الأنترنت

ماهو نظام GPS و كيف يعمل

ماهو نظام GPS و كيف يعمل

النظام العالمي لتحديد المواقع

1)نظام التموضع العالمي“، ويكيبيديا, اطّلع عليه بتاريخ 08-9-2019.

ماهو نظام GPS و كيف يعمل – نظام التموضع العالمي (Global Positioning System) ويرمز له (GPS) هو نظام ملاحة عبر الأقمار الصناعية يقوم بتوفير معلومات عن الموقع والوقت في جميع الأحوال الجوية في أي مكان على أو بالقرب من الأرض حيث هناك خط بصر غير معاق لأربعة أو أكثر من أقمار الGPS.

يوفر النظام قدرات مهمة للمستخدمين العسكريين والمدنيين والتجاريين في جميع أنحاء العالم. أنشأت حكومة الولايات المتحدة النظام وهي التي تحافظ عليه وجعلت الوصول له مجاني لأي شخص لديه جهاز استقبال GPS.

بدأت الحكومة الأمريكية مشروع الGPS في 1973 للتغلب على قيود نظام الملاحة السابق، حيث دمجت أفكار سابقة من ضمنها دراسات هندسية سرية من ستينات القرن الماضي. وزارة الدفاع الأمريكية هي التي طورت النظام، الذي استعمل في الأصل 24 قمراً صناعي. اصبح النظام يعمل بشكل كامل في 1995. وقد أدى التقدم في التكنولوجيا والمطالب جديدة على النظام القائم إلى تحديث نظام الGPS وتنفيذ الجيل القادم وهو ال GPS III.

إضافة إلى الGPS، هناك أنظمة أخرى تستخدم أو قيد التطوير. نظام الملاحة الروسي (غلوناس) أنشئ بالتزامن مع الGPS، لكنه عانى من تغطية ناقصة للكرة الأرضية حتى منتصف عقد ال2000. هناك أيضاً نظام غاليليو للتموضع التابع للاتحاد الأوربي (مكون من 30 قمر صناعي، 24 قمرًا في الخدمة و 6 احتياط[محل شك]) بدأ في تقديم خدماته في 2015 ومن المتوقع أن يعمل بشكل كامل بحلول 2020.

كيف يعمل نظام (GPS)

2)ما هو جي بي اس“، store.darmoja.com, اطّلع عليه بتاريخ 08-9-2019.

ماهو نظام GPS و كيف يعمل ! – تدور الاقمار الصناعية حول الارض مرتين في اليوم في مسار دقيق جداً و تقوم بنقل معلومات الاشارة الى الأرض. يقوم جهاز استقبال اشارة الاقمار بأخذ المعلومات و استخدام تقنية التثليث لتحديد موقع المستخدم بدقة. يقوم جهاز الاستقبال بالمقارنة بين الوقت الذي تم فيه ارسال الاشارة من القمر الصناعي مع الوقت الذي تم استقبالها منه, و فرق الوقت يحدد لمستقبل الاشارة كم يبعد القمر الصناعي. بعد ان يقوم جهاز الاستقبال بجمع قياسات للمسافة من عدة اقمار, يمكنه تحديد موقع المستخدم و عرض موقعه على الخريطة الالكترونية الموجودة في جهازه.

ليتمكن جهاز الاستقبال من عرض موقع المستخدم و تعقب حركته بطريقة ثنائية الابعاد (خطوط الطول و العرض), يجب عليه ان يستقبل اشارات من 3 اقمار صناعية كحد ادنى. عندما يستقبل اشارات من 4 اقمار و اكثر, يمكنه عرض موقع المستخدم بطريقة ثلاثية الابعاد (خطوط الطول و العرض و الارتفاع) و بالتالي يمكنه عرض معلومات اضافية مثل السرعة, مسافة الرحلة, المسافة الى الغاية, وقت شروق الشمس و غروبها, و الكثير غيرها.

استخدامات ال GPS

يستخدم اليوم النظام في تطبيقات مدنية أخرى على سبيل المثال:

  • توجيه الطائرات المدنية والملاحة البحرية.
  • الاستخدام الشخصي كالرياضة والنزهة.
  • أنظمة ملاحة السيارات وإرشاد السائق إلى الهدف.
  • كما أن للنظام تطبيقات في ميدان الجيولوجيا والجيوديسيا وقياسات التصدعات الأرضية وحركة القارات.

طريقة عمل الجي بي أس

يتكون نظام تحديد الموقع من 24 قمر صناعي تحوم حول الأرض على ارتفاع 20200 كيلومتر. يقوم قمر صناعي ببث إشارة تحمل موقعه أي موقع القمر الصناعي كما تحمل توقيت أو لحظة بث الإشارة بدقة عالية مرجعها إلى ساعة ذرية بالغة الدقة.

يقوم جهاز الاستقبال باستقبال الإشارات القادمة من القمر الصناعي، وعن طريق مقارنة توقيت وصول الإشارة وتوقيت بثها يمكن للجهاز معرفة زمن انتقال الإشارة وبالتالي حساب المسافة بين القمر الصناعي وجهاز الاستقبال , وباستقبال ثلاث إشارات من ثلاث أقمار مختلفة فإن نقطة تقاطعهم تحدد موقع جهاز الاستقبال.

وبزيادة عدد الأقمار المرصودة يمكن لجهاز الاستقبال تصحيح بعض الأخطاء المرتبطة بطريقة الحساب وبالتالي زيادة دقتها.

أساس عمل الجي بي أس GPS

يحسب جهاز استقبال الجى.پى.إس موقعه عن طريق حساب توقيت الإشارات التي يتم إرسالها من أقمار الجى.پى.إس الموجودة على ارتفعات نحو 36.000 كيلومتر فوق سطح الأرض. يرسل كل قمر رسائل متتالية تضم التالي:

  • وقت إرسال الرسالة
  • المعلومات المدارية الدقيقة ephemeris
  • السلامة العامة للنظام والمدارات العليلة لكل أقمار الجى.پى.إس almanac.

يستخدم جهاز الاستقبال الرسائل التي يستقبلها في تحديد وقت انتقال كل رسالة من القمر الصناعي إلى الجهاز المستقبل على الأرض. ويحسب المسافات بينه وبين كل قمر صناعي.

تستخدم هذه المسافات، مع مواقع الأقمار ، ومع استخدام حساب المثلثات لحساب موقع جهاز الإرسال:أستقبال. فيتم إظهار الموقع على الجهاز المستقبل – ربما ببيان خريطة متحركة ، أو تعيين خطوط الطول ودوائر العرض ، ويمكن إدراج معلومات عن الارتفاع عن سطح البحر.

تُظهر وحدات جى.پى.إس عديدة المعلومات ، معلومات مشتقة مثل: الاتجاه ، والسرعة – محسوبة من خلال تغيرات الموقع. ربما يبدو من الوجهة النظرية أن ثلاثة أقمار صناعية تكون كافية لتحديد أي موقع على الأرض ، وهذا لأن الفراغ يتكون من ثلاثة أبعاد.

ولكن أي خطأ ولو بسيط جداً يحدث في تقدير المسافات الزمنية ، عندما يتم ضرب الثلاثة أزمنة في سرعة الضوء العظيمة – وهى السرعة التي تنتشر بها الإشارات الكهرومغناطيسية للاقمار الصناعية – تتسبب في خطأ كبير في تحديد الموقع. لهذا تستخدم أجهزة الاستقبال أربعة أقمار صناعية أو أكثر لتحدد موقع جهاز الاستقبال بدقة.

إن الوقت المحسوب بدقة شديدة تخفيه تطبيقات الجى.پى.إس – التي تحدد الموقع فقط. ولكن هناك بعض تطبيقات الجى.پى.إس المتخصصة التي تستخدم لتعيين الوقت بدقة ، مثل: “نقل الوقت”، وضبط توقيت إشارات المرور، ومزامنة محطات الهاتف النقال الرئيسية.

رغم الحاجة إلى أربعة أقمار صناعية للقيام بالعمل بشكل الطبيعى؛ يمكن استخدام عددا أقل في حالات خاصة – فإذا كان أحد المتغيرات معلوماً بالفعل يمكن لجهاز الاستقبال تحديد موقعه باستخدام ثلاثة أقمار صناعية فقط (مثلاً: يمكن أن تكون السفينة أو الطائرة قد حددت ارتفاعها عن سطح البحر).

تستخدم بعض أجهزة استقبال الجى.پى.إس أدلة أو افتراضات إضافية ، (مثل: إعادة استخدام آخر ارتفاع تم الحصول عليه ، والقياس بالحدس اعتماداً على قياس سابق ، والملاحة بالقصور الذاتي ، وإدراج معلومات حاسب المركبة) من أجل إعطاء حساب غير دقيق للموقع عندما يكون عدد الأقمار الصناعية المرئية أقل من أربعة أقمار.

مصادر الأخطاء لإشارة القمر الصناعي الملاحي

3)مصادر الأخطاء لإشارة القمر الصناعي الملاحي“، store.darmoja.com, اطّلع عليه بتاريخ 08-9-2019.

يمكننا تلخيص العوامل التي تؤثر على قوة اشارة الاقمار و التخفيف من دقتها كالتالي:

  • تأخير الغلاف الأيوني و الغلاف الجوي المنخفض: تصبح إشارة القمر الصناعي بطيئة لأنها تمر عبر الغلاف الجوي. يستخدم نظام تحديد المواقع نموذج مدمج يقوم بحساب معدل التأخير لتصحيح هذا النوع من الخطأ جزئيا.
  • تعدد مسارات الإشارة: يحدث هذا عندما تنعكس إشارة تحديد المواقع عن بعض الأجسام مثل المباني العالية أو الأسطُح الصخرية الكبيرة قبل أن تصل إلى جهاز الاستقبال. هذا يزيد من الوقت الذي يستغرقه مسار الإشارة، مما يسبب الأخطاء
  • اخطاء ساعة مستقبل الاشارة: الساعة المدمجة في مستقبل الاشارة ليست دقيقة كالتي موجودة في اقمار تحديد المواقع. لذلك، قد يوجد أخطاء طفيفة في التوقيت.
  • أخطاء المسار الفضائي: و يُعرف أيضا بأخطاء التقويم الفلكي، و هي معلومات غير دقيقة حول موقع القمر الصناعي.
  • عدد الأقمار الصناعية المرئية: كلما زادت عدد الأقمار الصناعية التي يمكن لجهاز الاستقبال رؤيتها, كلما زادت الدقة. المباني, التضاريس، تدخل الموجات الإلكترونية، أو في بعض الأحيان حتى أوراق الشجر الكثيفة يمكنها منع استقبال الإشارة، مما تسبب في أخطاء الموقع أو ربما عدم قراءة الموقع على الإطلاق. عادة احهزة تحديد المواقع لا تعمل في الداخل، تحت الماء أو تحت الأرض.
  • هندسة الاقمار الصناعية: هذا يشير الى مواقع الاقمار الصناعية في فترة زمنية. الهندسة المثالية تتم عندما تقع الأقمار الصناعية في زوايا واسعة بالنسبة لبعضها البعض. تكون الاشارة ضعيفة عندما تقع الأقمار الصناعية في خط واحد أو في تجمع متقارب من بعضه.

ماهو نظام GPS و كيف يعمل

المصادر و المراجع   [ + ]

1.نظام التموضع العالمي“، ويكيبيديا, اطّلع عليه بتاريخ 08-9-2019.
2.ما هو جي بي اس“، store.darmoja.com, اطّلع عليه بتاريخ 08-9-2019.
3.مصادر الأخطاء لإشارة القمر الصناعي الملاحي“، store.darmoja.com, اطّلع عليه بتاريخ 08-9-2019.
السابق
يوشع بن نون
التالي
الجن طعامه واشكاله وصفاته