জিপিএস কিভাবে লোকেশন ট্রাক করে?

একসময় আমাদের পূর্বপুরুষরা তাদের অবস্থান নির্ণয়ের জন্যে রাতের আকাশের দিকে তাকাতেন।এরপর আমরা একটা টমাস গাইড ব্যবহার করে অবস্থান নির্ণয় করতে শুরু করলাম।বর্তমানে ড্রাইভিং দিকনির্দেশনা পেতে,রাস্তা হারিয়ে ফেলা বন্ধুর রাস্তা খুঁজে দিতে,একটি ওয়ার্কআউট চলাকালীন কতটুকু হাটা হলো তা ট্র্যাক করতে কেবল একটি যাদুকর প্রযুক্তি ব্যবহৃত হয়।যেই প্রযুক্তিটিকে জিপিএস বলা হয়।আজ আপনি এর পেছনের গোপন রহস্য সন্ধান করতে চলেছেন।

চলুন জিপিএস এর ইতিহাস দিয়ে শুরু করা যাক,জিপিএস বলতে বোঝায় গ্লোবাল পজিশনিং সিস্টেম।এটি ছিল একটি সামরিক আবিষ্কার মাত্র।এটির প্রথম নাম ছিল নাভাস্টার এবং প্রথম উপগ্রহটি ১৯৭৮ সালে চালু হয়েছিল।তবে সমস্ত নভাস্টারের উপগ্রহের কক্ষপথ তৈরি হয়নি, তাই এটির তখনও কাজ চলছিল।

Picture credit:Bob Smith

জিপিএস ১৯৯৫ সালে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে সম্পূর্ণরূপে কার্যকরী হয়ে ওঠে এবং ১৯৯৬ সালে গাড়িগুলিতে প্রথম ব্যবহার করা হয়েছিল।সমস্ত নাগরিক বিনামূল্যে পাওয়ার আগ পর্যন্ত সর্বোচ্চ মানের সংকেত কেবলমাত্র ২০০০ সালের মে পর্যন্ত সামরিক উদ্দেশ্যে ব্যবহৃত হত।আজ জিপিএস আমেরিকান বিমান বাহিনী দ্বারা পরিচালিত হয়। অনেক আধুনিক রিসিভার প্রকৃতপক্ষে বিশ্বের যে কোনও জায়গায় নির্ভুলতা নিখুঁত করতে জিপিএস এবং রাশিয়ান গ্লোনাস উপগ্রহ উভয় ক্ষেত্রেই নির্ভর করে। জিপিএসকে সঠিকভাবে কাজ করার জন্য কোনও ইন্টারনেট সংযোগ বা কোনও ফোন সংকেতের প্রয়োজন হয়না তবে ইন্টারনেট সংযোগে এটি আরও কার্যকর হয়। জিপিএস আক্ষরিক অর্থে সর্বত্রই রয়েছে।

জিপিএস কিভাবে কাজ করে?

Picture credit:henry perks

এটিকে সহজভাবে বলতে গেলে, জিপিএস হলো একটি সিস্টেম যার তিনটি মূল অংশ রয়েছে।সেগুলো হলো, উপগ্রহ, গ্রাউন্ড স্টেশন এবং রিসিভার।উপগ্রহগুলি আকাশে তারার মতো ছড়িয়ে ছিটয়ে রয়েছে।আমাদের পূর্বপুরুষরা তাদের অবস্থানটি অনুসন্ধান করার জন্য তারা ও নক্ষত্রগুলির একটি নির্দিষ্ট সময়ে নির্দিষ্ট স্থানে থাকার হিসেবে নির্ণয় করতো। ঠিক এভাবেই উপগ্রহগুলো নির্দিষ্ট অরবিটে অবস্থান করছে যেটি অবস্থান নির্ণয়ের জন্যে খুব গুরুত্বপূর্ণ।উপগ্রহগুলি সত্যই কোথায় আছে তা জানতে গ্রাউন্ড স্টেশনগুলি তার ইউজারদের ব্যবহার করে থাকে।

আপনার ফোনে বা আপনার গাড়িতে কোনও রিসিভার গ্রাউন্ড স্টেশন থেকে কতটা দূরে তা নির্ধারণের জন্য উপগ্রহগুলির সংকেত অনুসরণ করে থাকে।যখন গ্রাউন্ড স্টেশনগুলি জানতে পারে আপনার অবস্থান তখন তারা খুব নিখুঁতভাবে জানে,পায়ের প্রতিটি পদক্ষেপ,এমনকি ইঞ্চি পর্যন্ত নির্ভুলতার সাথে বলতে পারে!

জিপিএস সিস্টেমে ৩২ টি সক্রিয় উপগ্রহ পৃথিবীকে প্রদক্ষিণ করছে।এর মধ্যে ২৪ টি মূল উপগ্রহ এবং বাকী ৮ টি রিজার্ভ থাকে।যখন কোনটিতে সমস্যা হয় তখন জরুরি প্রতিস্থাপক হিসাবে কাজ করে।তাদের অবিচ্ছিন্ন রক্ষণাবেক্ষণ এবং কখনও কখনও মেরামত করা দরকার হয়।একটি উপগ্রহ মাত্র ১০ বছর স্থায়ী হয়।জিপিএস যে কোনও আবহাওয়া,বৃষ্টি বা বজ্রপাতেও নষ্ট হয়না তবে তার জন্যে গুরুত্বপূর্ণ শর্ত রয়েছে।নির্ভুল অবস্থান গণনা করতে পৃথিবীর কোনও রিসিভারকে কমপক্ষে ৪ টি উপগ্রহ দেখতে হবে কারণ জিপিএস ত্রিডি প্রক্রিয়া ব্যবহার করে অবস্থান নির্ণয় করে।

থ্রিডি প্রক্রিয়াটি কিভাবে কাজ করে?

থ্রিডি প্রক্রিয়ায় রিসিভারের অক্ষাংশ, দ্রাঘিমাংশ এবং উচ্চতা প্রয়োজন হয়।ছবিটির সাথে মিলিয়ে আমরা এখন বোঝার চেষ্টা করবো কিভাবে আমাদের অবস্থান নির্ণয় করে।যদি আমাদের জানা থাকে যে আমরা একটি উপগ্রহ 'A' থেকে ১৫ মাইল দূরে রয়েছি,তবে আমরা সেই স্যাটালাইটকে কেন্দ্র করে কাল্পনিক একটি গোলক আঁকি যার ব্যাসার্ধ ১৫ মাইল।আবার আমরা যদি স্যাটেলাইট 'B' থেকে ২০ মাইল দূরে থাকি তাহলে স্যাটেলাইট 'B' তেও একটি বৃত্ত অঙ্কন করি।এবার অন্য গোলকটি তৈরি করতে তৃতীয় স্যাটেলাইট থেকে দূরত্ব নিই এবং দেখতে পাব দুটি পয়েন্টে বৃত্তগুলো ছেদ করেছে।চতুর্থ গোলকের জন্য ওই স্যাটেলাইটকেই দূরত্ব নিতে দিন কারণ আপনি জানেন যে আপনি মাটিতে আছেন এবং কেবল দুটি সম্ভাব্য পয়েন্টের মধ্যে আপনি আছেন।আপনি যত বেশি উপগ্রহ ব্যবহার করবেন তত বেশি সঠিক অবস্থান আপনি নির্ণয় করতে পারবেন।

অরিজিনাল সাইন্টিফিক ক্যালকুলেটর কিনুন বিডি শপ থেকে।

গণনাগুলি সম্পাদন করে জিপিএস উপগ্রহগুলি কিছু সময় পরপর একটি জিপিএস রিসিভারের কাছে তাদের অবস্থান এবং বর্তমান সময় সম্পর্কে তথ্য প্রেরণ করতে থাকে।রিসিভার তথ্যগুলো একটি সংকেত আকারে পায়।জিপিএস রিসিভার দুটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় সনাক্ত করার জন্য জিপিএস উপগ্রহ থেকে রেডিও সংকেত বিশ্লেষণ করেঃ আপনার উপরের স্থানটিতে কমপক্ষে তিনটি উপগ্রহের অবস্থান,আপনার এবং সেই উপগ্রহের মধ্যবর্তী দূরত্ব।

আলোর গতিতে রেডিও তরঙ্গ ভ্রমণ করে থাকে।কতটুকু দূরত্ব অতিক্রম করেছে তা হিসেব করার জন্যে গ্রহীতা থেকে মহাশূন্য আবার মহাশূন্য থেকে পৃথিবীতে রেডিও তরঙ্গ-এর ভ্রমণের জন্য যে পরিমাণ সময় প্রয়োজন তা একজন গ্রহীতার গ্রহণ করতে হয় ।এটি এত সহজ বিষয় নয়। জিপিএস উপগ্রহগুলিতে পারমাণবিক ঘড়ি রয়েছে যা সবচেয়ে সুনির্দিষ্ট সময় প্রদান করে থাকে। তবে এই ঘড়িগুলি প্রতিটি রিসিভারে ইনস্টল করা অসম্ভব। প্রতিটি রিসিভারে এগুলির ব্যয় হবে প্রায় ৪২ লক্ষ ৩৮ হাজার ২ শত ৪৯ টাকা থেকে ৮৫ লক্ষ ৬৬ হাজার ৪ শত ৯৮ টাকা।যা আমাদের ফোনটিকে সত্যই ব্যয়বহুল করে তুলবে।সুতরাং,আমাদের কাছে যে সাধারণ কোয়ার্টজ ঘড়ি রয়েছে যা সুনির্দিষ্ট সময় পেতে নিজেকে সবসময় আপডেট করে রাখে।

দ্বিতীয় জটিলতা হলো মাধ্যাকর্ষণ থেকে অনেক দূরে থাকা বস্তুর জন্য সময় দ্রুত গতিতে চলে যা আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্বের মতো।উপগ্রহের পারমাণবিক ঘড়িগুলি প্রতিদিন গ্রাউন্ড ক্লকগুলির চেয়ে ৩৮ টি মাইক্রোসেকেন্ড বেশি পায়। বিজ্ঞানীরা যদি এ সম্পর্কে কিছু না করতেন তবে জিপিএসের অবস্থানগুলি প্রতিদিন ৬ মাইল দূরে বন্ধ হয়ে যেত। কমপক্ষে চারটি উপগ্রহ ব্যবহার করা উভয় সমস্যার সমাধান করতে এবং বস্তুর যথাযথ অবস্থান নির্ধারণে সহায়তা করে।আপনি যখন মাত্র তিনটি উপগ্রহ এবং তিনটি ক্ষেত্র ব্যবহার করে হিসেব করতে যাবেন তখন ভুল অবস্থান দেখাবে। যখন আপনার চারটি গোলক থাকবে তখন কোনও ভুল হওয়ার সুযোগ আপনি পাবেন না।

আর একটি বিষয়, কেবল গ্রহকের কাছ থেকে স্যাটেলাইটগুলি কত দূরে রয়েছে তা জানা গুরুত্বপূর্ণ নয়, তবে উপগ্রহটি ঠিক কোথায় অবস্থিত এটি জানা বেশি গুরুত্বপূর্ণ। এই কাজটি আসলে তেমন কঠিন কোন কাজ নয়, কারণ উপগ্রহের ভবিষ্যদ্বাণীমূলক কক্ষপথ রয়েছে।রিসিভারে একটি জিপিএস প্যানারও রয়েছে যা উপগ্রহের যে কোনও মুহুর্তের অবস্থান ট্র্যাক করতে পারে।

চাঁদ এবং সূর্যের কারণে কক্ষপথগুলো কিছুটা ক্ষতিগ্রস্ত হয় কিন্তু প্রতিরক্ষা বিভাগ এটির নিয়মিত যত্ন নেয় এবং স্যাটেলাইট সিগন্যালের পাশাপাশি সমস্ত জিপিএস গ্রহণকারীদের কাছে হালনাগাদ তথ্য প্রেরণ করে।জিপিএস কেবলমাত্র ব্যক্তি এবং বস্তুর সর্বাধিক সঠিক অবস্থান নির্ধারণ করে না, এমন সময় সংকেত প্রেরণ করে যা সেকেন্ডের দশ বিলিয়নতমের মধ্যে সঠিক।আমরা জিপিএস স্যাটেলাইটের মতো পারমাণবিক ঘড়ি থেকেও আরও সঠিক সময় পেতে পারি।

ব্যাংকিং সিস্টেম,পাওয়ার গ্রিড এবং সেলুলার নেটওয়ার্কগুলি সঠিকভাবে টাইমস্ট্যাম্পড লেনদেনের সিঙ্ক্রোনাইজড কল,হ্যান্ডঅফগুলি থেকে ক্রিয়াকলাপের জন্য জিপিএস এর উপর নির্ভর করে থাকে।যদিও জিপিএস অবিশ্বাস্যরূপে নির্ভুল এবং কার্যকর,কখনও কখনও জিপিএস মানুষকে সন্দেহজনক জায়গায় নিয়ে যায়,বিশেষত গ্রামীণ অঞ্চলে।