فكرة عمل نظام GPS

فكرة عمل نظام GPS

في العصور القديمة عندما كان مجموعة من الأشخاص يرغبون في الذهاب في رحلة استكشافية في مكان ما على الأرض لإإنهم كانوا يستخدموا احد افراد المنطقة كدليل ليرشدهم للطريق الصحيح هذا بالاضافة الى استخدام البوصلة لتحديد الاتجاهات ولكن ماذا لو فقد هذه الدليل وأختفى فكيف ستجد المجموعة الكشفية طريقها لابد أن الأمور ستصبح صعبة، كذلك لو افترضنا ان شخص حصل على قارب بحري وانطلق في البحر ولكن فجأة اكتشف أنه لا يعرف كيف يعود الى نقطة البداية فهو يحتاج الى من يرشده، فماذا لو كان مرشدك هذا هو مجموعة من الأقمار الصناعية التي تراقبك باستمرار من خلال جهاز استقبال هذا ما يعرف بنظام تحديد الموقع على الارض والمعروف باسم جهاز GPS.

ففى عالمنا اليوم ومع تطور التكنولوجيا التى جعلت من العالم قرية صغيرة اصبح الاختفاء عن الانظار أمرا صعبا جدا ، فقد انتشرت اجهزة تحديد المواقع والتتبع التى تستخدم لتزويد المؤسسات بالمعلومات عن حركة منتجاتهم من المخزن إلى اماكن التوريد وتزود شركات تأجير السيارات بأماكن تحرك كل سيارة وتحديد اقرب سيارة إلى المتصل بالشركة طالبا وسيلة نقل من مكان الى أخر .

باقل من 100 دولار يمكنك الحصول على جهاز بحجم الجوال يخبرك بموضعك على الأرض في اي لحظة وفي اي مكان هذا الجهاز هو جهاز استقيال GPS والذي يعني نظام تحديد الموقع Global Positioning System.

جهاز من شركة كومباك يستخدم نظام GPS لتحديد الموقع.

في هذه المقالة من تفسيرات فيزيائية سوف نقوم بالتعرف على فكرة عمل جهاز GPS والتعرف على مكوناته وفوائدة الهامة في حياتنا.

ما هو نظام GPS؟

ففي عام 1973م بدات وزارة الدفاع الأمريكية العمل لإستحداث نظام عالمي لتحديد المكان لاستدال نظام {NAVSTAR) (Global Navigation system الملاحة القمار الصناعية المسمي

(RANSIT Doppler) وذلك لتفادي مشكلتين رئيستين الاولي التغطية غير الكافية للأقمار الصناعية والثانية العمليات الملاحية غير الدقيقة ولذلك صمم نظام (Gps) ليوفر المدنية بالدرجة الثانية

شبكة الأقمار الصناعية المتكاملة في نظام GPS

أنظمة تحديد الموقع Global Positioning System (GPS) هي عبارة عن منظومة من 27 قمر صناعي يدور حول الكرة الأرضية (فعليا 24 قمر صناعي مستخدم و3 اقمار أحتياطية تعمل في حالة تعطل اي من الأقمار الرئيسية). وأنظمة استقبال المعلومات من GPS تشبه اجهزة الجوال تستطيع تحديد موقعك بدقة في الابعاد الثلاثة على سطح الارض. ويكون هذا النظام فعالاً في حالة التواجد في الأماكن المكشوفة فتستخدم في الرحلات الاستكشافية وفي الملاحة الجوية والبحرية وفي التطبيقات العسكرية والتطبيقات المدنية.

أحد الأقمار الصناعية العاملة في نظام GPS

فجهاز تحديد الموقع GPS يستخدم في الحروب الحديثة على سبيل المثال في حرب الخليج، هذا الجهاز جعل من الحرب وكأنها لعبة كمبيوتر يقوم فيها المهاجم بتحديد احداثيات الهدف بدقة ووالقذيفة الموجهة تعتمد على نظام GPS للوصول الى الهدف المحدد. فقد شاهدنا كيف يمكن مهاجمة أهداف معينة بدقة متناهية وكأن تلك القذائف ترى وتعرف ماذا تفعل.

Gpsفكرةنظام ال

لقد تم تطوير هذا النظام علي مدار عشرين سنة في الولايات المتحدة الأمريكية منذ 1973 وبميزاتة تقارب عشرات المليارات من الدولارات نظام Gps يتكون من مرسل ومستقبل اما المرسل فهو عبارة عن شبكة عمل أقمار صناعية تدور حول الرض علي أرتفاع 19300 كيلو متر مرتين في كل يوم موزعه علي 8 مستويات دوران كل مستوي يصنع 55 درجة مع المستوي الخر ويوجد في كل مستوي ثلاثه أقمار صناعية

لماذا نستخدم ثلاث اقمار وليس قمر واحد فقط

تخيل انك فقدت الاتجاهات تماما في احد المناطق في الصحراء وعندما قابلت احد الاشخاص سالته اين انا الأن؟ فاجابك انت علي بعد 500 كيلو متر من مدينة 1. لاشك ان هذه المعلومة لن تفيديك كثيرا في تحديد موقعك بدقة لانك تستطيع رسم دائرة حول المدينة 1 نصف قطرها 500 كيلو متر يمكن تكون في اي جزء فيسها ولكن لو سالت شخص اخر وأخبرك بانك علي بعد 550 كيلو متر من مدينة 2 فهنا تصبح الأمور اسهل لانك ستكون في أحد نقطتي التقطاع بين الدائرتين حول مدينة 1 ومدينة 2 وتحتاج إلي معلومة إضافية من شخص ثالث لتعرف بالضبط اي النقطتين انت الان علي الارض

معلومة واحدة من شخص تعطي ابعاد كبيرة لمكان تواجدك على الارض.	معلومتان من شخصين تحدد مكانك بدقة اكثر.	ثلاث معلومات من ثلاث اشخص تعطي مكانك بالضبط.

وبهذه الفكرة تعمل الاقمار الثالثة لتحديد موقعك على سطح الأرض حيث يصنع كل قمر سطح كروي ومن تقاطعات هذه الأسطح مع سطح الكرة الأرضية يتم تحديد الموقع بدقة كبيرة.

تقاطع الاسطح الكروية عن الأقمار الصناعية الثالثة مع سطح الأرض يعطي نقطة هي المكان الموجود فيه جهاز الاستقبال GPS

كل قمر من الأقمار الــ 24 يرسل باستمرار على نفس التردد إشارة كهرومغناطيسية محملة على موجة ترددها 1575MHz كل قمر صناعى له شفرة معينة Code خاصة به ترسل مع الإشارة الحاملة وبالتالى يمكن لأى قمر صناعى يلتقط هذه الشفرة أن يحدد مكان وزمان تواجد هذا القمر.

أما المستقبل فهو جهاز في حجم راديو صغير يحتوى على دوائر إلكترونية معقدة يتحكم بها ميكروبروسسر Microprocessor متطور يقوم المستقبل بتحديد الموقع بإستخدام طريقتين مختلفتين الأولى تعتمد على إزاحة دوبلر Doppler Shift للاشارات الكهرومغناطيسية المرسلة من الأقمار الصناعية وهذه الإزاحة تكون ناتجة عن السرعة النسبية بين الأرض والأقمار الصناعية.

أما الطريقة الثانية وتعتمد على قياس التأخر الزمنى بين الإشارات الكهرومغناطيسية الواصلة من الأقمار الصناعية .

هذة المعلومات المستقبلة من الأقمار الصناعية تدخل إلى الميكروبروسسر وتتحد مع المعلومات المخزنة عن كل قمر صناعى من حيث مداره وسرعته وموقعه وبعد عدة عمليات حسابية يحدد المستقبل موقعه على سطح الأرض ويظهر النتائج على شاشة العرض .

ولدقة حساب الموقع فإنه يجب إدخال العديد من العوامل فى الاعتبار على سبيل المثال تأثير الغلاف الحيوى على افشارات المرسلة وكذلك تأثير مجال الجاذبية الأرضية على الإشارات حيث أن الجاذبية الأرضية تعمل على ازدياد ترددها كلما اقتربت من الأرض ، ولهذا فإن نظام الGps يعتمد وبشكل كبير على عمليات حسابية معقدة جدا قبل أن يخبرنا بالموقع وهذه العمليات ينفذها الميكروبروسسر .

إستخدامات نظام الــ GPSالحالية والمستقبلية.

كثيرون جدا الذين يستخدمون هذا النظام مثل البواخر الكبيرة وحتى القوارب الخاصة تستعين بالــ GPS لتحديد موقعها في البحار والمحيطات كذلك شركات النقل تستخدم هذا النظام لتحديد مواقع سياراتها فمثلا شركات السيارات الأجرة في أوربا تستخدم الـــ GPS حتى ترسل أقرب سيارة متواجدة بجوار صاحب الطلب.

وفي النهاية أتمنى أن أكون قد أوضحت فكرة تحديد الموقع بالأقمار الصناعية ومدى تأثيرها على حياتنا فى السنوات القادمة من حيث زيادة الكفاءة وتقليل المخاطر في جميع أنواع المواصلات وكذلك مراقبة كل التحركات على الأرض سواء كانت بشرية أو حتى تغيرات في الظروف المناخية أو حركة الزلازل.