نطاق التردد L1 و L2




تبث المرسلات المحمولة على أقمار النظام GPS معلوماتها على موجات الترددات الراديوية المعتادة، ويمثل حامل التردد الراديوي موجة جيبية عادية، وتردده هو عدد الدورات Cycles (كل قمة وقعر) في الثانية· وتستخدم تقانة النظام GPS الحالية نطاقين ترددين، L1،L2، يقعان في جزء الموجات الدقيقة من الطيف الراديوي·



ويعد النطاق L1 عادة إشارة مدنية، على الرغم من أن القوات العسكرية تستخدمه أيضاً، فهو متوفر لكل شخص، وهو يغطي معظم التطبيقات المدنية الحالية· أما النطاق L2، فيخدم القوات العسكرية بشكل رئيسي، ولا مانع من استخدام إشارة L2 للعامة، لكن من دون كشف شفرات الضجيج شبه العشوائي العسكرية (PRN)·



وتجعل فجوة المعرفة تلك التطبيقات المدنية في النطاق L2 ضعيفة، فالمستقبلات المدنية، على سبيل المثال، تجد صعوبة في استخدام إشارة L2 من الأقمار العاملة في مدارات منخفضة أو تلك المحجوبة حتى بعوائق بسيطة مثل الأشجار، كما أن مستقبلات النطاق L2 باهظة الثمن، لأنها تتطلب تقنيات معالجة إشارة خاصة حتى يمكن الدخول إلى إشارة النطاق L2 دون معرفة شفرات الضجيج شبه العشوائي (PRN)·



ولهذه العوامل تستخدم معظم الوحدات المدنية إشارة النطاق L1، ولذلك تحصل عادة على دقة تراوح مابين 5 و 10 أمتار وذلك مجال خطأ تحدثه بشكل أساسي الجسيمات المشحونة في الغلاف الجوي الأيوني للأرض الذي يمتد من ارتفاع 70 كم عن سطح الأرض حتى 1300 كم أو يزيد، إن تلك الطبقة المشحونة كهربائياً تعيق انتشار الموجات الراديوية من أقمار النظام GPS· وبحسب الظروف، يمكن لهذه الطبقة تأخير بلوغ الإشارة من 1م حتى 10م أو يزيد· لتصحيح ذلك الخطأ، يلجأ بعض المستخدمين إلى النظام التفاضلي (D-GPS)· وتتضمن هذه التقنية مستقبلي النظام GPS، وهو وحدة جوالة ووحدة مرجعية تثبت في موقع معلوم، وتعمل الوحدة المرجعية على إرسال التباين بين قياساتها والمسافات المحسوبة إلى المستقبل المتحرك الذي يستخدم تلك المعلومات لتعديل موقعه·



ويعمل النظام GPS التفاضلي بشكل جيد حينما يكون المستقبل المتحرك قريباً من المستقبل المرجعي، فعلى مسافات تقل عن 100كم، تنعدم الأخطاء التي يحدثها الغلاف الأيوني تماماً تقريباً لأن الحزمة الراديوية من القمر إلى المستقبل المرجعي تعبر العوائق الجوية ذاتها التي تعبرها الإشارة من القمر إلى المستقبل المتنقل·




إشارات نافذة




في السنوات الأخيرة، فاق عدد مستخدمي النظام GPS المدنيين بكثير عدد المستخدمين العسكريين، لأن الإشارة المدنية متاحة مجاناً لأي شخص لديه مستقبل النظام GPS· لكن نظراً لكون القوات المسلحة الأمريكية وحلفائها يعتمدون على النظام GPS من أجل الملاحة وتوجيه الأسلحة، يأخذ الاستخدام العسكري الأفضلية عند وجود تهديد بصراعات حربية·



ففي المناطق التي تحدث فيها عمليات حربية تستطيع الولايات المتحدة التشويش على النظام GPS المحلية ببث إشارات راديوية شديدة ذات ترددات، تؤدي إلى إغراق إشارات النظام GPS الضعيفة، لكن الاستخدام العسكري المحظور على المدنيين يستمر لأن إرسالات الإشارة العسكرية بعيدة عن مراكز النطق المدنية بعداً يكفي لعدم تأثرها·



وفي هذه الظروف يصبح أي استخدام معادِ للإشارة العسكرية غير ممكن لأن الشفرات العسكرية سرية، أما التشويش المعادي على إشارات النظام GPS العسكرية فهو على الأرجح قصير الأمد على اعتبار أن القوات المسلحة المتحالفة بمقدورها بسرعة كشف تلك النظم وتدميرها، كما بدا ذلك جلياً مؤخراً في الحرب في العراق· أما الاستخدام المدني للنظام GPS خارج منطقة الصراع فيستمر لأن أي إشارة تشويش تفقد استطاعتها بعيداً عن مرسلات التشويش·



وفي تطوير جديد ستقوم أقمار النظام GPS ببث إشارات جديدة، وذلك سيسهم في تحسين جودة الخدمات ويساعد على رفع درجة ضبط دقتها في تحديد الموقع، وذلك بإلغاء الأخطاء التي يحدثها الغلاف الأيوني مع إضافة إشارتين عسكريتين إلى النطاقين L1 و L2، وإشارة مدنية أخرى إلى النطاق L2، أما الإشارات الحالية فستستمر في العمل لضمان استمرار عمل المستقبلات الموجودة حالياً بشكل جيد ومع حلول عام 2008 تقريباً، سوف تبدأ مجموعة أخرى من أقمار النظام GPS المحسنة ببث مزيد من الإشارات المدنية في نطاق ترددي ثالث يسمى النطاق L5 (النطاقان L3 و L4 يحملان معلومات عسكرية غير ملاحية)· وستفوق إشارات النطاق L5 الجديدة بنحو 4 مرات الإشارات الحالية·




أعلى دقة




وسوف يستفيد مشغلو وحدات النظام GPS التفاضلي أيضاً من الإشارات الجديدة، مع العلم أن دقة النظام GPS التفاضلي تنخفض كلما ابتعد المستخدم عن المستقبل المرجعي، لأن الحزمة الراديوية من القمر إلى المستخدم تخترق الغلاف الأيوني في نقطة متزايدة البعد عن نقطة اجتياز حزمة المرجع للغلاف الأيوني·



وبوجود ترددات متعددة، يمكن للمستقبل الجوال تقييم الغلاف الأيوني ذاتياً ويمكن لتصحيحات النظام GPS التفاضلي أن تستخدم لخفض أثر الأخطاء (الأدنى) الأخرى· وسيكون بإمكان مستخدمي النظام GPS التفاضلي القدرة مستقبلاً على تحقيق دقة تراوح مابين 30 و 50 سم·

ويحتاج مستخدمو النظام GPS الحالي من ذوي الاحتياجات الأكثر دقة من وحدة سم أو حتى ملم، ومثل تلك الدقة تتطلب شكلاً متقدماً من النظام GPS التفاضلي الذي يذهب إلى أبعد من شفرات الضجيج شبه العشوائي (PRN)، أي إلى تقنية تتحرى بعمق تلك الشفرات وتحسب زمن بلوغ الموجات الحاملة التي تنقل إشارات النظام GPS من المدار·



وتعتبر موجات التردد الراديوي التي تحمل إشارات النظام GPS موجات دقيقة جيبية، وللدورة الواحدة طول موجة المسافة من قمة إلى القمة التي تليها مقداره 19 سم، يمكن للمستقبل قياس زمن الوصول أي الزمن الفاصل بين وصول بداية الموجة ونهايتها إلى المستقبل هذا بدقة نحو 1%·