ศูนย์รวมความรู้

กระทรวงเทคโนโลยี
สารสนเทศและการสื่อสาร

รายละเอียดแนวทางการพัฒนากิจการอวกาศ
ของประเทศไทย
 


หน่วยงานในสังกัดกระทรวงไอซีที












<< เชื่อมโยงเว็บไซต์ >>

  หน้าหลัก \ ศูนย์รวมความรู้

    ศูนย์รวมความรู้

โดย สมภพ ภูริวิกรัยพงศ์
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร 51 ถนนเชื่อมสัมพันธ์ เขตหนองจอก กรุงเทพ 10530
โทร 02-988-3655, 02-988-3666 โทรสาร 02-988-4040 E-mail: [email protected]


สำหรับตอนที่ 1และ 2 ได้แนะนำประวัติความเป็นมาและวิวัฒนาการของระบบนำร่องจีพีเอส ตั้งแต่ยุคเริ่มต้นจนถึงปี 1995 ซึ่งเป็นปีที่ระบบสามารถทำงานได้ เต็มประสิทธิภาพตามที่ได้ออกแบบไว้ตั้งแต่ปี 1973

สำหรับเนื้อหาในตอนนี้เป็นการนำเสนอส่วนสำคัญๆ ของระบบนำร่องจีพีเอสที่ได้มีการปรับปรุงใหม่ โดยผู้เขียนขอเรียกว่า "จีพีเอส ทศวรรษ 2000"

โครงสร้างสัญญาณจีพีเอส ยุคทศวรรษ 1980
ก่อนที่จะกล่าวถึงโครงสร้างสัญญาณใหม่ของจีพีเอส ผู้เขียนขอแนะนำโครงสร้างสัญญาณจีพีเอสยุคทศวรรษ 1980 ดังแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งดูแล้วอาจจะยุ่งวุ่นวายพอสมควร เนื่องจากมีศัพท์ทางเทคนิคปรากฏอยู่

รูปที่ 1 โครงสร้างสัญญาณจีพีเอส ยุคทศวรรษ 1980 ที่ใช้ดาวเทียม Block II, IIA และ IIR

จากความต้องการหน่วยงานด้านความมั่นคง US DoD ได้ออกแบบให้ข้อมูลนำร่องที่แพร่โดยดาวเทียมจีพีเอสนั้น จำเป็นที่จะต้องถูกเข้ารหัสไว้ โดยมีมูลเหตุสองประการ ได้แก่ 1) ป้องกันการเข้าถึงและการกวนสัญญาณ 2) ใช้สัญญาณรหัสสำหรับคำนวณค่า TOA

รหัสที่ใช้ในการเข้ารหัสข้อมูลนำร่อง มี 2 รหัส

รหัส C/A (coarse/acquisition) : รหัสที่เปิดเผย และเครื่องรับจีพีเอสของพลเรือนสามารถเข้าถึงได้
คุณลักษณะของรหัส C/A
      » คาบเวลา 1 มิลลิวินาที
      » แบนด์วิดท์ 2.046 MHz
      » อัตราการเลื่อนรหัส 1.023 MHz

รหัส P(Y) หรือ P (precision) : รหัสที่ไม่เปิดเผย ทหารและหน่วยงานความมั่นคงเท่านั้นที่เข้าถึงได้ ในสภาวะสงคราม รหัส P ถูกเข้ารหัสอีกชั้นหนึ่ง โดยใช้รหัส W และได้ผลลัพธ์เป็นรหัส Y
คุณลักษณะของรหัส P(Y)
      » คาบเวลา 1 สัปดาห์
      » แบนด์วิดท์ 20.46 MHz
      » อัตราการเลื่อนรหัส 10.23 MHz

จากรูปที่ 1 เราสามารถสรุปได้ดังนี้
สัญญาณความถี่ L1 (1575.42 MHz) ประกอบด้วย
      » (C/A code ⊕ data) เฟสทำมุม 90 องศากับสัญญาณพาห์
      » (P code ⊕ data) มีเฟสตรงกับสัญญาณพาห์
สัญญาณความถี่ L2 (1227.60 MHz)
      » ในสภาวะปกติ (P code ⊕ data) มอดูเลตกับสัญญาณพาห์ แต่สถานีควบคุมภาคพื้นดินสามารถเลือกให้เป็น (C/A code ⊕ data) หรือ รหัส P ที่ไม่มีข้อมูลนำร่องได้
      » สาเหตุที่ชุด (C/A code ⊕ data) ไม่ได้ถูกเลือก ในสภาวะปกติ ก็เนื่องมาจาก US DoD ไม่ประสงค์ให้พลเรือนเข้าถึงรหัส C/A ได้ทั้งสองความถี่ (L1 และ L2) !!!

สัญญาณความถี่ L3 ?
หลายคนคงจะงงว่า จีพีเอสมีความถี่ L3 ด้วยหรือ? มีครับ L3 ถูกใช้งานเฉพาะกับ NDS (Nudet Detection System) โดยทำหน้าที่ตรวจ จับคลื่นกัมมันตภาพนิวเคลียร์ที่เกิดจากการระเบิด


โครงสร้างสัญญาณจีพีเอส ยุคทศวรรษ 2000
จากข้อจำกัดของสัญญาณจีพีเอสที่ได้ออกแบบไว้ในยุคเริ่มต้นนั้นที่ผู้ใช้พลเรือนสามารถเข้าถึงรหัส C/A ได้เพียงความถี่เดียว (L1) ได้ส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการระบุตำแหน่งของผู้ใช้ที่เป็นพลเรือน นอกจากนี้แรงกดดันโดยเฉพาะจากองค์การการบินพลเรือนระหว่างประเทศ ICAO (International Civil Aviation Organisation) และ FAA (Federal Aviation Administration) ส่งผลให้รัฐบาลสหรัฐอเมริกาปรับปรุงโครงสร้างสัญญาณจีพีเอสใหม่ โดยสาระสำคัญอยู่ตรงที่เพิ่มสองความถี่ที่พลเรือนสามารถเข้าถึง

โดยสองความถี่ที่กล่าวถึงนั้น ก็ไม่เชิงว่าเป็นความถี่ใหม่ทั้งหมด โดยมีการปรับปรุงให้ความถี่ L2 มีรหัส C/A ถูกแพร่ออกมาตลอดเวลาเหมือนกับความถี่ L1 ซึ่งแต่เดิมนั้นความถี่ L2 มอดูเลตกับสัญญาณรหัส (P code ⊕ data) เท่านั้น



สัญญาณความถี่ L2 ที่มีการปรับปรุงใหม่นี้ มีชื่อเรียกว่า "L2C" ซึ่งจะถูกแพร่จากดาวเทียมจีพีเอสรุ่น Block IIR-M ที่ถูกยิงขึ้นสู่อวกาศในปี 2005 และดาวเทียมจีพีเอสรุ่นล่าสุด Block IIF ที่มีกำหนดยิงในปี 2008

สำหรับความถี่ที่สองเป็นความถี่ใหม่ที่เรียกว่า "L5" โดยมีค่าความถี่อยู่ที่ 115 fo หรือ 1176.45 MHz ซึ่งเป็นความถี่ที่อยู่ในแถบความถี่สากลที่ใช้เฉพาะกับการนำร่องอากาศยานด้วยสัญญาณวิทยุ (ARNS: aeronautical radio navigation service) ส่งผลให้จีพีเอสมีความเข้มแข็งและน่าเชื่อถือมากยิ่งขึ้นโดยเฉพาะกับประยุกต์ใช้งานด้านการบินพาณิชย์ ซึ่งที่ผ่านมาจีพีเอสยังมีข้อด้อยในการใช้งานด้านนี้อยู่

คุณลักษณะเด่นของโครงสร้างสัญญาณใหม่
» รหัส C/A บนความถี่ L2 หรือที่เรียกว่า "L2C"
» ความถี่ใหม่ L5 (115 fo หรือ 1176.45 MHz) สำหรับการบินพาณิชย์
» รหัส M บนความถี่ L1 และ L2 สำหรับผู้ที่ทำงานด้านความมั่นคง USA


นอกจากการเพิ่มขีดความสามารถในการเข้าถึงให้แก่ผู้ใช้ที่เป็นพลเรือนแล้ว โครงสร้างสัญญาณจีพีเอสใหม่ยังได้เพิ่มรหัส M (military code) บนความถี่ L1 และ L2C สำหรับผู้ใช้ที่เป็นทหารหรือทำงานด้านความมั่นคงตามความต้องการของ US DoD

นอกจากนี้ ระบบนำร่องจีพีเอสในอนาคตจะมีดาวเทียมรุ่นที่ 3 หรือที่เรียกว่า Block III ซึ่งจะมีการปรับปรุงสัญญาณความถี่ L1 (เรียกว่า "L1C") ให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น โดยระบบนำร่องจะมีการสื่อสารกันระหว่างดาวเทียมจีพีเอส อีกทั้งมีดาวเทียมเฉพาะที่ทำหน้าที่ดูแลคุณภาพและประสิทธิภาพการให้บริการผู้ใช้



 
ดาวเทียมจีพีเอส
ความถี่
รหัส
Block IIR
Block IIR-M
Block IIF
Block III
L1
C/A
X
X
X
X
P(Y)
X
X
X
X
M
X
X
X
L1C
C/A
X
L2
&
L2C
C/A
X
X
X
P(Y)
X
X
X
X
M
X
X
X
L5
C/A
X
X


ในการออกแบบและกำหนดคุณสมบัติของสัญญาณ L1C สำหรับจีพีเอส Block III นั้น ได้มีความร่วมมือกันระหว่างสหภาพยุโรปและสหรัฐอเมริกา เพื่อให้ได้สัญญาณนำร่องร่วมที่สามารถใช้กับดาวเทียมกาลิเลโอได้ที่ความถี่ L1 (1.57542 GHz) โดยมีการลงนามร่วมกันเมื่อ 26 มิถุนายน 2004 หลังจากนั้นคณะทำงานของทั้งสองฝ่ายที่เรียกว่า WGA (Working Group A) ได้ทำงานร่วมกันเป็นเวลา 21 เดือน และได้ผลลัพธ์เป็นข้อเสนอของสัญญาณนำร่องร่วมสำหรับ Galileo L1 OS (open service) และ GPS L1C โดย WGA ได้แถลงการณ์ร่วมกันอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 24 มีนาคม 2006 (Joint Statement on Galileo and GPS Signal Optimization) ซึ่งถือได้ว่าเป็นบริบทหนึ่งที่สำคัญมากในการพัฒนาระบบนำร่องร่วมกัน

เอกสารอ้างอิง
    [1] Parkinson, B.W., and Spilker, J.J., Global Positioning System: Theory and Applications, Volume I. AIAA, Inc., 1996.
    [2] Kaplan, E.D., Understanding GPS: Principles and Applications, 2nd edition, Artech House, 2006.
    [3] Prasad, R., and Ruggieri, M., Applied Satellite Navigation Using GPS, Galileo & Augmentation Systems, Artech House, 2005.
    [4] http://www.gps.gov/
    [5] สมภพ ภูริวิกรัยพงศ์, จีพีเอสและกาลิเลโอ: ทฤษฎี อัลกอริทึม และการประยุกต์ใช้งาน (เล่ม๑), บทที่ ๔ สัญญาณจีพีเอส, (2007:อยู่ในระหว่างการจัดพิมพ์)
    [6] Kai Borre (Author), et al., A Software-Defined GPS and Galileo Receiver: A Single-Frequency Approach, 2007.

กลับไปด้านบน


copyright © 2016 กองโครงสร้างพื้นฐานเทคโนโลยีดิจิทัล สำนักงานคณะกรรมการดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ กระทรวงดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคม
ชั้น 7 อาคาร B ศูนย์ราชการเฉลิมพระเกียรติ 80 พรรษา 5 ธันวาคม 2550 ถนนแจ้งวัฒนะ แขวงทุ่งสองห้อง เขตหลักสี่ กรุงเทพฯ 10210
โทรศัพท์ 0-2141-6877 โทรสาร 0-2143-8027 e-mail: [email protected]