نظام تحديد المواقع العالمي

أحد الأجهزة التي تعمل بنظام التموضع العالمي (جي بي أس), و يستخدم في تحديد الموقع الجغرافي

نظام التموضع 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 إختصار ل Navigational Satellite Timing and Ranging - Global Positioning System و هو نظام تحديد المواقع العالمي التابع لوزارة الدفاع الأمريكية و الذي تقوم عليه معظم التطبيقات المدنية المعروفة. دخل نظام تحديد المواقع العالمي الأمريكي نطاق الخدمة في 17.07.2007 إلا أنه ليس الوحيد من نوعه عالميا فهناك عدة أنظمة مماثلة مثل النظام الروسي غلوناس Glonass أو النظمة قيد التطوير و البحث مثل غاليليو في أوروبا و بعض الأنظمة المشابهة في الصين و الهند و اليابان.

التطبيقات

كانت التطبيقات الأولى لنظام تحديد المواقع عسكرية بحتة. حيث كان يستعمل في الأسلحة الموجهة أو ما يسمى بالأسلحة الذكية و في الملاحة البحرية و الجوية العسكرية. أما اليوم فللنظام تطبيقات مدنية أيضا. فعلاوة عن الملاحة المدنية فإن التقنية موجودة في بعض الهواتف المحمولة الحديثة كما أنها وجدت شعبية كبيرة في أنظمة ملاحة السيارات و إرشاد السائق إلى الهدف. كما أن للنظام تطبيقات في ميدان القياسات (قيس الأراضي) بالإضافة إلى إمكانية إستعماله لتحديد سرعة العربات و يمكن إستعماله حتى لتحديد مواقع اللآلات الفلاحية على حقول كبيرة. و توجد 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 (من 100 إلى 15 مترا). حيث أن الولايات المتحدة الأمريكية كانت تقوم عمدا بالتشويش على إشارات الجي بي أس المستعملة مدنيا و الحد من جودتها مقارنة بالتطبيقات المدنية إلا أنها يبدو أنها توقفت عن ذلك منذ سنة 2000 موجهة التركيز على التشويش على رقع جغرافية محدودة. و تبث الأقمار الصناعية المريكية بتدفق قدره 50 بت في الثانية على موجتين:

• الموجة للإستعمال المدني بذبذبة قدرها 1575,42 MHz
• الموجة للإستعمال العسكري بذبذبة قدرها 1227,6 MHz

شرح مبسط لطريقة عمل الجي بي أس

يقوم قمر صناعي ببث إشارة تحمل موقعه أي موقع القمر الصناعي كما تحمل زمن أو لحظة بث الإشارة. يقوم المستقبل باستقبال هذه الإشارة و عن طريق معرفته للحظة الإستقبال و سرعة انتقال الموجة أو الإشارة فإنه يمكنه أن يحدد المسافة التي تفصله عن القمر الصناعي (ليس الموقع). أي أنه نظريا إذا عرفنا المسافة فإن الشيء المراد تحديد موقعه سوف يكون على سطح كرة قطرها تلك المسافة. و الآن إذا أخذنا ثلاث إشارات من ثلاث أقمار مختلفة فإن نقطة تقاطع الكرات الثلاث هي موقع الشيء. لهذا السبب فإنه لتحديد موقع شيء ما فإن نظام جي بي أس يحتاج نظريا إلى 3 أقمار صناعية على الأقل.

هذا نظريا. النقطة التي تجعل عمليا يجب دائما الإستعانة بقمر صناعي رابع هو أن طريقة تحديد لموقع هذه تحتاج إلى ساعة عالية الدقة (ساعة ذرية). عمليا لا يمكن و لا يحبذ من منطلق إقتصادي تزويد أنظمة إستقبال الجي بي أس بساعات ذرية. لذلك فإن مستقبلات الجي بي أس عمليا لا يمكنها تحديد لحظة الإستقبال بالهاردوير بل تستعين بإشارة رابعة من قمر صناعي رابع لحساب زمن الإستقبال. و في ما يلي بعض المعادلات الرياضياتية التي توضح هذه العملية.

نموذج رياضياتي مبسط لنظام تحديد المواقع

إذا كان المستقبل موجود في الإحداثيات و إذا سلمنا تبسيطا بأن سرعة إنتشار الإشارة ثابة (سرعة الضوء) و أن الإشارة لا يتم حنيها في طبقات الغلاف الجوي.

و إذا سلمنا أن اٌمار الصناعية الأربعة الباثة موجودة في الإحداثيات و أنها تبث في اللحظة t_n موقعها و لحظة البث. فإننا نتحصل على المعادلة الأربع التالية:

حيث c هي سرعة إنتشار الإشارة و ذلك لتحديد المجهولات الثلاث أي موقع المستقبل و المجهول الرابع t₀ أي لحظة الإستقبال دون الحاجة لساعة ذرية.

الأقمار الصناعية المستعملة

يستعمل نظام الجي بي أس الأمريكي عدة أقمار صناعية نذكرها في الجدول أسفله:

يمكن تجهيز الحاسوب ليصبح جهاز جي بي أس	جندية أمريكية تقوم بالتحكم في أقمار جي بي أس الصناعية	إطلاق صاروخ يحمل قمر صناعي لنظام جي بي أس	نظام جي بي أس في السيارة
أنظمة جي بي أس محمولة	يمكن تزويد الحاسوب المحمول بأنظمة إستقبال الجي بي أس. الثمن إبتداء من 50 دولار

وصلات خارجية

• حماية الفيلة عن طريق نظام جي بي أس من موقع سي أن أن العربي

• أنشطة بحثية صينية لتطوير نظام جي بي أس تحت الماء