نظام تحديد المواقع

نظام تحديد المواقع
GLOPAL POSITIONING SYSTEM

بدأت فكرة تصميم النظام في عام 1973 ، حيث بدأ الخبراء التقنيون بوزارة الدفاع الأمريكية ( البنتاجون ) في تصميم نظام للتوجيه و تحديد المواقع يحل محل أنظمة الملاحة التي كانت معروفة في ذلك الوقت مثل نظام الملاحة بالأقمار الصناعية ( SAT-NAV ) لعلاج العيوب التي كانت موجودة بهذا النظام و أبرزها عدم كفاية تغطية الأقمار الصناعية بصورة تمنع الإعتماد علي هذا النظام بصورة كاملة ، و قد إعتمد نظام GPS في أساسه علي منظومة مكونة من 18 قمر صناعي يتم توزيعها بطريقة غاية في الدقة علي إرتفاع يبلغ 20000 كم فوق سطح الأرض بالإضافة إلي 6 محطات إعادة إرسال تعمل علي زاوية إلتقاط 55 درجة بحيث يمكن دائما الإتصال بثلاثة من هذه الأقمار علي الأقل في أي مكان في العالم و قد زاد عدد الأقمار التي تقوم بتغطية النظام حتي وصل إلي 33 قمر حاليا منها 28 قمرا عاملا و الخمسة الباقية أقمار إحتياطية يتم تشغيلها في حالة حدوث أي أعطال مفاجأة في أي من الأقمار العاملة .

( أقمار صناعية من منظومة GPS )








( توزيع الأقمار الصناعية في منظومة GPS )

 

 

و يبلغ وزن القمر الصناعي المستخدم في نظام GPS حوالي 845 كجم و يصل عمره الإفتراضي إلي 7 سنوات و تستمد هذه الأقمار طاقتها من بطاريات تعمل بالشحن عن طريق ألواح للطاقة الشمسية ، و تتم هذه الأقمار دورة كاملة حول الأرض كل 12 ساعة و يتولي القمر الصناعي مهمة تحميل و تخزين و توزيع البيانات و طلبات التحديد التي ترد من محطة التحكم الأرضي .

أما عن محطات التحكم الأرضي ، فالنظام GPS يعمل من خلال 5 مراكز للتحكم الأرضي موزعة علي مواقع تم إختيارها بدقة لتعطي أعلي معدلات الكفاءة و التفاعل مع مدارات الأقمار الصناعية التي تعمل في النظام ، و هذه المراكز الخمسة معلومة الموقع بدقة بمعامل خطأ + أو - 10سم ، و المحطة الرئيسية التي تتحكم في عمليات المنظومة هي المحطة الموجودة في COLORADO SPRINGS ، و تقوم كل محطة من هذه المحطات بإرسال تقارير دقيقة عن حالة الطقس بصورة دورية ، و المراكز الخمسة موزعة كالآتي :
1- محطة KWA JWLEIN .
2- محطة DEIGO GARCIA .
3- محطة ASCENSION .
4- محطة COLORADO SPRINGS .
5- محطة HAWAI .

( مواقع محطات التحكم الأرضي لنظام GPS )

و تعتمد النظرية الأساسية لعمل نظام تحديد المواقع GPS علي عدة مبادئ و نظريات رياضية معروفة في عالم المساحة الأرضية ، فالنظام يعتمد أساسا علي فكرة تقدير الموقع بناءا علي معرفة نقطة أخري محددة بالضبط ، و من أهم المبادئ و النظريات التي بني عليها نظام تحديد المواقع GPS :
( مبدأ التقاطع العكسي ) : و هو مبدأ رياضي معروف مبني علي فرضية أنه إذا كانت إحداثيات 3 نقاط معلومة فإنه يمكن إستنتاج إحدثيات أي نقطة غير معلومة عن طريق قياس المسافات بينها و بين تلك النقاط .

( مبدأ قياس المسافة عن طريق معرفة زمن إنتقال الإشارة ) : و هو مبدأ يعتمد علي قياس زمن إنطلاق الإشارة من القمر الصناعي و حتي وصولها إلي جهاز إستقبال الإحداثيات بشرط معرفة لحظة إنطلاق الإشارة من القمر الصناعي كي يمكن حساب الوقت الذي إستغرقته الإشارة في الوصول من القمر و حتي جهاز الإستقبال .

و يمكننا أن نضع تبسيطا للنظرية العامة لعمل نظام تحديد المواقع GPS إذا إفترضنا أن ما يحدث أن يقوم قمر صناعي ببث إشارة تحمل موقعه ( موقع القمر الصناعي ) كما تحمل زمن أو لحظة بث الإشارة ، و يقوم جهاز الإستقبال بإستقبال هذه الإشارة و عن طريق معرفته للحظة الإستقبال و سرعة إنتقال الموجة أو الإشارة فإنه يتمكن من تحدد المسافة التي تفصله عن القمر الصناعي ( معرفة المسافة فقط و ليس الموقع ) أي أنه نظريا إذا عرفت المسافة فإن النقطة المراد تحديد موقعها سوف تكون على سطح كرة قطرها تلك المسافة ، و بناءا علي ذلك فإذا أخذنا ثلاث إشارات من ثلاث أقمار مختلفة فإن نقطة تقاطع الكرات الثلاث هي موقع النقطة المراد تحديد إحداثياتها ، و لهذا السبب فإنه لتحديد موقع نقطة ما فإن نظام GPS يحتاج نظريا إلى 3 أقمار صناعية على الأقل لتحديد موقع هذه النقطة .

 

 

This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 666x560 and weights 46KB.
( رصد لنقطة بغرض تحديد موقعها و إحداثياتها بواسطة 4 أقمار صناعية )

فإذا كان المستقبل موجود في الإحداثيات و إذا سلمنا للتبسيط بأن سرعة إنتشار الإشارة ثابتة و هي ( سرعة الضوء ) و أن الإشارة لا يتم إنحرافها عند عبور طبقات الغلاف الجوي و إذا سلمنا أن الأقمار الصناعية الأربعة الباثة موجودة في الإحداثيات و أنها تبث في اللحظة tn موقعها و لحظة بدء البث فإننا نحصل النموذج الرياضي لنظرية عمل نظام GPS في صورة المعادلات الأربعة التالية :

حيث c هي سرعة إنتقال الإشارة و ذلك لتحديد المجهولات الثلاث أي موقع المستقبل و المجهول الرابع t0 أي لحظة الإستقبال .

و قد أثبت نظام GPS لتحديد المواقع كفاءة عالية جدا في كافة المجالات و بخاصة في الإستخدامات العسكرية و هي تعتبر أساس التفكير في تصميم المنظومة ، و قد منح نظام تحديد المواقع GPS القدرة الكاملة علي الوصول إلي مستوي دقة في التحديد يبلغ 1 سم مما أحدث ثورة في عالم الملاحة الإلكترونية و بخاصة في مجال الملاحة العسكرية ، حيث تستخدم أجهزة الملاحة البرية التي تعتمد علي نظام GPS في الوحدات الخاصة و التي تحتاج إلي وسيلة ذاتية لتحديد المواقع و الإتجاهات دون الإعتماد علي دعم تقني موجه في حالة القيام بعمليات لا تسمح بمثل هذا الدعم مثل عمليات خلف الخطوط ، كما تستخدم أجهزة تحديد الموقع و التي تعتمد علي نظام GPS في بعض الأسلحة الذكيةو بخاصة الصواريخ الموجهة طويلة المدي مثل الصاروخ الأمريكي ( TOMAHAWK CRUISE ) و الذي يعد أهم طرازات الصواريخ طويلة المدي لدي الجيش الأمريكي .

الصاروخ الأمريكي ( TOMAHAWK CRUISE )

و قد كانت الولايات المتحدة بصفة عامة تقوم بالتشويش علي التطبيقات المدنية لنظام GPS إلا انها توقفت عن ذلك في عام 2000 بخلاف بعض المواقع التي إستمر التشويش عليها بناءا علي التوجهات الإستراتيجية الأمريكية العسكرية ، علي الرغم أن نظام GPS أمريكي النشأة ليس هو النظام الوحيد الموجود حاليا في العالم ، حيث تتقدم روسيا خطوات واسعة في طريقها إلي إنهاء العمل في نظامها للتوجيه و تحديد المواقع GLONASS و ستتمكن روسيا من تغطية أراضيها بالكامل بهذا النظم بنهاية العام 2008 ، و لكن و في النهاية سيظل نظام GPS هو أول نظام متكامل يتيح تطبيقات متنوعة لتكنولوجيا التوجيه و تحديد المواقع عرفه العالم .

 

 

[الباسل]

موضوع رائع بارك الله فيك

 

 

[المنتصر]

الملاحة

مقدمة.
الملاحة هي علم وتقنية توجيه السفن أو الطائرات من مكان لآخر وتحديد موقعها. وهي تمثل عملية التخطيط والتسجيل والتحكم بحركة المراكب أثناء الانتقال.

الملاحة قديما.
الملاحون القدامى اتبعوا العلامات المرئية في السواحل ودرسوا الرياح لتحديد اتجاه الملاحة. استخدم الفينيقيين والبولينيسيين النجوم لمعرفة طرق ملاحتهم. في حدود العام 1100 اخترع الصينيون البوصلة وهي من أقدم الأدوات الملاحية التي استعان بها الملاحون، بالرغم من أن دقتها لم تكن كبيرة وبالأخص في البحار العميقة. أما البوصلات الحالية فهي مثبتة في الجيروسكوب وموضوعة في صناديق خاصة لتكافئ حركة السفن. حسبت سرعة السفن أولاً بواسطة رمي مقياس من فوق جانب المركب مرتبط ببكرة خيط معقود بفواصل المركب. عدد العقد الذي يظهر حينما ينجرف المقياس حتى تتفرغ الساعة الرملية يحدد سرعة المركب بوحدة العقدة. الجداول والخرائط هي أدوات ملاحية مهمة أيضاً. تحديد الموقع يتطلب تدوين التفاصيل في الجداول حتى يمكن معرفة هذا الموقع. الأداة المستخدمة قديماً لمعرفة خطوط العرض تعرف بالربعية، وهي تقيس ارتفاع النجم القطبي أو شمس منتصف النهار. ومن بين الأدوات القديمة الأخرى المستخدمة في الملاحة السدسية والأسطرلاب. أما خطوط الطول فقيست في القرنين 17 و 18 باستخدام مقياس زمني (chronometer) وجداول تعرض مراكز بعض الأجسام السماوية طوال العام. في القرن 20 استخدمت المنارات والشبكات الفضائية لتحديد المواقع.



الملاحـة الحديثة

وهي توجيه المركبات (طائرات-سفن-سيارات)من مكان لأخر والقدرة علي تحديد مكانها في أي وقت


نبذة تاريخية.

اول من اكتشف علم الملاحة هم الفينيقيون والملاح معناه ربان السفينة وكلمة الملاحة navigation مشتقة من كلمة لاتينية وهي navis ومعناها السفينة وكلمة agree ومعناها يوجه .


انـواع الملاحـة.

1.ملاحة برية: وتستخدم في سباق السيارات في الصحراء وخلال رحلات الصيد والاستكشافات البرية.

2.ملاحة بحرية:وتستخدم مع القطع البحرية لتوجيهها من مكان لأخر.

3.ملاحة جوية:وهي علم توجيه الطائرة من مكان لآخر والقدرة علي تحديد مكانها في أي وقت أثناء الطيران وهي أصعب انواع الملاحة.

هناك خمس طرق للملاحة وهي:


طرق الملاحة.

1- الملاحة الساحلية .

2- الملاحة اللالكترونية .

3- الملاحة الفلكية .


الملاحة الجوية.

عندما نطير من نقطة لأخرى أو من مكان لآخر فإننا نحتاج :

معرفة مكاننا لكن ليس هناك إشارات أو أى أحد لكى نسأله عن الطريق لهذا نستخدم علم يسمى علم الملاحة .

لكن الفرق بين الملاحة الجوية وأى ملاحة أخرى أنك تطير بسرعات عالية جداً ولا تستطيع أن تتوقف في الجو وتريد أن تعرف مكانك لهذا فإنها صعبة جداً ومهمة جداً .

1- الملاحة بالرؤية :

احدى طرق الملاحة التى تستخدم الرؤية حيث يتم النظر للمعالم الأرضية والمقارنة بينها وبين الخريطة ومنها أعرف مكانى :

2- الملاحة التقديرية : سوف أشرحها باختصار :

عندما تسير بسيارتك بسرعة 100 كم / ساعة لمسافة 50كم – فما هو الوقت الذى سوف تستغرقه لتقطع هذه المسافة؟
نصف ساعة

عندما تطير من مكان لآخر يوجد رياح تؤثر فيك وتسبب انحرافك
ولهذا سوف تطير منحرفاً في الاتجاه العكسى لكى تسير على نفس خط سيرك للمكان المتوجه إليه

3- الملاحة اللاسلكية:

هناك منارة لاسلكية مكانها معروف ولهذا استطيع أن أعرف مكانى بالنسبة لها . أنا على اتجاه 270o ومسافة 25 كم من هذه المنارة اللاسلكية ولهذا أعرف مكانى .

4- الملاحة الفلكية :

وتتم باستخدام النجوم في السماء التى تظهر في وقت محدد في السنة وأحدد مكانى بالنسبة لها مثل استخدام النجم القطبى لمعرفة اتجاه الشمال .

5- الملاحة باستخدام الأقمار الصناعية :

هناك أحد الأنظمة التى تستخدم الأقمار الصناعية وهى جى بى إس ماذا تعرف عن هذا النظام ؟

هو نظام يتكون من 24 قمر صناعى يدورون حول الأرض يتم معرفة المكان باستخدام 4 أقمار على الأقل عن طريق معرفة الإحداثيات .

لقد قسم العلماء الأرض إلى خطوط طول ودوائر عرض لتسهيل معرفة مكانك . هناك 360 خطوط طول و 180 دائرة عرض .

كيف يختلف الوقت من مكان لآخر ؟

كل خط طول يختلف عن الذى يعده بـ 4 دقائق فرق زمن :

24 ساعة × 60 دقيقة /360= 4 دقيقة س ع على خط طول 60 ولهذا فرق الوقت بين س ع وانجلترا 4ساعات ولهذا عندما نرى الوقت في التليفزيون GMT 12:00 فيكون الوقت في س ع 1600 وهذا هو سبب اختلاف الوقت بين الدول .