من مكونات نظم تحديد المواقع الجغرافية

الأقمار الصناعية.
المحطات الأرضية.
أجهزة الإستقبال.

يعتبر نظام تحديد المواقع الجغرافية أو المعروف بإسم (GPS) عبارة عن نظام ملاحة لاسلكي يتم استعماله في البر والبحر والجو لتحديد الموقع والوقت والسرعة بدقة بغض النظر عن الظروف الجوية والمناخية، وقد تم استخدامه من قبل الجيش الأمريكي لأول مرة في عام 1960، ومن أهم مكونات نظم تحديد المواقع الجغرافية:

الأقمار الصناعية

: للأقمار الصناعية دور هام، حيث تعمل مثل النجوم في الأبراج ونعرف مكانها لأنها ترسل إشارات دائمًا.

المحطات الأرضية

: تساعد المحطات الأرضية في التأكد من أن الأقمار الصناعية موجودة في مكانها الصحيح الذي من المفترض أن تكون فيه ويتم التأكد من ذلك عن طريق الرادار.

أجهزة الاستقبال

: هو عبارة عن برنامج يمكن أن يكون على الهاتف الجوال أو في السيارة، ودائمًا ما يبحث عن الإشارات من الأقمار الصناعية، حيث يكتشف المتلقي مدى بعدهم عن بعضهم بمجرد أن يحسب جهاز الاستقبال المسافة بينه وبين أربعة أقمار صناعية أو أكثر فحينها يعرف مكانك بالتحديد.

آلية عمل المواقع الجغرافية

أطلق الاتحاد السوفيتي أول قمر صناعي يدور حول الأرض في أكتوبر 1957، وبدأ هذا الحدث الهام سباقًا لغزو الفضاء، وفي الواقع منذ بداية الستينيات تم بالفعل تشغيل نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية من قبل البحرية الأمريكية، وقد تم تصميم نظام تحديد المواقع GPS من قبل وزارة الدفاع الأمريكية في أوائل السبعينيات، وتم إطلاق أول أربعة أقمار صناعية نموذجية في عام 1978، وتم الانتهاء من مجموعة مكونة من 24 قمراً صناعياً عاملاً في عام 1993.

لكل نظام تحديد مواقع جغرافي ما لا يقل عن 4 أقمار صناعية في خط رؤية جهاز استقبال على الأرض، حيث يقوم GPS الخاص بجهاز الإرسال بإرسال معلومات حول الموقع والوقت إلى جهاز الاستقبال GPS على فترات زمنية محددة، وتمثل تلك الإشارات التي يتم إرسالها إلى أجهزة الاستقبال موجات الراديو عن طريق معرفة الفرق في الوقت بين الإشارة المرسلة من القمر الصناعي GPS إلى الوقت الذي يستقبله GPS، ومن الممكن حساب المسافة بين مستقبل GPS والقمر الصناعي بواسطة عملية التثليث، ويحدد جهاز الاستقبال موقعه حيث يتم الحصول على الإشارات من ثلاثة أقمار صناعية على الأقل.

وجدير بالإشارة أنه يجب توافر 3 أقمار صناعية على الأقل حتى يقوم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بحساب موضع ثنائي الأبعاد والذي يشمل خطوط الطول والعرض، ولكن بالنسبة للموقع ثلاثي الأبعاد الذي يوفر خطوط الطول والعرض والارتفاع، يلزم وجود 4 أقمار صناعية على الأقل.[1]

توجد محطة التحكم الرئيسية لنظم تحديد المواقع في ولاية

توجد محطة التحكم الرئيسية

في قاعدة شريفر الجوية في ولاية كولورادو سبرينغز، ولاية كولورادو، الولايات المتحدة الأمريكية

، وهي تكون المسيطرة والمتحكمة في الإدارة العامة لمواقع المراقبة والإرسال عن بُعد، ولا تحسب محطة التحكم الرئيسية الموقع فقط ولكن تحسب أيضًا السرعة والارتفاع الأيمن ومعلمات الانحراف لـ التحميل النهائي إلى أقمار GPS الصناعية.[2]

مستقبل نظام تحديد المواقع

تدهورت دقة نظام تحديد المواقع طواعية من قبل الجيش الأمريكي حتى عام 2000 وهي اليوم في حدود المتر ولكنها تعتمد على المعدات المستخدمة وعدد الأقمار الصناعية في الرؤية، ويتيح الجمع بين جهاز استقبال GPS وبرنامج رسم الخرائط الحصول على نظام توجيه طريق فعال أي عرض خريطة مع الاتجاهات والتوجيه الصوتي عن طريق التوليف الصوتي، والذي تم تطويره بأشكال مختلفة داخل نظام داخلي في السيارة أو مع الهاتف الذكي المرتبط بجهاز استقبال GPS.

استخدامات نظام تحديد المواقع

يتيح نظام تحديد الموقع الجغرافي بواسطة القمر الصناعي معرفة الموقع بدقة دون أي خطأ، ويتوقف حجم الخطأ على جودة جهاز الاستقبال المستخدم في البر والبحر، ففي الحياة اليومية يستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على نطاق واسع من قبل سائقي السيارات الآلية وعدة أشخاص أخرى، ومن أهم وأبرز تلك الاستخدامات:

إرشاد المكفوفين أثناء سفرهم.
البحث عن أماكن محددة مثل محطة بنزين بالقرب من منطقة استراحة أو سوبر ماركت أو فندق وهكذا.
في النقل الجوي والبحري.
في المجال العسكري.
الحد من حوادث السرقة عن طريق تتبع الهاتف أو السيارة المسروقة.

محطات مراقبة نظم تحديد المواقع

هي عبارة عن أجهزة استقبال GPS دقيقة للغاية مثبتة في مواقع معروفة، يسجلون من خلالها التناقضات بين المواقع المعروفة والمحسوبة الناتجة عن اختلافات طفيفة في مدارات الأقمار الصناعية، وهناك عدد من محطات المراقبة التي تم توزيعها في كافة أنحاء العالم، وقد تم تجهيزها بمعايير الساعات الذرية وأجهزة استقبال GPS لجمع بيانات GPS دائمًا لكافة الأقمار الصناعية المعروضة من مواقعها، حيث يتم إرسال البيانات المجمعة إلى محطة التحكم الرئيسية حيث تتم معالجتها لتقدير مدارات الأقمار الصناعية وأخطاء الساعة، وقبل برنامج التحديث، كانت شبكة محطات المراقبة تتكون من خمسة مواقع، وهي:

هاواي.
كولورادو سبرينغز (كولورادو، الولايات المتحدة).
جزيرة أسنسيون (جنوب المحيط الأطلسي).
دييغو غارسيا (المحيط الهندي).
كواجالين (شمال المحيط الهادئ).

بعد ذلك تم دمج محطات جديدة في الجزء الارضي من أجل زيادة الأداء والدقة وتوفير رؤية أكبر للكوكبة لذلك تم دمج كيب كانافيرال (فلوريدا، الولايات المتحدة) في عام 2001، وإضافة ست محطات جديدة في عام 2005، وهي:

أديلايد (أستراليا).
بوينس آيرس (الأرجنتين).
هيرميتاج (المملكة المتحدة).
منامة (البحرين).
كيتو (الإكوادور).
واشنطن (الولايات المتحدة الأمريكية).

ثم تم إضافة خمس محطات أخرى بعد ذلك في عام 2006، وهي:

فيربانكس (ألاسكا).
أوسان (كوريا الجنوبية).
بابيت (تاهيتي).
بريتوريا (جنوب أفريقيا).
ويلينجتون (نيوزيلندا).

وأصبحت حاليًا مكونة من 16 محطة، 6 منها من القوات الجوية بالإضافة إلى 10 من وكالة الاستخبارات الجغرافية المكانية الوطنية، وعن طريق هذا التكوين يُنظر إلى كل قمر صناعي من ثلاث محطات مراقبة على الأقل مما يسمح بحساب مدارات أكثر دقة وبيانات التقويم الفلكي، وبالتالي تحسين دقة النظام.

الهوائيات الأرضية لمراقبة الأقمار الصناعية

يوجد هناك أربعة هوائيات أرضية لمراقبة وتتبع الأقمار الصناعية، بالإضافة إلى أنها تنقل معلومات التصحيح إلى الأقمار الصناعية الفردية، ولها عدة وظائف، منها:

إرسال الأوامر.
تحميلات بيانات التنقل.
تحميلات برنامج المعالج إلى الأقمار الصناعية.
جمع القياس عن بعد.
توفير دقة الشذوذ ودعم المدار المبكر.
يمكن تحميل هذه المعلومات على كل قمر صناعي ثلاث مرات في اليوم، وعلى الرغم من ذلك يتم تحديثه عادة مرة واحدة في اليوم.

وجدير بالإشارة أن الهوائيات الأرضية توجد في نفس الموقع في أربع من محطات مراقبة، وهم:

جزيرة أسنسيون.
كيب كانافيرال.
دييغو جارسيا.
كواجالين.

بالإضافة إلى ذلك فإن هناك 7 محطات تتبع عن بعد لشبكة التحكم في الأقمار الصناعية للقوات الجوية (AFSCN) هي جزء من الهوائيات الأرضية.[3]