أسس استخدام نظام تحديد الموقع الشامل GPS

*أسس استخدام نظام تحديد الموقع الشامل GPS*

& إن نظام التوضع العالمي GPS ((Global Positioning System هو نظام ملاحي يعتمد على الأقمار الصناعية لتزويد المستخدم ببيانات عن الموقع (Position) والسرعة (Velocity) والوقت (Time) سواء على الأرض أو في البحر أو في الجو وتحت أي ظروف جوية كانت. ووسيلته الأساسية هي استخدام ترددات الراديو التي يمكن إرسالها بواسطة منظومة الأقمار الصناعية . &

مكونات نظام الـ GPS :

القسم الفضائي Space Segment : الأقمار الصناعية الفعالة .

قسم التحكم Control Segment : لمراقبة النظام و الزمن وحساب المسارات .

قسم المستخدم User Segment : أنواع مختلفة من اللواقط .

& هناك نظام روسي مشابه لـ GPS يدعى GLONASS ونظام أوروبي يدعى GALILYO إن المعلومات المفصلة المتوفرة عن هذا النظام قد تم تداولها منذ فترة ليست بعيدة. يطرح عدّة من منتجي أجهزة الاستقبال Receivers الآن في الأسواق أجهزة تلتقط إشارات كلا النظامين للاستفادة من تغطية مثالية باستخدام إشارات أقمارها . &

القسم الفضائي (Space Segment) :

& يتضمن مجموعة الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض والموزعة على ستة مدارات وعلى كل مدار أربعة أقمار صناعية يحمل كل قمر صناعي على متنه عدة ساعات ذرية دقيقة جداً (Atomic clock) تعمل عند تردد أساسي 10,23MHZ (Fundamental Frequency) تستخدم الساعة الذرية لتوليد الإشارات التي تبث (Broad cast) من القمر الصناعي ، وهي عبارة عن موجتين حاملتين (Carrier Wave) مشتقتين من التردد الأساسي ، تنتقلان إلى سطح الأرض بسرعة الضوء وتردد هذه الموجات : &

& تحمل الموجة الحاملة  L1 شيفرتين (Two codes) مضمنتين (Modulated) عليها , هما الشيفرة C/A (Coarse / Acquisition) ، وترددها 1,023 (10,23/10) MHZ والشيفرة الدقيقة (Precision code) وترددها 10,23MHZ . &

& أما الموجة الحاملة L2 فهي مضمنة عليها الشيفرة الدقيقة P . يسمح الخلط بين الكودين C/A , P بإنشاء كود جديد يدعى التشويش شبه العشوائي (Pseudo Random Noise PRN) . الذي يمكن رقمه ورقم الأقمار الصناعية ضمن النظام من تمييز الأقمار الصناعية عن بعضها , ويعود السبب في وجود هذين الترددين على تصحيح أخطاء انتشار الموجات الحاملة في طبقة الأيونوسفير ويحقق الناحية الأمنية للدول المالكة للنظام .&

& وبما أن الولايات المتحدة الأمريكية أنشأت GPS لأغراض عسكرية , لذا فإن الاستخدام المدني سيكون محدد الدقة . تدعى الخدمة المعدة للاستخدام المدني خدمة التثبيت المعيارية (Standard Positioning Service SPS) أما الخدمة المهيأة للأغراض العسكرية تسمى خدمة التثبيت الدقيقة (PrecisePositioning Service PPS ) . &

**قسم التحكم (Control Segment ) **

& يتكون من محطة التحكم الرئيسية (Master Control Station MCS) تقع في كولورادو سبو ينغر بولاية كولورادو الأمريكية وخمس محطات مراقبة (Monitor Station) متوضعة على الشكل التالي اثنتان في المحيط الهادي وأخرى في المحيط الهندي , واحدة في المحيط الأطلسي والخامسة تقع بالقرب من محطة التحكم الرئيسية . &

& بالإضافة إلى أربع هوائيات أرضية (Antenna Ground) متوضعة على الشكل التالي اثنتان في المحيط الهادي وأخرى في المحيط الهندي , واحدة في المحيط الأطلسي . ووظيفة محطة التحكم الرئيسية هو استقبال ومعالجة البيانات الواردة من محطات المراقبة وإعادتها مرة أخرى إليها، أما محطات المراقبة فوظيفتها

تتبع الأقمار التي تمر مرتين على الأقل فوق كل محطة يوميا لجمع البيانات من كل قمر ، ثم إرسالها لوحدة التحكم الرئيسية لمعالجتها من أجل تحديث الرسائل الملاحية لتغذية أقمار نظام تحديد الموقع العالمي وتتم المعالجة عن طريق إجراء حساب دقيق جدا لمدارات الأقمار ومساراتها، وما ينتج عن تلك المعالجة يعتبر معلومات محدثة لكل قمر حيث تتم تغذية الأقمار بها عن طريق الهوائيات الأرضية . &

قسم المستخدم ( User Segment )

& هذه الوحدة تتكون من مجموعة من التجهيزات والبرمجيات التي تعرف بعتاد المستخدم (User Equipment) ومهمة هذه الأجهزة والبرامج هي انجاز الاتصال مع وحدة الفضاء للحصول على البيانات ويجب أن يشمل عتاد المستخدم (User Equipment) الأجزاء الرئيسة التالية :

• هوائي ((Antenna لالتقاط الإشارات القمرية المرسلة.
• مستقبل (Reserves) لتتبع الإشارات وعمل القياسات.
• معالج للبيانات (Process)
• وحدة للتخزين داخلية (Internal Memory) وخارجية  Memory External

- وحدة إدخال ووحدة عرض للنتائج

**الأخطاء  والتصحيحات  Error Budget and Corrections**

& الأخطاء في عملية تقدير الوسائط من خلال التشكيل Modeling (الفرضيات المستعملة) المبسط جداً وعدم انطباقه مع الواقع الفيزيائي . المفهوم المبسط لقياس شبه الطول و للملاحة لا يلبيان بعض الشروط الفيزيائية بشكل كافِ و منها مثلاً .

• جملة الإحداثيات المرجعية الجيومركزية المثبتة بالأرض CTS ليست نظام عطالي ( كما هي معتبرة).
• الإشارات لا تنتشر في الفراغ.

لذلك فإنه يجب تصحيح إحداثيات و ساعات الأقمار الصناعية و القياسات بما يخص :

• دوران الأرض .
• تأثيرات النسبية :relativistic effects ( في ساعة القمر).