Global Positioning System (GPS) เป็นหนึ่งในระบบนำทางด้วยดาวเทียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในโลก GPS เดิมพัฒนาโดยสหรัฐอเมริกา ช่วยให้ผู้ใช้สามารถระบุตำแหน่ง ความเร็ว และข้อมูลเวลาได้ทุกที่บนโลก

ปัจจุบัน GPS รองรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการสำรวจที่ดิน การขนส่ง การทำแผนที่ การก่อสร้าง เกษตรกรรมที่แม่นยำ และระบบนำทาง

ด้วยการรับสัญญาณจากดาวเทียมที่โคจรรอบโลก GPS สามารถให้:

• บริการกำหนดตำแหน่งอย่างต่อเนื่อง
• การนำทางและการติดตามแบบเรียลไทม์
• ข้อมูลตำแหน่งสามมิติ
• การวัดความเร็ว
• การซิงโครไนซ์เวลาที่มีความแม่นยำสูง
• การใช้งานการวางตำแหน่งที่แม่นยำ

GPS ทำงานทั่วโลกตลอด 24 ชั่วโมงภายใต้สภาพอากาศเกือบทั้งหมด

การพัฒนา GPS เริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2516 และระบบถึงความสามารถในการปฏิบัติการเต็มรูปแบบ (FOC) ในปี พ.ศ. 2537

ตั้งแต่นั้นมา GPS ได้กลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการนำทางและระบุตำแหน่งทั่วโลก โดยให้บริการผู้ใช้หลายล้านคนทั่วโลก

ระบบ GPS ที่สมบูรณ์ประกอบด้วยสามส่วนหลัก:

• ส่วนอวกาศ
• ส่วนควบคุม
• ส่วนผู้ใช้

แต่ละส่วนประกอบมีบทบาทเฉพาะในการให้บริการระบุตำแหน่งที่แม่นยำและเชื่อถือได้

ส่วนอวกาศประกอบด้วยดาวเทียม GPS ที่โคจรรอบโลก

กลุ่มดาว GPS ดั้งเดิมได้รับการออกแบบโดยอาศัยดาวเทียมปฏิบัติการ 24 ดวง ซึ่งรวมถึง:

• ดาวเทียมนำทางที่ใช้งานอยู่ 21 ดวง
• ดาวเทียมสำรอง 3 ดวง

ดาวเทียมเหล่านี้กระจายอยู่บนระนาบวงโคจร 6 ระนาบ โดยมีมุมเอียงประมาณ 55 องศา

ดาวเทียมแต่ละดวงโคจรรอบโลกเสร็จภายในเวลาประมาณ 12 ชั่วโมงดาวฤกษ์

ดาวเทียมจะถ่ายทอดสัญญาณการนำทางอย่างต่อเนื่องซึ่งมีข้อมูลเวลาและวงโคจร เครื่องรับ GPS ใช้สัญญาณที่ส่งเหล่านี้เพื่อคำนวณตำแหน่ง

หากไม่มีดาวเทียมเหล่านี้ ตำแหน่ง GPS จะไม่สามารถทำได้

ส่วนควบคุมมีหน้าที่ในการตรวจสอบและจัดการเครือข่ายดาวเทียม

ประกอบด้วยเครือข่ายสถานีภาคพื้นดินทั่วโลก ซึ่งแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่

• สถานีควบคุมหลัก
• สถานีตรวจติดตาม
• เสาอากาศภาคพื้นดิน / สถานีอัพโหลด

สถานีควบคุมหลักตั้งอยู่ที่ฐานทัพอากาศฟอลคอนในรัฐโคโลราโด สหรัฐอเมริกา

ความรับผิดชอบประกอบด้วย:

• กำลังประมวลผลข้อมูลการสังเกตดาวเทียม
• กำลังคำนวณการแก้ไขชั่วคราวของดาวเทียม
• กำลังอัปเดตพารามิเตอร์นาฬิกาดาวเทียม
• การควบคุมการทำงานของดาวเทียม
• การจัดการสถานะสุขภาพของดาวเทียม
• การเปิดใช้งานดาวเทียมสำรองหากจำเป็น

สถานีควบคุมหลักยังทำหน้าที่ตรวจสอบอีกด้วย

สถานีตรวจสอบติดตามสัญญาณดาวเทียม GPS อย่างต่อเนื่องและประเมินความสมบูรณ์และประสิทธิภาพของดาวเทียม

ในอดีต สิ่งอำนวยความสะดวกในการตรวจสอบตั้งอยู่ในภูมิภาคต่างๆ เช่น:

• ฮาวาย
• เกาะแอสเซนชัน
• ดิเอโก้ การ์เซีย
• ควาจาเลน

สถานีเหล่านี้จะรวบรวมข้อมูลการสังเกตและส่งกลับไปยังเครือข่ายควบคุม

สถานีอัปโหลดจะส่งข้อมูลการนำทางที่อัปเดตจากสถานีควบคุมหลักกลับไปยังดาวเทียม

ข้อมูลที่อัปโหลดนี้อาจรวมถึง:

• อัพเดตวงโคจรดาวเทียม
• การแก้ไขนาฬิกา
• ข้อมูลการนำทาง
• ข้อมูลการบำรุงรักษาระบบ

การอัปเดตเป็นประจำช่วยรักษาความแม่นยำของ GPS และความเสถียรของระบบ

กลุ่มผู้ใช้ประกอบด้วยอุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้โดยผู้ใช้เพื่อรับและประมวลผลสัญญาณ GPS

อุปกรณ์ผู้ใช้ทั่วไปประกอบด้วย:

• เครื่องรับ GPS
• เสาอากาศ GNSS
• ซอฟต์แวร์ประมวลผลข้อมูล
• ผู้ควบคุมการสำรวจ
• คอมพิวเตอร์
• เซ็นเซอร์อุตุนิยมวิทยา
• อุปกรณ์นำทาง

เครื่องรับจะประมวลผลสัญญาณที่ส่งจากดาวเทียม GPS และคำนวณ:

• ละติจูด
• ลองจิจูด
• ระดับความสูง
• ความเร็ว
• ข้อมูลเวลา

ส่วนนี้เป็นส่วนที่ผู้ใช้โต้ตอบกับเทคโนโลยี GPS โดยตรง

ระบบ GPS ที่สมบูรณ์นั้นขึ้นอยู่กับความร่วมมือของทั้งสามส่วน:

• ดาวเทียมออกอากาศสัญญาณตำแหน่ง
• สถานีควบคุมภาคพื้นดินจะตรวจสอบและบำรุงรักษาเครือข่ายดาวเทียม
• ผู้รับผู้ใช้จะประมวลผลสัญญาณที่ส่งและคำนวณข้อมูลตำแหน่ง

ส่วนประกอบเหล่านี้ร่วมกันสร้างระบบกำหนดตำแหน่งที่เชื่อถือได้ซึ่งสามารถให้บริการการนำทางและกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำทั่วโลก

GPS ปฏิวัติการนำทางทั่วโลกโดยการระบุตำแหน่งแบบเรียลไทม์ในระดับโลก

ในปัจจุบัน แม้ว่าผู้ใช้มักเรียกง่ายๆ ว่า "GPS" แต่โซลูชันการระบุตำแหน่งสมัยใหม่ได้รวมกลุ่มดาวดาวเทียมหลายดวงมากขึ้นเรื่อยๆ รวมถึง GPS, BeiDou, GLONASS และ Galileo เพื่อให้ครอบคลุมและแม่นยำยิ่งขึ้น

สำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การสำรวจและการทำแผนที่ การทำความเข้าใจพื้นฐาน GPS ยังคงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการระบุตำแหน่งให้สูงสุดและการเลือกโซลูชัน GNSS ที่เหมาะสม