كيف يعمل ال(GPS)... نظام تحديد المواقع...؟؟؟

مدوّنة.... 📚...

بدايةً.... شرح الطريقة المفصلة لعمل نظام تحديد الموقع.. المكون من الأقمار الصناعية والمحطات الأرضية والمستقبلات الشخصية للنظام...

هو أمر معقد للغاية،... حيث أن تفاصيله غير قابلة للفهم حقاً من قبل غير المختصين بالمجال،.. لكن سنحاول شرح الأمر هنا بشكل مبسط قدر الإمكان:..

*ماهو ال GPS؟؟؟ ؟

GPS أختصار Global Positioning System... وهو نظام تحديد المواقع العالمي.

ونظام ال GPS يتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية :..

أقمار صناعية.. و محطة أرضية... ومستقبل....

ويسموا الثلاث أجزاء بترتيبهم السابق :... جزء الفضاء.. و جزء التحكم.. وجزء المستخدم..

**جزء الفضاء Space segment:...

وهو عبارة عن مجموعة من أقمار صناعية تسمى Navstar.. وبالتحديد تتكون من 24 قمرا صناعيا... ملك لحكومة الولايات المتحدة الأمريكية. موزعة في ستة مستويات مدارية على بعد حوالي 20 الف كيلومتر (22200 كم)...... ويدوروا حول الأرض دورة كاملة كل 12 ساعة..

**ولكن هل تملك الولايات المتحدة الأمريكية نظام ال GPS وحدها وتتحكم بها ؟؟؟؟

الأجابة هي نعم... حيث أن نظام ال GPS تم أختراعه وتشغيله من قبل وزارة الدفاع الأمريكية. هذا النظام العالمي للملاحة الفضائية الأمريكية يسمى (GNSS)... هو حاليا النظام الوحيد الذي أكتمل ويعمل بكافه طاقته.... ولكن روسيا لديها (GLONASS)،... والصين... لديها (COMPASS)... والاتحاد الأوروبي لديها (GALILEO). وكل نظام في مرحلة مختلفة من التطوير أو الاختبار.. ولم يكتمل أحداها حتي الأن..

**وجزء التحكم Control segment :...

وهو المحطة الأرضية... ووظيفتها التحكم ومراقبة الأقمار الصناعية...

وهناك عدة محطات أرضية موزعة حول العالم.. وكل منها له وظيفته حسب نوع المحطة.. ويوجد ثلاث أنواع من المحطات التحكم الأرضية..

وهي (محطة تحكم رئيسية – ومحطة مراقبة – ومحطة أطباق هوائية أرضية)..

وقد يحتوي مكان واحد على عدة أنواع من المحطات كما في الصورة التالية....

**وجزء المستخدم User segment :...

وهي أجهزة الاستقبال receivers.. التي تعالج إشارات الملاحة من الأقمار الصناعية وتقوم بحساب الموقع والوقت..

وأجهزة الأستقبال موجودة في الهواتف المحمولة.. والسيارات والساعات الذكية..

**تحديد موقعك...

لذلك إذا كان جهاز استقبال نظام تحديد المواقع.. يتتبع إشارات من أقمار صناعية متعددة،..

فكيف يحولها إلى موقع يمكن استخدامه للملاحة؟؟؟؟ وتستخدم أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع عملية رياضية في علم المجموعات..

مثل التقاطع.. والأتحاد.. والمصطلح الأنجليزي لها هو trilateration...

**كيف يحدد علم المجموعات مكانك ؟؟؟؟

نضرب مثالا.. بأنك في مدينة السادس من أكتوبر.. وقريب من القاهرة في دولة مصر,.. وأستخدمت هاتفك المحمول من تطبيق جوجل maps لتحديد مكانك.. وفي هذه الحالة يكون جهاز الأستقبال هو تليفونك المحمول,...

وكما قلنا فأن أجهزة الأستقبال تعتمد علي الأشارات من عدة أقمار صناعية لتحديد مكانك..

فماذا يحدث أذا أستقبل هاتفك أشارة من قمر صناعي واحد فقط (أ)؟؟؟؟

نجد كما هو موضح بالصورة.. فأن القمر الصناعي حدد مكانك في دائرة كاملة,.. تشمل القاهرة والسادس من أكتوبر والأسكندرية... لكنه لم يحدد في أي مدينة توجد بالتحديد..

أما أذا أستقبل أشارة أضافية من قمر صناعي أخر (ب)...

نجد كما هو موضح بالصورة.. فأن القمر الصناعي (ب) حدد مكانك في دائرة أخرى ..

لذا فأن مكانك بالتأكيد.. في المنطقة المتقاطعة بين الدائرتين (أ)... و (ب)...

وعند أستقبال أشارة من قمر صناعي ثالث (ج)....

نجد كما هو موضح بالصورة... فأن القمر الصناعي (ج) حدد مكانك في دائرة أخرى ...

بالأضافة أنه قد تم تحديد مكانك بدقة... وهو نقطة التقاطع بين الدوائر الثلاث (وهي النقطة الزرقاء التي تظهر في البرنامج).

لذا فجميع خبراء ال GPS.. يؤكدوا أنه يلزم وجود أشارات من ثلاثة أقمار صناعية على الأقل.. لتحديد مكانك بدقة..

بالأضافة إلى قمر صناعي رابع ليحدد سرعتك..

المصادر :...

https://spaceplace.nasa.gov/gps/en/

https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/communications/policy/GPS_History.html

http://www.pocketgpsworld.com/howgpsworks.php