GPS આપણું સ્થાન આટલી સચોટ રીતે કેવી રીતે નક્કી કરે છે?

આ બ્લોગ પોસ્ટમાં, આપણે GPS કેવી રીતે કાર્ય કરે છે, તે આપણા સ્થાનની ગણતરી કેવી રીતે કરે છે અને GPS ઉપગ્રહો પૃથ્વી પર ગમે ત્યાં સ્થાનની માહિતી કેવી રીતે પૂરી પાડે છે તેનું અન્વેષણ કરીશું.

GPS એ એક એવી ટેકનોલોજી છે જેનાથી આપણે આપણા રોજિંદા જીવનમાં ખૂબ પરિચિત છીએ, પછી ભલે તે પોલીસ દ્વારા શંકાસ્પદ વ્યક્તિના સ્થાનને ટ્રેક કરવામાં આવે કે સ્માર્ટફોન નેવિગેશનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે. અહીં ડેન બ્રાઉનની નવલકથા 'ધ દા વિન્સી કોડ' નું એક દ્રશ્ય છે. સોફી અને લેંગડન એક શૌચાલયમાં છુપાયેલા છે. સોફી લેંગડનને ભાગવામાં મદદ કરવાનું નક્કી કરે છે; તે તેના કોટના ડાબા ખિસ્સામાંથી ટ્રેકિંગ ડિવાઇસ કાઢે છે, તેને સાબુના બારમાં મૂકે છે અને તેને પસાર થતા ટ્રેલર તરફ ફેંકી દે છે. પોલીસ ભૂલથી માને છે કે લેંગડન ટ્રેલરમાં ચઢી ગયો છે અને તેનો પીછો કરવામાં નિષ્ફળ જાય છે, જેના કારણે લેંગડન અને સોફી લુવ્ર મ્યુઝિયમમાંથી સુરક્ષિત રીતે છટકી શક્યા. પોલીસ ટ્રેકિંગ ડિવાઇસનો ઉપયોગ કરીને લેંગડનના સ્થાનને કેવી રીતે ટ્રેક કરવામાં સક્ષમ હતી? તેની પાછળનો સિદ્ધાંત GPS માં રહેલો છે.
GPS (ગ્લોબલ પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ) એક સેટેલાઇટ નેવિગેશન સિસ્ટમ છે જે ઉપગ્રહો દ્વારા પ્રસારિત થતા સિગ્નલોનો ઉપયોગ કરીને વપરાશકર્તાના સ્થાનની ગણતરી કરે છે.
શું ફક્ત એક જ ઉપગ્રહનો ઉપયોગ કરીને સ્થાન નક્કી કરી શકાય છે? કમનસીબે, ના. આનું કારણ એ છે કે એક જ ઉપગ્રહ દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવતી અંતરની માહિતી તે ચોક્કસ અંતર પર અસંખ્ય શક્ય સ્થાનોને અનુરૂપ હોય છે. જેમ જેમ ઉપગ્રહોની સંખ્યા વધે છે, તેમ તેમ ઓવરલેપ થતા સ્થાનો એક ક્ષેત્રથી એક રેખા સુધી અને પછી એક બિંદુ સુધી સંકુચિત થાય છે.
ઉપગ્રહોની શ્રેષ્ઠ સંખ્યા સમજવા માટે, આપણે પહેલા પરિમાણોનો ખ્યાલ સમજવો જોઈએ. પરિમાણ એ દિશાઓની સંખ્યા દ્વારા વ્યાખ્યાયિત થાય છે જેમાં પદાર્થ સ્વતંત્ર રીતે આગળ વધી શકે છે. આનું કારણ એ છે કે કોઈ પદાર્થ સંદર્ભ બિંદુથી કેટલી દૂર અને કઈ દિશામાં આગળ વધ્યો છે તે જાણવાથી આપણે તેનું સ્થાન નક્કી કરી શકીએ છીએ.
એક પરિમાણમાં, કોઈ વસ્તુ કેટલી આગળ કે પાછળ ગઈ છે તે જાણીને તેની સ્થિતિ નક્કી કરી શકાય છે. બે પરિમાણમાં, બે દિશામાં માહિતી - આગળ/પાછળ અને ડાબે/જમણે - જરૂરી છે. તો, ત્રિ-પરિમાણીય અવકાશનું શું? ત્રણેય દિશાઓ - આગળ/પાછળ, ડાબે/જમણે, અને ઉપર/નીચે - જરૂરી છે. આપણે જે જગ્યામાં રહીએ છીએ તે ત્રિ-પરિમાણીય હોવાથી, સ્થિતિની ગણતરી કરવા માટે આ ત્રણેય દિશાઓ વિશેની માહિતી જરૂરી છે.
તેથી, ત્રિ-પરિમાણીય અવકાશમાં ચોક્કસ સ્થિતિની ગણતરી કરવા માટે ચાર ઉપગ્રહોની જરૂર પડે છે, કારણ કે સંદર્ભ બિંદુ તેમજ આગળ-પાછળ, ડાબે-જમણે અને ઉપર-નીચે દિશાઓ વિશે માહિતીની જરૂર પડે છે. જો કે, વપરાશકર્તા પૃથ્વીની સપાટી પર છે તે હકીકતનો ઉપયોગ કરીને, પૃથ્વી પોતે સંદર્ભ સમતલ તરીકે સેવા આપી શકે છે, જેનો અર્થ એ છે કે, સિદ્ધાંતમાં, ફક્ત ત્રણ ઉપગ્રહોનો ઉપયોગ કરીને સ્થિતિની ગણતરી કરી શકાય છે. જો કે, વાસ્તવિક GPS સિસ્ટમ્સ કુલ ચાર ઉપગ્રહ સંકેતોનો ઉપયોગ કરે છે. વધારાના ઉપગ્રહનો ઉપયોગ સિગ્નલોના ટ્રાન્સમિશન અને રિસેપ્શન દરમિયાન થતી સમયની ભૂલોને સુધારવા માટે થાય છે; તે પ્રકાશને મુસાફરી કરવા માટે લાગતા સમયની ગણતરી કરીને વધુ સચોટ સ્થિતિ નક્કી કરવામાં મદદ કરે છે.
હવે, ચાલો જોઈએ કે ઉપગ્રહોમાંથી પ્રાપ્ત અંતરની માહિતી કેવી રીતે ગણતરી કરવામાં આવે છે. આ વિભાગમાં, તમે જોશો કે પાયથાગોરિયન પ્રમેય અને ત્રિકોણમિતિ કાર્યો - જે તમે મિડલ સ્કૂલના ગણિતમાં શીખ્યા હતા - શા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
ત્રિકોણીકરણ એ ત્રિકોણના ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરીને આપેલ બિંદુના કોઓર્ડિનેટ્સ અને અંતરની ગણતરી કરવાની એક પદ્ધતિ છે. બે સંદર્ભ બિંદુઓને ધ્યાનમાં રાખીને, જો તમે અજાણ્યા સ્થાન દ્વારા રચાયેલા ત્રિકોણના આધાર અને અન્ય બે બાજુઓ અને બે સંદર્ભ બિંદુઓ દ્વારા રચાયેલા ખૂણાઓને માપો - અને બાજુઓની લંબાઈ જાણો - તો તમે સાઇન્સના નિયમ અને અન્ય સૂત્રોનો ઉપયોગ કરીને કોઓર્ડિનેટ્સ અને અંતરની ગણતરી કરી શકો છો.
ઉદાહરણ તરીકે, ધારો કે આપણે દરિયા કિનારાથી દરિયામાં રહેલા જહાજ સુધીનું અંતર માપી રહ્યા છીએ. એક નિરીક્ષક બે નિશ્ચિત બિંદુઓ, A અને B થી અનુક્રમે ખૂણા α અને β માપે છે. જો A અને B વચ્ચેનું અંતર l આપવામાં આવે, અથવા જો બે બિંદુઓના કોઓર્ડિનેટ્સ જાણીતા હોય, તો બિંદુ C પર વહાણના કોઓર્ડિનેટ્સ સમાન ત્રિકોણના ગુણધર્મો અને સાઇન્સના નિયમનો ઉપયોગ કરીને ગણતરી કરી શકાય છે, અને દરિયા કિનારાથી જહાજ સુધીનું અંતર d પણ નક્કી કરી શકાય છે. GPS સમાન સિદ્ધાંત પર કાર્ય કરે છે.

તે ઉપગ્રહોની સ્થિતિ અને તેમાંથી માપવામાં આવેલી અંતરની માહિતીને જોડીને પૃથ્વી પર કોઈ વસ્તુના સ્થાનની ગણતરી કરે છે.
હાલમાં, GPS સિસ્ટમમાં આશરે 31 કાર્યરત ઉપગ્રહો છે; આમાંથી, સામાન્ય રીતે 24 કે તેથી વધુ મુખ્ય કાર્યકારી પ્રણાલી બનાવે છે, જ્યારે બાકીના બેકઅપ તરીકે સેવા આપે છે અથવા કામગીરીમાં વધારો કરે છે. આ ઉપગ્રહો પૃથ્વીની આસપાસ અનેક ભ્રમણકક્ષાના વિમાનોમાં ફરે છે અને એવી રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે કે વિશ્વમાં ગમે ત્યાંથી એક સાથે અનેક GPS ઉપગ્રહોનું અવલોકન કરી શકાય. આ ઓછામાં ઓછા ચાર ઉપગ્રહોમાંથી સ્થિર સિગ્નલની ખાતરી કરે છે, જે વધુ સચોટ સ્થાન માહિતી પ્રદાન કરે છે. GPS ઉપગ્રહો સૌર પેનલ દ્વારા સંચાલિત છે.
રાત્રિના આકાશ તરફ નજર કરવા માટે થોડો સમય કાઢો. જો તમને ખાસ કરીને તેજસ્વી, ગતિશીલ બિંદુ દેખાય, તો તે તમારા સ્થાનની ગણતરી કરતો GPS ઉપગ્રહ હોઈ શકે છે.