जीपीएस हमारी लोकेशन को इतनी सटीकता से कैसे निर्धारित करता है?

इस ब्लॉग पोस्ट में, हम जानेंगे कि जीपीएस कैसे काम करता है, यह हमारी लोकेशन की गणना कैसे करता है, और जीपीएस उपग्रह पृथ्वी पर कहीं भी लोकेशन की जानकारी कैसे प्रदान करते हैं।

जीपीएस एक ऐसी तकनीक है जिससे हम अपने दैनिक जीवन में बहुत परिचित हैं, चाहे वह पुलिस द्वारा किसी संदिग्ध का पता लगाना हो या स्मार्टफोन नेविगेशन का उपयोग करना हो। डैन ब्राउन के उपन्यास 'द दा विंची कोड' का एक दृश्य यहाँ दिया गया है। सोफी और लैंगडन एक शौचालय में छिपे हुए हैं। सोफी लैंगडन की मदद करने का फैसला करती है; वह उसके कोट की बाईं जेब से ट्रैकिंग डिवाइस निकालती है, उसे एक साबुन की टिकिया में रखती है और उसे गुजर रहे एक ट्रेलर की ओर फेंक देती है। पुलिस को गलतफहमी होती है कि लैंगडन ट्रेलर में चढ़ गया है और वे व्यर्थ में उसका पीछा करते हैं, जिससे लैंगडन और सोफी लूव्र संग्रहालय से सुरक्षित निकल जाते हैं। पुलिस ट्रैकिंग डिवाइस का उपयोग करके लैंगडन का पता कैसे लगा पाई? इसके पीछे का सिद्धांत जीपीएस में निहित है।
जीपीएस (ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम) एक उपग्रह नेविगेशन प्रणाली है जो उपग्रहों द्वारा प्रेषित संकेतों का उपयोग करके उपयोगकर्ता के स्थान की गणना करती है।
क्या किसी स्थान का निर्धारण केवल एक उपग्रह से किया जा सकता है? दुर्भाग्यवश, नहीं। इसका कारण यह है कि एक उपग्रह द्वारा प्रदान की गई दूरी की जानकारी उस सटीक दूरी पर असंख्य संभावित स्थानों से मेल खाती है। उपग्रहों की संख्या बढ़ने पर, ओवरलैप होने वाले स्थान एक क्षेत्र से एक रेखा में और फिर एक बिंदु में संकुचित हो जाते हैं।
उपग्रहों की इष्टतम संख्या को समझने के लिए, हमें सबसे पहले आयामों की अवधारणा को समझना होगा। आयामों को उन दिशाओं की संख्या के रूप में परिभाषित किया जाता है जिनमें कोई वस्तु स्वतंत्र रूप से गति कर सकती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि किसी संदर्भ बिंदु से वस्तु कितनी दूर और किस दिशा में चली है, यह जानने से हमें उसकी स्थिति निर्धारित करने में मदद मिलती है।
एक आयाम में, किसी वस्तु की स्थिति का निर्धारण केवल यह जानकर किया जा सकता है कि वह कितनी आगे या पीछे चली है। दो आयामों में, आगे/पीछे और बाएँ/दाएँ, इन दो दिशाओं की जानकारी आवश्यक होती है। तो, त्रि-आयामी अंतरिक्ष के बारे में क्या? तीनों दिशाएँ—आगे/पीछे, बाएँ/दाएँ और ऊपर/नीचे—आवश्यक हैं। चूंकि हम जिस अंतरिक्ष में रहते हैं वह त्रि-आयामी है, इसलिए स्थिति की गणना करने के लिए इन तीनों दिशाओं से संबंधित जानकारी आवश्यक है।
इसलिए, त्रि-आयामी अंतरिक्ष में सटीक स्थिति की गणना करने के लिए चार उपग्रहों की आवश्यकता होती है, क्योंकि संदर्भ बिंदु के साथ-साथ आगे-पीछे, बाएँ-दाएँ और ऊपर-नीचे दिशाओं के बारे में जानकारी आवश्यक होती है। हालांकि, उपयोगकर्ता के पृथ्वी की सतह पर होने के कारण, पृथ्वी स्वयं एक संदर्भ तल के रूप में कार्य कर सकती है, जिसका अर्थ है कि सैद्धांतिक रूप से, केवल तीन उपग्रहों का उपयोग करके स्थिति की गणना की जा सकती है। हालांकि, वास्तविक जीपीएस सिस्टम कुल चार उपग्रह संकेतों का उपयोग करते हैं। अतिरिक्त उपग्रह का उपयोग संकेतों के संचरण और प्राप्ति के दौरान होने वाली समय त्रुटियों को ठीक करने के लिए किया जाता है; यह प्रकाश द्वारा यात्रा में लगने वाले समय की गणना करके अधिक सटीक स्थिति निर्धारित करने में मदद करता है।
अब आइए देखते हैं कि उपग्रहों से प्राप्त दूरी की जानकारी की गणना कैसे की जाती है। इस भाग में, आप जानेंगे कि पाइथागोरस प्रमेय और त्रिकोणमितीय फलन—जिनके बारे में आपने माध्यमिक विद्यालय की गणित में पढ़ा था—क्यों महत्वपूर्ण हैं।
त्रिभुजीकरण त्रिभुजों के गुणों का उपयोग करके किसी दिए गए बिंदु के निर्देशांक और दूरी की गणना करने की एक विधि है। यदि दो संदर्भ बिंदु दिए गए हों, और आप अज्ञात स्थान और उन दो संदर्भ बिंदुओं द्वारा निर्मित त्रिभुज के आधार और अन्य दो भुजाओं द्वारा निर्मित कोणों को मापते हैं—और भुजाओं की लंबाई जानते हैं—तो आप साइन नियम और अन्य सूत्रों का उपयोग करके निर्देशांक और दूरी की गणना कर सकते हैं।
उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि हम समुद्र तट से समुद्र में स्थित किसी जहाज तक की दूरी माप रहे हैं। एक प्रेक्षक दो स्थिर बिंदुओं A और B से क्रमशः कोण α और β मापता है। यदि A और B के बीच की दूरी l दी गई हो, या यदि दोनों बिंदुओं के निर्देशांक ज्ञात हों, तो समरूप त्रिभुजों के गुणों और साइन नियम का उपयोग करके बिंदु C पर स्थित जहाज के निर्देशांक ज्ञात किए जा सकते हैं, और समुद्र तट से जहाज तक की दूरी d भी निर्धारित की जा सकती है। GPS भी इसी सिद्धांत पर कार्य करता है।

यह उपग्रहों की स्थिति और उनसे मापी गई दूरी की जानकारी को मिलाकर पृथ्वी पर किसी वस्तु के स्थान की गणना करता है।
वर्तमान में, जीपीएस प्रणाली में लगभग 31 कार्यरत उपग्रह हैं; इनमें से आम तौर पर 24 या उससे अधिक मुख्य परिचालन प्रणाली का हिस्सा होते हैं, जबकि बाकी बैकअप के रूप में या प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये उपग्रह पृथ्वी की कई कक्षीय तलों पर परिक्रमा करते हैं और इन्हें इस प्रकार डिज़ाइन किया गया है कि दुनिया में कहीं से भी एक साथ कई जीपीएस उपग्रहों को देखा जा सके। इससे कम से कम चार उपग्रहों से स्थिर संकेत सुनिश्चित होता है, जिससे अधिक सटीक स्थान की जानकारी मिलती है। जीपीएस उपग्रह सौर पैनलों द्वारा संचालित होते हैं।
कुछ देर रुककर रात के आकाश की ओर देखें। यदि आपको कोई चमकीला, गतिमान बिंदु दिखाई दे, तो हो सकता है कि वह जीपीएस उपग्रह हो जो आपकी स्थिति का पता लगा रहा हो।