نظام التموضع العالمي

(تم التحويل من نظام تموضع عالمي)
GPS Block II-F satellite in orbit
ملف:Garmin-Legend-C blue.jpg
أحد الأجهزة التي تعمل بنظام نظام تحديد الموقع العالمي (جي بي أس), و يستخدم في تحديد الموقع الجغرافي

نظام تحديد الموقع العالمي بالإنگليزية: Global Positioning System أو جي بي أس بالإنگليزية: GPS. عادة ماتستعمل لفظة جي بي أس للإشارة إلى النظام الموضوع من قبل الولايات المتحدة الأمريكية NAVSTAR-GPS. NAVSTAR-GPS هي اختصار ل Navigational Satellite Timing and Ranging - Global Positioning System و هو نظام تحديد المواقع العالمي التابع لوزارة الدفاع الأمريكية و الذي تقوم عليه معظم التطبيقات المدنية المعروفة. دخل نظام تحديد المواقع العالمي الأمريكي نطاق الخدمة في 17.07.2007 إلا أنه ليس الوحيد من نوعه عالمياً فهناك عدة أنظمة مماثلة مثل النظام الروسي غلوناس Glonass أو النظمة قيد التطوير والبحث مثل غاليليو في أوروبا وبعض الأنظمة المشابهة في الصين والهند واليابان.

التطبيقات

حركة أقمار نظام جي بي إس حول الأرض ، تكفي اشارات ثلاثة أقمار لتحديد الموقع على الأرض.

كانت التطبيقات الأولى لنظام تحديد المواقع عسكرية بحتة. حيث كان يستعمل في الأسلحة الموجهة أو ما يسمى بالأسلحة الذكية وفي الملاحة البحرية والجوية العسكرية. وقد استخدمه البنتاجون في تحريك القوات الأمريكية خلال الهجوم على العراق ولا تزال تستخدمة في العراق وأماكن أخرى . وسيتخدم اليوم النظام في تطبيقات مدنية أيضاً. في توجيه الطائرات المدنية والملاحة البحرية . و أصبحت في الأسواق أجهزة استقبال جي بي إس للاستخدام الشخصي ، ودخلت التقنية إلى بعض الهواتف المحمولة الحديثة ، ووجدت شعبية كبيرة في أنظمة ملاحة السيارات و إرشاد السائق إلى الهدف. كما أن للنظام تطبيقات في ميدان الجيولوجيا وقياسات التصدعات الأرضية و حركة القارات ، بالإضافة إلى إمكانية استعماله لتحديد سرعة العربات . ويمكن استعماله لتحديد مواقع اللآلات الفلاحية في الحقول الكبيرة. و توجد فوارق في دقة نظام تحديد المواقع العالمي حيث أن التطبيقات العسكرية أكثر دقة من الجي بي أس المدني الذي يمكن من الوصول إلى دقة بضعة أمتار (نحو 10 مترا). حيث أن الولايات المتحدة الأمريكية كانت تقوم عمدا بالتشويش على إشارات الجي بي أس لمنع استعماله مدنيا و الحد من جودتها في التطبيقات المدنية ، إلا أنها يبدو أنها توقفت عن ذلك منذ سنة 2000 موجهة التركيز على التشويش على رقع جغرافية محدودة. و تبث الأقمار الصناعية الأمريكية بتدفق قدره 50 بت في الثانية على موجتين:

  • الموجة للاستعمال المدني بذبذبة قدرها 1575,42 MHz
  • الموجة للاستعمال العسكري بذبذبة قدرها 1227,6 MHz

شرح مبسط لطريقة عمل الجي بي أس

يتكون نظام تحديد الموقع من 24 قمر صناعي تحوم حول الأرض على ارتفاع 19000 كيلومتر . يقوم قمر صناعي ببث إشارة تحمل موقعه أي موقع القمر الصناعي كما تحمل زمن أو لحظة بث الإشارة ، حيث يعين كل قمر صناعي منها زمنه بواسطة ساعة ذرية بالغة الدقة . يقوم جهاز الاستقبال باستقبال ثلاث إشارات قادمة من ثلاثة أو أكثر من تلك الأقمار الصناعية ، وعن طريق تسجيله لحظة الإستقبال و سرعة انتقال الموجة أو الإشارة فإنه يمكنه أن يحدد المسافة التي تفصله عن القمر الصناعي (ليس الموقع). والآن باستقبال ثلاث إشارات من ثلاث أقمار مختلفة فإن نقطة تقاطعهم تحدد موقع جهاز استقبال . لهذا السبب فإنه لتحديد موقع شيء ما فإن نظام جي بي أس يحتاج نظريا إلى 3 أقمار صناعية على الأقل.

هذا نظرياً. النقطة التي تجعل عمليا يجب دائما الإستعانة بقمر صناعي رابع هو أن طريقة تحديد لموقع هذه تحتاج إلى ساعة عالية الدقة (ساعة ذرية). عمليا لا يمكن و لا يحبذ من منطلق اقتصادي تزويد أنظمة إستقبال الجي بي أس بساعات ذرية. لذلك فإن مستقبلات الجي بي أس عمليا لا يمكنها تحديد لحظة الإستقبال بالهاردوير بل تستعين بإشارة رابعة من قمر صناعي رابع لحساب زمن الإستقبال. وفي ما يلي بعض المعادلات الرياضية التي توضح هذه العملية.

نموذج رياضي مبسط لنظام تحديد المواقع

إذا كان المستقبل موجود في الإحداثيات x_0,~y_0,~z_0 و بمعرفة أن سرعة إنتشار الإشارة ثابتة (سرعة الضوء) و أن الإشارة تنتشر خطيا على خط مستقيم بين القمر الصناعي والمستقبل .

و إذا سلمنا أن الاٌقمار الصناعية الأربعة الباثة موجودة في الإحداثيات x_n,~y_n,~z_n وأنها تبث في اللحظة t_n موقعها و لحظة البث. فإننا نحصل على المعادلات الأربع التالية:


\begin{matrix}
(x_1 - x_0)^2 + (y_1 - y_0)^2  + (z_1 - z_0)^2 = [c (t_1 - t_0)]^2 \quad (1)\\
(x_2 - x_0)^2 + (y_2 - y_0)^2  + (z_2 - z_0)^2 = [c (t_2 - t_0)]^2 \quad (2)\\
(x_3 - x_0)^2 + (y_3 - y_0)^2  + (z_3 - z_0)^2 = [c (t_3 - t_0)]^2 \quad (3)\\
(x_4 - x_0)^2 + (y_4 - y_0)^2  + (z_4 - z_0)^2 = [c (t_4 - t_0)]^2 \quad (4)\\
\end{matrix}

حيث c هي سرعة انتشار الإشارة (سرعة الضوء) وذلك لتحديد المجهولات الثلاث x_0,~y_0,~z_0 أي موقع المستقبل والمجهول الرابع t_0 أي لحظة الإستقبال دون الحاجة لساعة ذرية. الشريف

الأقمار الصناعية المستعملة

يستعمل نظام الجي بي أس الأمريكي عدة أقمار صناعية نذكرها في الجدول أسفله:

القمر الصناعي الموقع تاريخ الإطلاق SVN PRN Space Command catalog number NSSDC international designator Typ
NAVSTAR 22 (USA 66) E5 26.11.1990 23 32 20959 1990-103A IIA
NAVSTAR 23 (USA 71) D5 04.07.1991 24 24 21552 1991-047A IIA
NAVSTAR 24 (USA 79) A5 23.02.1992 25 25 21890 1992-009A IIA
NAVSTAR 26 (USA 83) F5 07.07.1992 26 26 22014 1992-039A IIA
NAVSTAR 27 (USA 84) A4 09.09.1992 27 27 22108 1992-058A IIA
NAVSTAR 28 (USA 85) F6 22.11.1992 32 1 22231 1992-079A IIA
NAVSTAR 32 (USA 91) C5 13.05.1993 37 7 22657 1993-032A IIA
NAVSTAR 33 (USA 92) A1 26.06.1993 39 9 22700 1993-042A IIA
NAVSTAR 34 (USA 94) B5 30.08.1993 35 5 22779 1993-054A IIA
NAVSTAR 35 (USA 96) D4 26.10.1993 34 4 22877 1993-068A IIA
NAVSTAR 36 (USA 100) C1 10.03.1994 36 6 23027 1994-016A IIA
NAVSTAR 37 (USA 117) C2 28.03.1996 33 3 23833 1996-019A IIA
NAVSTAR 38 (USA 126) E3 16.07.1996 40 10 23953 1996-041A IIA
NAVSTAR 39 (USA 128) B2 12.09.1996 30 30 24320 1996-056A IIA
NAVSTAR 43 (USA 132) F3 23.07.1997 43 13 24876 1997-035A IIR
NAVSTAR 44 (USA 134) A3 06.11.1997 38 8 25030 1997-067A IIA
NAVSTAR 46 (USA 145) D2 07.10.1999 46 11 25933 1999-055A IIR
NAVSTAR 47 (USA 150) E1 11.05.2000 51 20 26360 2000-025A IIR
NAVSTAR 48 (USA 151) B3 16.07.2000 44 28 26407 2000-040A IIR
NAVSTAR 49 (USA 154) F1 10.11.2000 41 14 26605 2000-071A IIR
NAVSTAR 50 (USA 156) E4 30.01.2001 54 18 26690 2001-004A IIR
NAVSTAR 51 (USA 166) B1 29.01.2003 56 16 27663 2003-005A IIR
NAVSTAR 52 (USA 168) D3 31.03.2003 45 21 27704 2003-010A IIR
NAVSTAR 53 (USA 175) E2 21.12.2003 47 22 28129 2003-058A IIR
NAVSTAR 54 (USA 177) C3 20.03.2004 59 19 28190 2004-009A IIR
NAVSTAR 55 (USA 178) F4 23.06.2004 60 23 28361 2004-023A IIR
NAVSTAR 56 (USA 180) D1 06.11.2004 61 2 28474 2004-045A IIR
NAVSTAR 57 (USA 183) C4 26.09.2005 53 17 28874 2005-038A IIR-M
NAVSTAR 58 (USA 190) A2 25.09.2006 52 31 29486 2006-042A IIR-M
NAVSTAR 59 (USA 192) B4 17.11.2006 58 12 29601 2006-052A IIR-M
NAVSTAR 60 (USA 196) F2 17.10.2007 55 15 32260 2007-047A IIR-M
NAVSTAR 61 (USA 199) 20.12.2007 57 29 32384 2007-062A IIR-M

انظر أيضا

وصلات خارجية