نظام تحديد المواقع العالمي جي بي أس (GPS)

نظام تحديد الموقع العالمي (بالإنجليزية: Global Positioning System) أو جي بي أس (بالإنجليزية: 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 وهو نظام تحديد المواقع العالمي التابع لوزارة الدفاع الأمريكية والذي 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 إشارات 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. وأصبحت في الأسواق أجهزة استقبال جي بي إس للاستخدام الشخصي، ودخلت التقنية إلى بعض الهواتف المحمولة الحديثة، ووجدت شعبية كبيرة في أنظمة ملاحة السيارات وإرشاد السائق إلى الهدف. كما أن للنظام تطبيقات في ميدان الجيولوجيا وقياسات التصدعات الأرضية وحركة القارات، بالإضافة إلى إمكانية استعماله لتحديد سرعة العربات. ويمكن استعماله لتحديد مواقع اللآلات الفلاحية في الحقول الكبيرة. وتوجد 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 والحد من جودتها في التطبيقات المدنية، إلا أنها يبدو أنها توقفت عن ذلك منذ سنة 2000 موجهة التركيز على التشويش على رقع جغرافية محدودة. وتبث 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 الاستقبال وسرعة 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 الاستعانة بقمر صناعي رابع هو أن طريقة تحديد لموقع هذه تحتاج إلى ساعة عالية الدقة (ساعة ذرية). عمليا لا يمكن ولا يحبذ من منطلق اقتصادي تزويد أنظمة استقبال الجي بي أس بساعات ذرية. لذلك فإن مستقبلات الجي بي أس عمليا لا يمكنها تحديد لحظة الاستقبال بالهاردوير بل تستعين بإشارة رابعة من قمر صناعي رابع لحساب زمن الاستقبال. وفي ما يلي بعض المعادلات الرياضية التي توضح هذه العملية.


ما هو جي بي أس؟ كيف يعمل؟


ما هو جي بي أس؟


نظام تحديد المواقع العالمي (جي بي أس) هو أداة الملاحة وتحديد المواقع بدقة. تم تطويره من قبل وزارة الدفاع في عام 1973، صممت في الأصل لمساعدة الجنود والآليات العسكرية والطائرات والسفن للتحديد بدقة لمواقعها في جميع أنحاء العالم. اليوم، وقد مددت استخدامات جي بي أس لتشمل كلا من العالمين التجاري والعلمي. تجاريا، يتم استخدام جي بي أس باعتبارها أداة الملاحة وتحديد المواقع في الطائرات والقوارب والسيارات و. لجميع الأنشطة الترفيهية في الهواء الطلق تقريبا مثل المشي لمسافات طويلة والصيد والتجديف في الأوساط العلمية، جي بي أس تلعب دورا هاما في علوم الأرض. خبراء الأرصاد الجوية استخدامه للتنبؤ بالأحوال الجوية والدراسات المناخية العالمية، وجيولوجيين يمكن استخدامه كوسيلة من وسائل دقيقة للغاية للمسح ودراسات في زلزال لقياس حركات التكتونية أثناء والزلازل في بين.

 


كيف يعمل؟

ثلاثة أجزاء منفصلة تشكل نظام تحديد المواقع العالمي. الجزء الأول من نظام يتكون من 24 قمرا صناعيا، تدور 20،000 كم فوق الأرض في 12 ساعة مدارات دائرية. هذا يعني ان الامر يستغرق 12 ساعة كل الأقمار الصناعية لجعل دائرة كاملة حول الأرض. من أجل التأكد من أن يمكن الكشف عنها من أي مكان على سطح الأرض، وتنقسم الأقمار الصناعية إلى ست مجموعات من أربعة. يتم تعيين كل مجموعة مسارا مختلفا لمتابعة. وهذا يخلق ست طائرات المدارية التي تحيط تماما الأرض.


هذه الأقمار ترسل إشارات الراديو إلى الأرض التي تحتوي على معلومات حول الأقمار الصناعية. باستخدام أجهزة الاستقبال الأرضية جي بي أس، ويمكن الكشف عن هذه الإشارات وتستخدم لتحديد مواقع أجهزة الاستقبال "(خطوط الطول والعرض والارتفاع). وترسل إشارات الراديو على اثنين من ترددات الموجات L مختلفة. L-الفرقة يشير إلى مجموعة من الترددات بين 390 و MHz 1550. داخل كل إشارة، يتم إرسال التسلسل مشفرة. من خلال مقارنة تسلسل تلقى مع تسلسل الأصلي، يمكن للعلماء تحديد المدة التي تستغرقها للإشارة للوصول إلى الأرض من القمر الصناعي. التأخير إشارة مفيدة في التعلم عن الأيونوسفير والتروبوسفير، وهما طبقات الغلاف الجوي التي تحيط سطح الأرض. يتم إرسال إشارة أيضا ثالث لأجهزة الاستقبال من الأقمار الصناعية. هذا إشارة يحتوي على بيانات عن الصحة وموقف القنوات الفضائية.
 
الجزء الثاني من نظام جي بي أس هو المحطة الأرضية، تتألف من جهاز استقبال وهوائي، وكذلك وسائل الاتصال لنقل البيانات إلى مركز البيانات. الهوائي اومني الاتجاه في كل موقع، تعمل كثيرا مثل سيارة هوائي الراديو، تلتقط إشارات الأقمار الصناعية وتحيلها إلى المتلقي الموقع والتيارات الكهربائية. ثم يفصل جهاز الاستقبال الإشارات إلى قنوات مختلفة مخصصة لقمر صناعي معين، وتردد في وقت معين. مرة واحدة وقد تم عزل الإشارات، يمكن فك شفرة جهاز الاستقبال لهم وتقسيمها إلى الترددات الفردية. مع هذه المعلومات المتلقي ينتج الموقف العام (خطوط الطول والعرض، والارتفاع) لهوائي. في وقت لاحق، يمكن معالجة البيانات التي تم جمعها من قبل المتلقي مرة أخرى من قبل العلماء لتحديد أشياء مختلفة، بما في ذلك مجموعة أخرى من إحداثيات موقف لنفس الهوائي، وهذه المرة مع دقة ملليمتر.
 
 
الجزء الثالث من هذا النظام هو مركز البيانات. دور مركز البيانات هو أكثر من مرتين. على حد سواء مراقبين والضوابط العالمية محطات GPS، ويستخدم نظم الحاسوب الآلي لاسترداد وتحليل البيانات من أجهزة الاستقبال في تلك المحطات. وفور تجهيز البيانات، جنبا إلى جنب مع البيانات الخام الأصلية، وإتاحتها للعلماء في جميع أنحاء العالم لاستخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات. هي التي شيدت منذ العالمي GPS المواقع ورصدها من قبل مؤسسات مختلفة في جميع أنحاء العالم، وهناك العديد من مواقع مختلفة مركز البيانات