همه آنچه درباره GPS و عملکرد آن باید بدانید

GPS یا سامانه موقعیت‌یاب جهانی (Global Positioning System)، یک شبکه متشکل از ۲۴ ماهواره فعال و چند ماهواره پشتیبان در مدار زمین است که توسط وزارت دفاع ایالات متحده راه‌اندازی شده و در حال حاضر به‌صورت رایگان در اختیار عموم قرار دارد.

مبنای عملکرد GPS ساده به‌نظر می‌رسد، اما پشت این سادگی، مهندسی پیچیده‌ای نهفته است. هر ماهواره GPS به‌صورت مداوم، موقعیت دقیق خود و زمان دقیق را با استفاده از ساعت‌های اتمی ارسال می‌کند. گیرنده GPS (مثل موبایل یا دستگاه‌های مسیریابی خودرو) سیگنال این ماهواره‌ها را دریافت می‌کند و با محاسبه فاصله تا چند ماهواره مختلف به‌صورت هم‌زمان، مکان دقیق کاربر را روی زمین محاسبه می‌کند.

برای تعیین موقعیت سه‌بعدی (طول، عرض و ارتفاع)، حداقل سیگنال از چهار ماهواره لازم است. این فرآیند به‌نام مثلث‌سازی یا تری‌لاتراسیون شناخته می‌شود.

کاربرد‌های فراتر از مسیر‌یابی

امروزه GPS فقط برای نشان‌دادن مسیر از خانه تا محل کار استفاده نمی‌شود. کاربرد‌های مهم‌تری در جریان است:

- عملیات نظامی و پهپاد‌های تهاجمی
- رهگیری کشتی‌ها و هواپیما‌ها
- زمان‌بندی دقیق در بانک‌ها و بورس جهانی
- کنترل خودرو‌های خودران
- کشاورزی هوشمند
- زلزله‌سنجی و مانیتورینگ گسل‌ها
- سیستم‌های اورژانس و امداد

با چنین گستردگی‌ای، طبیعی‌ست که هرگونه اختلال در عملکرد GPS، می‌تواند تبعاتی عظیم در پی داشته باشد.

GPS چگونه مختل می‌شود؟

با وجود دقت بالا، GPS فناوری حساسی است و به راحتی می‌توان آن را دچار اختلال کرد. این اختلالات به‌طور کلی در سه دسته قرار می‌گیرند:

۱. جمینگ (Jamming): خاموشی مصنوعی

در این روش، با ارسال سیگنال‌های قوی‌تر در فرکانس GPS (حدود ۱.۵۷۴ گیگاهرتز)، سیگنال‌های واقعی ماهواره‌ها را "خفه" می‌کنند. گیرنده دیگر نمی‌تواند سیگنال درست را تشخیص دهد و موقعیت کاربر قطع می‌شود.

جمر‌ها (دستگاه‌های اختلال‌گر) به‌راحتی قابل ساخت هستند و در برخی کشور‌ها ممنوع اعلام شده‌اند. حتی دستگاه‌های جیبی ارزان‌قیمتی وجود دارد که می‌تواند در شعاع چند ده متری GPS را از کار بیندازد.

۲. اسپوفینگ (Spoofing): فریب هوشمندانه

در این روش، سیگنال‌های جعلی GPS تولید می‌شود که به‌ظاهر درست به‌نظر می‌رسند، اما موقعیت غلطی به گیرنده القا می‌کنند. به‌عبارت دیگر، گیرنده GPS فکر می‌کند در نقطه‌ای دیگر قرار دارد. این روش خطرناک‌تر از جمر است، چون بدون ایجاد هشدار یا قطع سیگنال، سیستم را گمراه می‌کند.

در سال‌های اخیر، حملات اسپوفینگ علیه نفت‌کش‌ها، کشتی‌های تجاری و حتی پهپاد‌های نظامی انجام شده و در برخی موارد باعث انحراف مسیر یا سقوط شده است.

۳. اختلال طبیعی یا فضایی

طوفان‌های خورشیدی، تشعشعات کیهانی یا خطا‌های در مدار ماهواره‌ها نیز می‌توانند دقت GPS را کاهش دهند. اگرچه کمتر رایج است، اما در مقیاس جهانی می‌تواند اختلال‌هایی لحظه‌ای ایجاد کند.

در جنگ چه استفاده‌ای از اختلال در GPS می‌شود؟

در نبرد‌های مدرن مانند درگیری میان ایران و رژیم صهیونیستی، GPS نقش حیاتی دارد. بسیاری از سامانه‌های هدایت موشک، هواپیما‌های بدون سرنشین، نیرو‌های زمینی و حتی پدافند‌ها به موقعیت‌یابی وابسته‌اند. از کار انداختن GPS دشمن، می‌تواند موجب گم‌کردن هدف، اشتباه در حمله یا حتی سقوط تجهیزات شود.

به همین دلیل است که کشور‌ها به دنبال سامانه‌های جایگزین بومی هستند. ایران نیز در سال‌های اخیر روی سامانه‌های داخلی موقعیت‌یابی کار کرده تا وابستگی به GPS آمریکایی را کاهش دهد.

چگونه از اختلالات GPS محافظت می‌شود؟

۱) استفاده از سامانه‌های چندگانه مثل GLONASS (روسیه)، Galileo (اروپا) یا BeiDou (چین)
۲) استفاده هم‌زمان از سنسور‌های دیگر (شتاب‌سنج، قطب‌نما، ژیروسکوپ)
۳) توسعه گیرنده‌های مقاوم در برابر جمینگ
۴) الگوریتم‌های تشخیص اسپوفینگ
۵) ایجاد سامانه‌های موقعیت‌یابی بومی

چرا باید GPS را جدی بگیریم؟

سیستمی که روزانه صد‌ها میلیون نفر از آن استفاده می‌کنند، در عین حال می‌تواند نقطه ضعف بزرگی باشد. دانستن نحوه عملکرد و آسیب‌پذیری‌های GPS نه‌تنها برای کاربران عمومی، بلکه برای برنامه‌ریزان نظامی، مدیران زیرساخت و متخصصان امنیت سایبری اهمیت حیاتی دارد.

وقتی موقعیت‌مان را روی یک نقشه کوچک در تلفن همراه می‌بینیم، شاید تصور نکنیم پشت این سادگی، پیچیده‌ترین نبرد‌های فناورانه جهان در جریان است.