ใช้ในระบบ GPS จะเป็นดาวเทียม MEO


กระทรวงกลาโหม ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ดำเนินการโครงการ Global Positioning System หรือ “GPS” โดยใช้ดาวเทียมจำนวน 24 ดวง โคจรอยู่ในระดับสูงที่พ้นจากคลื่นวิทยุรบกวนของโลก ในวงโคจรของดาวเทียม MEO ที่ความสูง 20,200 กิโลเมตร มีมุมเอียง 55 องศา ดาวเทียมทั้งหมดในระบบ GPS จะแบ่งเป็นกลุ่ม (cluster) กลุ่มหนึ่งมี 4 ดวงเรียกว่า Constellation แต่ละ Constellation จะมีมุมที่ต่างกันไป 60 องศา ตามแนวลองจิจูด การโคจรรอบหนึ่งจะใช้เวลาประมาณ 11 ชั่วโมง 58 นาที ดังนั้นใน 1 วัน ดาวเทียมดวงเดิมจะปรากฏอยู่ ณ ตำแหน่งเดิมบนท้องฟ้า 2 ครั้ง การใช้ดาวเทียมทั้งหมด 24 ดวงทำให้ทุกๆวินาทีไม่ว่าตำแหน่งใดของโลกจะมีสัญญาณ GPS จากดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวงเสมอ ในบางครั้ง ณ ตำแหน่งหนึ่งอาจมองเห็นดาวเทียมมากถึง 10 ดวง และเวลาเกือบทั้งหมดที่เห็นดาวเทียมจะเห็นดาวเทียมมากกว่า 4 ดวงเสมอ การทำงานของดาวเทียมมักจะต้องมีดาวเทียมสำรองไว้ เผื่อความผิดพลาดที่อาจจะเกิดขึ้นและเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบ ดาวเทียมในระบบ GPS จึงมีจำนวนประมาณ 30 ดวงอยู่ในวงโคจรแต่ใช้งานจริง 24 ดวง ที่เหลือเป็นดาวเทียมสำรอง นอกจากนี้ยังมีดาวเทียมที่พร้อมที่จะส่งขึ้นสู่ห้วงอวกาศทันทีที่ต้องการอีกจำนวนหนึ่ง ด้วยเหตุผลที่ว่ากระทรวงกลาโหม ประเทศสหรัฐอเมริกา ให้ความสำคัญกับระบบ GPS มากเนื่องจากเป็นระบบที่เกี่ยวกับความมั่นคงและการป้องกันประเทศ


การทำงานของระบบ GPS เป็นแบบแพร่กระจาย (Broadcasting) ซึ่งหมายความว่า ผู้รับสามารถรับสัญญาณ GPS ได้แบบไม่จำกัดจำนวนในเวลาเดียวกัน เครื่องรับ GPS จะทำการหาตำแหน่งตนเองจากดาวเทียม GPS 4 ดวง และวิธีการนี้สามารถให้ความถูกต้องเพียงพอที่จะใช้ชี้บอกตำแหน่งได้ทุกแห่งบนโลก ตลอดเวลา 24 ชั่วโมง จากการนำมาใช้งานจริงจะให้ความถูกต้องสูง โดยมีความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของตำแหน่งทางราบต่ำกว่า 50 เมตร และถ้ารังวัดแบบวิธี “อนุพันธ์” (Differential) จะให้ความถูกต้องถึงระดับเซนติเมตร นอกจากนี้เครื่องรับ GPS ก็มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับการนำมาใช้งานช่วงแรก

สัญญาณจากดาวเทียม GPS

คลื่นสัญญาณจากดาวเทียม GPS ที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ Carrier Code และ Pseudo Random Noise Code

1. Carrier Code ประกอบด้วย L1 Code ใช้ความถี่ 1,575.42 MHz และ L2 Code ใช้ความถี่
   1,227.6 MHz
2. Pseudo Random Noise Code ประกอบด้วย C/A Code (Coarse/Acquisition Code) ใช้ความถี่ 1,023 MHz , P Code (Precision Code) ใช้ความถี่ 10.23 MHz และ Navigation Code ใช้ความถี่ 50 MHz
   
   
   C/A Code (Coarse/Acquisition Code) เป็นรหัสไบนารี่เลขฐาน 2 (0,1)ใช้ความถี่ 1,023 MHz ทำการมอดูเลตกับคลื่นพาห์ที่ L1 รูปแบบของคลื่น (0,1) มีการทำซ้ำทุกๆ 1,023 บิต รูปแบบของคลื่นจากดาวเทียมแต่ละดวงมีลักษณะเฉพาะตัวไม่ซ้ำกัน ใช้ในกิจการพลเรือน
   
   
   P Code (Precision Code) เป็นรหัสไบนารี่เลขฐาน 2 (0,1)ใช้ความถี่ 10.23 MHz ทำการมอดูเลตกับคลื่นพาห์ที่ L1 และ L2 ทำการเข้ารหัสเป็น Y Code ในการเชื่อมต่อแบบ Anti-Spoofing Mode เครื่องรับจึงต้องมีอุปกรณ์ในการถอดรหัส Y Code ก่อนจึงทำการเข้ารหัสได้ P Code นี้ใช้ในกิจการทหารจึงจำเป็นต้องได้รับอนุญาตจากรัฐบาลสหรัฐอเมริกาก่อนเสมอ
   
   
   Navigation Code เป็นรหัสไบนารี่เลขฐาน 2 (0,1) ใช้ความถี่ 50 Hz ทำการมอดูเลตกับคลื่นพาห์ที่ P Code และ C/A Code มีข้อมูลต่างๆ ครบถ้วน เช่น ข้อมูลวงโคจรของดาวเทียม ข้อมูลดาวเทียม ข้อมูลเวลา ข้อมูลการปรับแก้เวลา ข้อมูลระบบต่างๆ เป็นต้น
   
   
   GPS Navigation Message จะประกอบด้วย Time-Tagged Data Bits ซึ่งเป็นตัวระบุเวลาของการส่งในแต่ละ Subframe ณ เวลาที่ถูกส่งออกมา Data Bit Frame ประกอบด้วย 1,500 บิต แบ่งออกเป็น5 กลุ่มของ 300-Bit Subframe กลุ่มที่ 1 เป็น Orbital และ Clock Data SV Clock Corrections ขณะที่กลุ่มที่ 2 และ 3 เป็น Precise SV Orgital Data Sets (Ephemeris Data Parameters) ข้อมูลที่เกี่ยวข้องทั้งหมดมี 25 Frames (125 Subframes) รวมกันเป็น 1 Navigation Message ซึ่งจะส่งในคาบของ 12.5 นาที

องค์ประกอบของระบบ GPS ในการสื่อสารผ่านดาวเทียม

องค์ประกอบของระบบ GPS ในการสื่อสารผ่านดาวเทียม แบ่งออกได้เป็น 3 ด้าน คือ

1. อวกาศ (Space) <= click link
2. การควบคุม (Control) <= click link
3. ผู้ใช้งาน (User) <= click link

ส่วนอวกาศของ GPS (Space Segment)

ในระบบดาวเทียม GPS จะประกอบด้วยดาวเทียมทั้งหมด 24 ดวง โดยดาวเทียมจำนวน 21 ดวงจะใช้ในการบอกค่าพิกัด ส่วนที่เหลือ 3 ดวง จะสำรองเอาไว้ ดาวเทียมแต่ละดวงจะใช้เวลาในการโคจรออกเป็น 6 ระนาบ แต่ละระนาบมีดาวเทียม 4 ดวง และมีรัศมีวงโคจรสูงจากพื้นโลกประมาณ 20,200 กิโลเมตร เอียงทำมุมกับเส้นศูนย์สูตร เป็นมุม 55 องศา ในลักษณะสานกันคล้ายลูกตะกร้อ ดาวเทียมแต่ละดวงจะมีนาฬิกาอะตอม (Atomic Clock) ติดตั้ง 4 เครื่องเพื่อให้เวลาที่ถูกต้องมากที่สุด ความถี่ที่ใช้ในการบอกตำแหน่งค่าพิกัดของดาวเทียมแต่ละดวงมี 2 ความถี่ คือ ความถี่ L1:1,575.42 MHz และความถี่ L2 :1,227.60MHz ซึ่งจะเป็น Pseudorandom (PN)


ดาวเทียมแต่ละดวงจะมีนาฬิกาอะตอมอยู่ 4 เครื่องภายในดาวเทียมเพื่อความแน่นอนของเวลาเครื่องรับ GPS จะทำการ Synchronize ตัวเองเข้ากับดาวเทียมและใช้ในการวัด เวลาประวิงในหน่วยของบิต ซึ่งจะออกมาเป็นระยะระหว่างเครื่องรับกับดาวเทียม หลักจากที่ระยะทางระหว่างดาวเทียมและเครื่องรับเป็นที่ทราบแล้ว ข้อมูลที่ต้องการอีกชุดหนึ่งก็คือ ตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวงบนท้องฟ้าซึ่งหาได้จากข้อมูลวงโคจร การใช้ข้อมูลจากดาวเทียม 4 ตัวทำให้ได้ความแม่นยำที่ค่อนข้างสูง การที่มีดาวเทียมที่ต้องใช้ 4 ดวง ไม่ใช่ 3 ดวง เนื่องมาจากนาฬิกาในเครื่องรับนั้นไม่มีความแม่นยำมากพอ ซึ่งเมื่อผ่านการ Synchronize แล้วจะมีความแม่นยำอยู่ในช่วงของ 100 ns

การควบคุม GPS (Control)

ส่วนการควบคุม (Control Station Segment) เป็นศูนย์ควบคุมและสั่งการของระบบดาวเทียม GPS ตั้งอยู่ที่เมือง Colorado Springs รัฐ Colorado สหรัฐอเมริกา มีสถานีสังเกตการณ์ (Monitor Station) 5 แห่ง ได้แก่ เมือง Diego Garcia, Ascension Island, Kwajalein, Hawaii, Colorado Springs

สถานีควบคุมต่างๆ เหล่านี้มีหน้าที่คอยติดตามและสื่อสารกับดาวเทียม ทำการคำนวณผลเพื่อบอกตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวง และส่งข้อมูลที่ได้ไปยังดาวเทียมอยู่ตลอดเวลา

จานส่งสัญญาณภาคพื้นดิน (Ground Antennas) มีอยู่ 3 แห่ง ได้แก่ เมือง Ascension Island , Diego Garcia และ Kwajalein

ศูนย์บัญชาการ (Master Control Station) ตั้งอยู่ที่ฐานทัพอากาศสหรัฐอเมริกา Schriever AFB รัฐ Colorodo ศูนย์บัญชาการนี้จะทำการปรับปรุงข้อมูลวงโคจร ข้อมูลดาวเทียม และข้อมูลเวลาของดาวเทียมแต่ละดวง

ผู้ใช้งาน GPS (User)

ผู้ใช้งานประกอบด้วย 2 ประเภท ได้แก่ การทหาร (Military) และพลเรือน (Civillian) โดยที่พลเรือนสามารถรับสัญญาณฟรี แต่ต้องจัดหาจานสายอากาศและเครื่องรับเอง โดยที่รัฐบาลสหรัฐอเมริกามีนโยบายในการให้บริการ GPS คือ

1. Precise Positioning Services (PPS) <= click
2. Standard Positioning Services (SPS) <= click

Precise Positioning Services (PPS)

ใช้ในกิจการทหารเป็นหลัก รับสัญญาณ PN Code และ C/A Code ทั้งที่ความถี่ L1 และ L 2 ทั้งนี้ P Code จะถูกเข้ารหัสเป็น Y Code ซึ่งต้องการ ตัวถอดรหัสเพื่อใช้งานข้อมูลจะมีการเข้ารหัสเฉพาะผู้มีเครื่องถอดรหัสจึงจะทำงานได้ มีความ ถูกต้องของพิกัด คือ 22 เมตรในแนวราบ 27.7 เมตรในแนวดิ่ง และมีค่า 200 Nanosecond (UTC)

Standard Positioning Services (SPS)

ใช้ในกิจการพลเรือน โดยเครื่องรับจะจับสัญญาณ C/A Code ที่ความถี่ L1 ความถูกต้องของข้อมูลจะลดลงเนื่องจากข้อจำกัดในการใช้งาน (Selective Availability) มีความถูกต้องของพิกัด คือ 100 เมตรในแนวราบ , 156 เมตรในแนวดิ่ง และมีค่า 340 Nanosecond (UTC)


ผู้ใช้งานทั้งสองประเภทจะส่งเสริมสนับสนุนซึ่งกันและกันในการพัฒนาเครื่องรับสัญญาณ (Receiver) ให้ทันสมัยและสะดวกแก่การใช้งาน สามารถที่จะใช้ได้ทุกแห่งในโลก และให้ค่าที่มีความถูกต้องสูง

เครื่องรับสัญญาณ GPS และรหัส

ดาวเทียม GPS ส่งสัญญาณโดยใช้ Pseudorandom Sequence Codes (PN) ซึ่งดาวเทียมทุกดวงจะส่งรหัส C/A มาที่ความถี่คลื่นพาห์เดียวกัน คือ 1,575.42 MHz เรียกความถี่นี้ว่า L1 โดยมอดูเลตแบบ BPSK ความถี่ L1 เป็น 154 ครั้งของความถี่นาฬิกามาตรฐาน 10.23 MHz รหัส C/A มีความถี่เป็น 1.023 MHz และมีจำนวนบิตทั้งหมด 1,023 บิต ดังนั้น ลำดับ PN จึงมีค่า 1 ms แต่ค่าความถี่ที่แท้จริง คือ 0.005 Hz ซึ่งต่ำกว่าค่าที่ยอมรับได้ จึงเป็นเหตุให้ดาวเทียมมีความเร็วสูงในการโคจรรอบโลก คือ 3,865 km/s รหัส P จะถูกมอดูเลตแบบ BPSK ที่ความถี่คลื่นพาห์ L2 มีค่าเท่ากับ 1,227.6 MHz (120* 10.23 MHz) และถูกส่งไปพร้อมกันกับความถี่คลื่นพาห์ L1 ด้วย โดยมีมุมเฟสต่างกัน 90 องศา ดังรูปด้านล่าง แสดงหลักการสร้างสัญญาณ L1 และสัญญาณ L2 ในดาวเทียม GPS

รหัส C/A และ รหัส P จะถูกส่งเข้าดาวเทียม GPS ไปพร้อมกันกับความถี่คลื่นพาห์ L1 และ L2 ตามลำดับ ภาครับสัญญาณสามารถแยกสัญญาณที่มาจากดาวเทียม GPS ได้อย่างอิสระโดยอาศัยความรู้จากการจัดเรียงตัวของรหัส C/A ในดาวเทียมแต่ละดวงนั่นเอง

รหัส C/A จะถูกส่งเข้าดาวเทียม GPS ทั้งหมด 1,023 บิต เรียกว่า Gold Codes โดยที่ Gold Codes ถูกสร้างขึ้นมาจากลำดับ m 1,023 บิต จำนวน 2 ชุด ได้แก่ G1 และ G2 ทำการมัลติเพล็กซ์พร้อมๆกัน ซึ่งลำดับของ G1 และ G2 มีค่าเริ่มต้นแตกต่างกัน ลำดับ m (m-Sequence) เป็นลำดับ PN ที่มีความยาวสูงสุดซึ่งสามารถสร้างขึ้นมาได้ง่ายจาก Shift Register และ Feedback Taps ลำดับ PN ของ G1 และ G2 ถูกสร้างขึ้นมาจาก 10 บิต Shift Register และความยาว 1,023 บิต รูปด้านล่าง แสดงการสร้างรหัส C/A รหัส C/A นี้สามารถเคลื่อนที่ได้ 300 กิโลเมตรต่อความยาวลำดับ 1 มิลลิวินาที (ms) ดังนั้น รหัสจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 3*108 m/s โดยที่รหัส C/A จะต้องทำการทวนสัญญาณจะมีความถี่สูงเหนือเสียง ซึ่งถูกสร้างขึ้นมาจากสัญญาณ IF มีความกว้างแบนด์วิดท์ ประมาณ 2 MHz ใช้เทคนิคการสุ่มแบบ I และ Q และกระบวนการทางดิจิทัล

ประเภทเครื่องรับสัญญาณ GPS

เครื่องรับสัญญาณ GPS แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่

1. ประเภทเครื่องที่สามารถรับดาวเทียมได้ 4 ดวง หรือมากกว่าพร้อมกัน <= click
2. ประเภทเครื่องที่มีการรับดาวเทียมโดยการเรียงลำดับ <= click

ประเภทเครื่องที่สามารถรับดาวเทียมได้ 4 ดวง หรือ มากกว่าพร้อมกัน

เป็นเครื่องรับที่สามารถรับสัญญาณดาวเทียมพร้อมกันได้ตั้งแต่ 4 ดวงขึ้นไปและสามารถแสดงผลค่าตำแหน่งและความเร็วได้ทันที การรับดาวเทียมได้ทั้ง 4 ดวง พร้อมกับที่มีค่าในการวัดหาในขณะที่มีการเปลี่ยนตำแหน่งรวดเร็วหรือต้องการความถูกต้องสูง ดังนั้น เครื่องแบบนี้จึงนำมาใช้ในงานรังวัดและทางด้านวิทยุ ใช้วัดตำแหน่งอย่างต่อเนื่องได้ เครื่องรับ 4 ช่องสัญญาณ สามารถให้ค่าความแรงของสัญญาณเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าของเครื่อง 2 ช่อง และเป็นสี่เท่าของเครื่องแบบช่องเดียว และโดยการเปรียบเทียบค่าการรับของแต่ละช่อง เครื่องสามารถปรับตั้งค่าพิกัดเทียมระหว่างช่องรับสัญญาณ ซึ่งช่วยทำให้การวัดมีความถูกต้องดีขึ้น

ประเภทเครื่องรับแบบเรียงลำดับสัญญาณดาวเทียม

ตามหลักการของระบบ GPS เครื่องรับสัญญาณจะต้องมีข้อมูลจากดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวง จึงสามารถคำนวณหาตำแหน่งที่ได้ เครื่องรับแบบเรียงลำดับสัญญาณดาวเทียมใช้ช่องรับสัญญาณเพียงช่องเดียว รับข้อมูลจากดาวเทียมดวงหนึ่งระยะหนึ่งแล้วเปลี่ยนไปยังอีกดวงหนึ่ง เครื่องประเภทนี้จะมีแผงวงจรเล็ก ราคาถูกและใช้กำลังน้อย แต่ก็มีข้อเสียคือ สัญญาณอาจเกิดขาดตอนซึ่งทำให้ค่าความถูกต้องลดลง แบ่งออกเป็นกลุ่มย่อย ได้แก่

1. Starved-Power Single Receivers เครื่องแบบนี้ออกแบบให้พกพาได้และสามารถทำงานได้ด้วยถ่านไฟฉายขนาดเล็ก มีระบบประหยัดพลังงาน เหมาะสำหรับใช้งานบอกตำแหน่งส่วนตัว แต่มีความถูกต้องของข้อมูลค่อนข้างต่ำ ใช้ต่อเชื่อมกับอุปกรณ์อื่นไม่ได้ และไม่สามารถใช้วัดหาความเร็วได้
2. Single Channel Receivers เป็นเครื่องรับที่คล้าย Starved-Power Single Receivers ต่างกันที่เป็นเครื่องรับมาตรฐานที่ไม่จำกัดกำลังไฟ จึงทำให้สามารถการรับสัญญาณอย่างต่อเนื่องได้ มีผลทำให้ความถูกต้องสูงกว่า และใช้วัดหาความเร็วได้ แต่เนื่องจากใช้ช่องสัญญาณเพียงช่องเดียวในการการรับข้อมูลดาวเทียมและคำนวณหาระยะ ทำให้ไม่สามารถหาตำแหน่งต่อเนื่องได้
3. Fast-Multiplexing Single Receivers เครื่องรับสามารถเปลี่ยนดาวเทียมได้เร็วกว่าเครื่องรับเบื้องต้นทั้งสอง จึงสามารถทำการวัดได้ในขณะที่กำลังรับข้อมูลจากดาวเทียม เครื่องสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง
4. Two-Channel Sequencing Receivers เป็นเครื่องรับที่มีการเพิ่มช่องรับสัญญาณขึ้นอีกหนึ่งช่องช่วยให้เครื่องเพิ่มขีดความสามารถขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ความแรงสัญญาณเพิ่มเป็นสองเท่า เครื่องแบบสองช่องนี้จะทำงานแบบนำร่องได้โดยไม่ต้องมีการขาดตอน และได้ค่าความเร็วที่ถูกต้องมากขึ้น จึงเป็นเครื่องรับที่มีคุณภาพดี ราคาสูง

การหาตำแหน่งในระบบ GPS

เมื่อทราบระยะทางและตำแหน่งของดาวเทียมที่อยู่ในอวกาศ การบอกตำแหน่งของดาวเทียม GPS สามารถทำให้ได้โดยเข้าใจการทำงานของระบบ GPS กล่าวคือ รับสัญญาณจากดาวเทียมโดยหลักการรูปสามเหลี่ยมระหว่างดาวเทียมกับเครื่องรับ ระบบ GPS จะทำการวัดระยะโดยใช้เวลาเดินทางของคลื่นวิทยุ ซึ่งทั้งในดาวเทียมและเครื่องรับมีนาฬิกาที่ละเอียดสูงมาก


ระบบ GPS ใช้ดาวเทียม GPS อย่างน้อย 4 ดวง โดยดาวเทียม 3 ดวงจะเป็นตัววัดระยะทางและตัวที่เหลือจะเป็นตัวสำรอง ดาวเทียม 3 ดวงจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับระยะห่างระหว่างเครื่องรับกับดาวเทียม ได้เป็นระยะ R1 , R2 , R3 ดังแสดงในรูปที่ 15.4 ทำการคำนวณโดยสมมติให้ระยะ R แต่ละตัวเป็นรัศมีของทรงกลมขนาดใหญ่ซึ่งมีดาวเทียม GPS อยู่ที่กึ่งกลางของทรงกลม หาจุดตัดของทรงกลมเหล่านี้ ผลที่ได้ก็คือ ตำแหน่งของเครื่องรับ GPS การหาจุดตัดของระนาบ 3 ระนาบนี้จะได้ผลลัพธ์เป็นจุดตัด 2 จุด กล่าวคือ จุดหนึ่งอยู่บนพื้นโลก และอีกจุดหนึ่งอยู่ในอวกาศ จะเลือกใช้จุดที่อยู่บนพื้นโลกเท่านั้น เมื่อได้ตำแหน่งก็สามารถใช้ความรู้เรื่องเวลาการประวิงและความเร็วของการเดินทางของคลื่นมาคำนวณหาระยะทางได้


เครื่องรับที่ดีจะใช้หลักการของวิชาเรขาคณิต Geometric Dilution of Precision หรือ GDOP หลักการนี้ช่วยให้ความถูกต้องของตำแหน่งที่เครื่องรับ GPS ค่าตำแหน่งที่คำนวณได้มาจากการหาระยะจากดาวเทียมหลายดวง ลักษณะการประกอบรวมกลุ่มของดาวเทียม การเลือกตำแหน่งของดาวเทียมมีส่วนทำให้ความคลาดเคลื่อนเพิ่มหรือน้อยลงได้ GDOP จะได้มาจากมุมระหว่างดาวเทียม การเลือกตำแหน่งจะวัดจากกลุ่มดาวเทียมที่มุมระหว่างดาวเทียมมีขนาดใหญ่ ด้วยเหตุนี้ในเครื่องรับ GPS จะมีโปรแกรมให้วิเคราะห์ตำแหน่งของดาวเทียมที่อยู่บนท้องฟ้า และเลือกวัดจากชุดดาวเทียม 4 ดวง ที่มีค่า GDOP ดีที่สุด



การคำนวณหาตำแหน่งของจุดบนพื้นโลก ทำได้โดย

กำหนดให้แกน 3 มิติของตำแหน่งที่ต้องการทราบเป็น X,Y,Z

• แกน 3 มิติของดาวเทียมดวงที่ 1 เป็น X1,Y1,Z1
• แกน 3 มิติของดาวเทียมดวงที่ 2 เป็น X2,Y2,Z2
• แกน 3 มิติของดาวเทียมดวงที่ 3 เป็น X3,Y3,Z3
• แกน 3 มิติของดาวเทียมดวงที่ 4 เป็น X4,Y4,Z4

กำหนดให้ความผิดพลาดของเวลาบนดาวเทียมกับเวลาบนพื้นโลก เป็น t0

• เวลาที่สัญญาณจากดาวเทียมดวงที่ 2 เดินทางเป็น t2
• เวลาที่สัญญาณจากดาวเทียมดวงที่ 4 เดินทางเป็น t4
• เวลาที่สัญญาณจากดาวเทียมดวงที่ 1 เดินทางเป็น t1
• เวลาที่สัญญาณจากดาวเทียมดวงที่ 3 เดินทางเป็น t3
  

ถ้าให้ความเร็วของคลื่นสัญญาณเป็น C หรือ 3*108 m/s จะได้สมการ 4 สมการที่แสดงระยะทางระหว่างดาวเทียมทั้ง 4 กับจุดที่ต้องการทราบตำแหน่ง คือ

• (X-X1)2 + (Y-Y1)2 +(Z-Z1)2 (C *(t1-t0))2
• (X-X2)2 + (Y-Y2)2 +(Z-Z2)2 (C *(t2-t0))2
• (X-X3)2 + (Y-Y3)2 +(Z-Z3)2 (C *(t3-t0))2
• (X-X4)2 + (Y-Y4)2 +(Z-Z4)2 (C *(t4-t0))2
  

โดยที่ค่า (X1, Y1, Z1) , (X2, Y2, Z2) , (X3, Y3, Z3) , (X4, Y4, Z4) เป็นค่าที่ถูกส่งลงมาจากดาวเทียมและค่า t1 , t2 , t3 , t4 สามารถหาได้จากรหัสที่ส่งลงมาจากดาวเทียมกับรหัสที่ถูกสร้างขึ้นในเครื่องรับ จะทำให้สามารถคำนวณค่าตัวแปร X , Y , Z และ t0 ได้