مخابرات ماهواره ای (Satellite Communication )

به صورت کلی اگه ارتباط بین دو ایستگاه زمینی از طریق یه ماهواره انجام بشه ، به این ارتباط «مخابرات ماهواره ای» (Satellite Communication) میگن .

اگه بخوایم بیشتر توضیح بدیم ، اول از همه باید بدونیم ماهواره مخابراتی چی هست ؟

ماهواره‌ مخابراتی ، با استفاده از فرکانس‌های رادیویی و میکروویو ، سیگنال‌های مخابراتی رو از نقطه‌ای از زمین دریافت میکنه ، و بعد از تقویت سیگنال ها با کمک دستگاهی به نام ترانسپوندر اونا رو به نقطه دیگری از زمین می‌فرسته.
یعنی ماهواره مخابراتی واسطه ای بین فرستنده سیگنال و گیرنده اون به حساب میاد و یه شبکه ارتباطی به وجود میاره

کار ترانسپوندر چیه ؟

خودِ کلمه transponder ترکیبی از دو کلمه transmitter-responder (فرستنده-پاسخ دهنده) است.
گفتیم که ترانسپوندر یه دستگاهیه که سیگنالی که از فرستنده میگیره رو تقویت می‌کنه و فرکانس اونو تغییر میده و برای گیرنده ارسال میکنه.
چرا ؟
علت تغییر فرکانس سیگنال ارسالی نسبت به سیگنال دریافتی، جلوگیری از تداخل بین این دو سیگناله. این روش سعی داره که سیگنال‌ها با هم اشتباه نشن و به هم برخورد نکنن تا از اختلالات ناخواسته حین انتقال اطلاعات جلوگیری شه

در کل ماهواره های مخابراتی چه فایده ای برامون دارند و کجا ازشون استفاده میشه ؟

از این نوع ماهواره‌ها معمولا در تلویزیون، تلفن، رادیو، اینترنت و کاربردهای نظامی استفاده می‌شه .
مزایاش‌ :
۱ . منطقه تحت پوشش ماهواره بیشتر از سیستم های زمینی است
۲ . هر گوشه از زمین رو میتونه دربربگیره
۳ . هزینه انتقال ، مستقل از منطقه تحت پوششه
۴ . پهنای باند بیشتر و امکان پخش بالایی داره

ساده تر بگیم ؛ ارتباط بین ایستگاه‌های مخابراتی زمینی از طریق ماهواره خیلی ساده تر برقرار می‌شه ‌. چون ماهواره ها در ارتفاع مشخصی بالاتر از زمین هستند و میتونند به محدودیت مخابرات بین دو ایستگاه زمینی که ناشی از انحنای کره زمین هست ، غلبه کنند.
پس اگه از ماهواره‌های مخابراتی استفاده کنیم ، نیازی نیست که از آنتن‌های واسطه استفاده بشه یا اینکه تعداد کمتری لازم میشه

می‌تونیم ماهواره مخابراتی رو نوعی تکرارگر یا اصطلاحا ریپیتر (Repeater) در نظر بگیریم که سیگنال‌های دریافتی از سوی فرستنده رو قبل از ارسال برای گیرنده، تقویت می‌کنه تا مسافت بیشتری را پوشش بده .

حالا Repeater یعنی چی؟
تکرارگر یا ریپیتر دستگاهیه که سیگنال‌های فرستنده رو تکرار و در نتیجه نوسازی و تقویت می‌کند تا پیش از رسیدن به مقصد، تضعیف نشن

ما که یه قمر طبیعی( کره ماه ) رو داشتیم ، چرا فرستنده‌ها و گیرنده‌های مخابراتی به‌جای این که در ماهواره‌ها نصب شوند، روی کره ماه نصب نشدند ؟

اولین دلیلش اینه که کره ماه خیلی از زمین دوره .اگه آنتن‌های فرستنده و گیرنده روی ماه کار گذاشته می‌شد، تبادل سیگنال بین زمین و ماه طول می‌کشید و ارتباطات رو با تاخیر مواجه می‌کرد .
همچنین باعث می‌شد که سیگنال ها قبل از رسیدن به زمین تضعیف بشن
در صورتیکه قبلا هم اشاره کردیم ، علت بهره‌گیری از ماهواره‌های مخابراتی تقویت سیگناله ‌.
یه دلیل دیگه اش اینه که موقعیت ماهواره‌های مخابراتی و رادیویی و تلویزیونی همواره نسبت به نقطه خاصی از زمین ثابته اما موقعیت ماه نسبت به زمین پیوسته در حال تغییره .
لذا حتی اگه پیشرفت فناوری، مشکل های قبل رو حل می‌کرد ؛ بازم تغییر مداوم موقعیت زمین و ماه که یه اتفاق طبیعی ایه ، اجازه نمی‌داد که از ماه حداقل توی یه سری از حوزه‌های کاربردی ارتباطات بتونیم بدون چالش و دردسر استفاده کنیم

منظور از ردپا (Footprint) یا سایه ماهواره در ماهواره های مخابراتی چیست؟

ماهواره سیگنال رو به ناحیه خاصی از زمین ارسال می‌کنه که بهش اصطلاحا ردپا (Footprint) می‌گویند. به عبارت دیگر، Footprint محدوده ای از زمینه که سیگنال یک ماهواره اونجا دریافت میشه.
قدرت سیگنال در مرکز این ناحیه بیشتر از نقاط دیگه است و هرچه از Footprint دورتر بشیم ، قدرت سیگنال کمتر میشه

فناوری های مکانی یعنی چی ؟

به فناوری هایی که همراه با جمع آوری، مدیریت و پردازش و نگهداری داده هاییه که به زمین مرتبط اند ، فناوری های مکانی می گوییم.
در واقع فناوری مکانی، یک زمینه مطالعاتی جدید شامل  GPS، RS ، GIS و سیستم های موقعیت یابی هست که به ما کمک می کنه تا داده هایی رو به دست بیاریم که مربوط به زمین اند و برای تحلیل، مدل سازی، شبیه سازی و نمایش نتایج، مورد استفاده قرار می گیرند.

سیستم اطلاعات جغرافیایی( Geographic Information System) یا GIS چیست؟

گفتیم که یکی از انواع فناوری های مکانی GIS هست . GIS یک سیستم اطلاعاتی کامپیوتری برای مدیریت اطلاعات جغرافیاییه که توانایی گردآوری داده ها ، ذخیره، آنالیز و نمایش ترسیمی یا نموداری این اطلاعات رو داره .

کاربرد GIS چیه ؟

هدف نهایی یک سیستم اطلاعات جغرافیایی، پشتیبانی برای تصمیم‌گیری‌های پایه‌گذاری‌شده بر پایه داده‌های جغرافیایی هست و عملکرد اساسی اون به دست آوردن اطلاعاتی است که از ترکیب لایه‌های متفاوت داده‌ها با روش‌های مختلف و دیدگاه‌های گوناگون به دست میان

سنجش از دور یا RS چیست ؟

سنجش از دور (Remote Sensing) یکی دیگر از انواع فناوری مکانی هست که با استفاده از سنسورها و دستگاه‌هایی که توانایی دریافت اطلاعات از فاصله دور رو دارند ، اطلاعاتی رو درباره محیط زمین و سایر سیستم‌های نجومی جمع‌آوری و تحلیل می‌کنه.
این تکنیک دارای ۴ نوع اصلی سنسوره :
سنسور های غیر فعال شامل چند طیفی و فراطیفی
و سنسور های فعال شامل LiDar و رادار

سنسور های غیرفعال نور خورشید انعکاس یافته رو که قبلا از خورشید تابیده شده، اندازه گیری میکنند.
سنسور های فعال منبع نور یا روشنایی خودشون رو دارند و انرژی بازتاب شده رو اندازه گیری می‌کنند.

در سنسورهای فعال اصطلاحی وجود داره به نام backscatter
یعنی چی ؟

در سنسور فعال، پالس هایی به سمت زمین ارسال میشه ، برخورد میکنه ، سپس بازتاب میشه و مجددا به سمت سنسور بازگشته و ثبت می شود. به این پالس یا امواج برگشتی backscatter گفته میشه.

در دو تصویر پایین نمونه هایی از تصاویر سنسور فعال (راداری) و سنسور غیرفعال مثل لندست رو مشاهده میکنید

میبینید که تصویر حاصل از هر نوع سنسور نمایش متفاوتی داره . تصاویر سنسور های راداری به صورت سیاه و سفیدند و هر رنگی نمایانگر یک پدیده است. مثلا در تصویر راداری بالا ، رنگ سیاه ، آب رو نشون میده.

در تصویر بالا میتونیم خیلی کامل تر تفاوت بین چهار نوع اصلی سنسور از راه دور رو بررسی کنیم :

سنسور های غیرفعال ( مثل چند طیفی و فراطیفی) خودشون تشعشع نمی‌کنند، اما سنسور های فعال ( مانند LiDAR و رادار) خودشون تشعشع رو انجام میدن
همچنین حالت‌های غیرفعال با تعداد باندهایی که در اون تابش رو اندازه‌گیری می‌کنند، متمایز می‌شوند.
در حالی که حالت‌های فعال با طول موج تابشی که ساطع می‌کنند، متمایز می‌شوند.

نقشه‌برداری در سیستم‌های اطلاعات مکانی (GIS) :

در این فرآیند ، ابتدا اطلاعات مکانی ( داده‌های جغرافیایی، تصاویر ماهواره‌ای، داده‌های سنجش از دور و...) جمع‌آوری و در سیستم GIS وارد میکنند و سپس با استفاده از ابزارهای GIS، در قالب نقشه‌ها و لایه‌های جغرافیایی مناسب نمایش داده میشن
این نقشه‌ها و لایه‌ها می‌تونند مرزها، جاده‌ها، رودخانه‌ها، محدوده‌های زمینی، پوشش گیاهی، نقاط مهم و موارد دیگری باشند

دستگاه های GPS یا Global Positioning System به معنای “سامانه موقعیت‌یاب جهانی” است. این سیستم یک شبکه از سنسورها، سیستم ماهواره‌ای و دستگاه‌هاست که برای تعیین موقعیت جغرافیایی و زمان به صورت دقیق در سراسر جهان استفاده میشه

اطلاعات مکانی ماهواره ای از دستگاه‌های GPS جمع‌آوری و به عنوان منابع مکانی در سیستم GIS استفاده می‌شوند‌.
استفاده از GPS در GIS به دو شکل اصلی انجام می‌شه:
۱. جمع آوری داده های GPS:

دستگاه‌های GPS میتونند سیگنال رو از  ماهواره‌های GPS بگیرند و موقعیت جغرافیایی دقیق خودشونو تعیین کنند. با استفاده از این دستگاه‌ها میشه اطلاعات مکانی محیط‌های مختلف رو جمع‌آوری کرد .
این داده‌های GPS سپس به عنوان لایه‌های مکانی در سیستم GIS وارد میشن که برای تحلیل و نمایش در نقشه‌ها استفاده بشن

۲ .همبستگی GPS با داده‌های GIS:

اطلاعات GPS می‌تونه با داده‌های GIS ای که از قبل داشتیم ترکیب بشه تا اطلاعات مکانی کاملتری به دست بیاد. مثل ترکیب داده‌های GPS با داده‌های نقشه‌ها، تصاویر ماهواره‌ای و منابع مکانی دیگر.
همچنین، با استفاده از داده‌های GPS میشه موقعیت دقیق و تغییرات زمانی رو در طول زمان ردیابی کرد و نقشه‌ها و لایه‌های زمانی GIS رو بهبود بخشید‌.

مدیریت پایگاه داده (Database Management) در GIS :

پایگاه داده در GIS شامل تمامی داده‌های مکانی و غیرمکانی مربوط به یک سازمان یا پروژه GIS است. این داده‌ها شامل لایه‌های جغرافیایی، نقشه‌ها، تصاویر ماهواره‌ای، داده‌های سنجش از دور و ... است .
مدیریت پایگاه داده در GIS شامل عملیات طراحی، ایجاد، مدیریت، به روزرسانی و استفاده از پایگاه داده مکانی میشه که به تضمین دسترسی، دقت، امنیت و کارایی داده‌ها در سیستم GIS کمک میکنه

منظور از طراحی پایگاه داده GIS چیست ؟
این عملیات شامل تعریف ساختار داده‌ها، تعیین جداول، روابط و فهرست‌هاست. این طراحی باید با استفاده از استانداردها صورت بگیره تا داده‌ها به درستی ذخیره بشن و قابل بهبود باشند

جمع آوری و ورود داده ها (Data Collection) :

داده‌های مکانی ممکنه از منابع مختلفی مثل نقشه‌ها، تصاویر ماهواره‌ای، سنسورها، دستگاه‌های GPS و غیره به دست بیاد .
فرآیندهای جمع‌آوری داده‌ها به‌عنوان جمع‌آوری داده، اتوماسیون داده، تبدیل داده، انتقال داده، ترجمه داده‌ها و دیجیتالی‌سازی نیز شناخته می‌شوند.

مدیریت و به روزرسانی داده‌ها:
پایگاه داده GIS باید توسط یک سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) مدیریت بشه . این شامل ایجاد جداول، افزودن، حذف و به روزرسانی داده‌هاست. همچنین، برنامه‌های جانبی می‌تونند برای انجام عملیات پیچیده‌تری مانند تحلیل‌ها و استعلام‌ها بر روی داده‌ها استفاده بشه .

امنیت داده‌ها در پایگاه داده GIS:
در پایگاه داده GIS دسترسی به داده‌ها باید محدود باشه و مکانیزم‌های امنیتی مثل رمزنگاری و احراز هویت باید پیاده‌سازی شه

Point to Multipoint Communication (P2MP, PTMP or PMP)

آنتن یک به چند (P2MP) یه نوع فرستنده شبکه است که برخلاف آنتن یک به یک ( P2P) وظیفه متصل کردن چندشعبه به یک مرکز رو داره .
این آنتن نوع متمایزی از اتصال های one_to_many است .
مخابرات نقطه به چند نقطه به طور معمول در اینترنت بی سیم و تلفن IP از طریق فرکانس های رادیویی گیگاهرتز استفاده میشه

سیستم P2MP چطور کار میکنه ؟

نحوه استفاده از سیستم P2MP  به این صورته که فرستنده آنتن یک به چند رو در مرکز قرار میده و در نقاط دیگر (شعبه ها) آنتن‌های نوع یک قرار میگیرند و جهت این آنتن‌های نوع یک رو به سمت آنتن مرکزی تنظیم میکنند .

در عکس زیر طریقه قرار گیری این سیستم رو میتونید مشاهده کنید

حالا یه سوال
به نظر شما چطور میتونیم امنیت پایگاه داده رو توی gis بهتر کنیم؟

منابع :

1. Satelite Communication by Timothy Pratt , 1989

2. Introduction to Satellite Communication by Bruce Elbert

3.https://en.m.wikipedia.org/wiki/Communications_satellite

4.https://en.m.wikipedia.org/wiki/Geographic_information_system