كيف تعمل تقنية تحديد الموقعGPS

نظام تحديد الموقع بمساعدة الأقمار الصناعية  Global Positioning System  الذي أبصر النور في الميدان العسكري في وزراة الدفاع الأمريكية، ثم ما لبث أن أصبح قيد الاستخدامات المدنية والتجارية على مجال واسع، وهذا الحال مع أكثر التقنيات في مجال هندسة الاتصالات، تولد الفكرة عسكرية ثم تُستثمر في القطاع المدني لجلب الأرباح الطائلة وتسهيل حياة البشر على حدٍ سواء حتى تطال أكبر عدد ممكن من المستخدمين.

مكونات النظام 

يتكون نظام تحديد الموقع العالمي GPS من عدة أجزاء تعمل معا للوصول إلى أدق نتيجة ممكنة، والربط بين تلك الاجزاء يكون لا سلكيا نظرا لتباعدها عن بعض وتوزعها العشوائي.

الأقمار الصناعية 

تتوزع في مدارات محددة حول الأرض ويكون عددها 32 قمرا صناعيا، 24 قمرا أساسيا والأقمار الثمانية المتبقية تكون مستعدة للاستخدام في حالات الطوارئ والصيانة، فالعمر الافتراضي للقمر الصيناعي بحدد 10 سنوات ثم يخرج عن الخدمة ليحل قمرا جديدا مكانه، فقبل انتهاء العمر الافتراضي ربما يحدث خلل في أحد أقمار المنظومة، ليتم استبداله بواحد أخر أثناء اجراء عملية الصيانة قبل ان يتم اعادته للعمل.

بعد اطلاق الأقمار الصناعية وخروجها من مجال الجاذبية الأرضية ووصولها لمدارها الصحيح، ينفصل القمر عن الجزء الخاص باخراجه من مجال الجاذبية، ليبدأ العمل الموكل إليه، ويتم تزويدوه بالطاقة عن طريق خلايا شمسية تقوم بشحن بطاريات خاصة توفر الطاقة اللازمة لعمل مكونات القمر الصناعي.

المحطات الارضية

تعتبر العنصر الأساسي في المنظومة، فهي مسؤولة عن اطلاق الأقمار الصناعية والتأكد من وصولها للمدار الصحيح، عن طريق إشارات متبادلة بين المحطة و القمر الذي يرسل تقريرات متواصلة عن حالته ، ارتفاع، سرعة ، تسارع، حركة الأجسام المجاورة..الخ

 

تتولى الهوائيات العملاقة توجيه الاشارات المرسلة والمستفبلة المسافرة لمسافات بعيدة، وتتحسس تلك الاشارات الضعيفة المشوهة بفعل العوامل الجوية المختلفة، رطوبة، غيوم، رياح، التي تعترض مسار الاشارات.

أجهزة الاستقبال

تتنوع اجهزة الاستقبال لاشارات نظام  GPS ، فيكن أن تكون سوار بيد طفل صغير او رجل كبير في السن بغرض التعقب في حال فقدانه ، أو تكون مدمجة في السيارات او الدراجات الهوائية او الكهربائية، والتواجد الأكثر انتشارا في الهواتف المحمولة كجزء أساسي في تلك الأجهزة

ألية العمل 

تعتمد الية العمل في نظام تحديد الموقع GPS  على تلك الأجزاء الأساسية، فعند تحديد موقع شخص ما فالأمر يمر عبر عدة مراحل بغية الوصول لنتيجة دقيقة.

عند طلب جهاز الاستقبال تحديد موقعه أو موقع مكان ما يريد زيارته، فعليه أن يكون متاح الوصول إليه على الأقل من قبل 4 أقمار صناعية الخاصة بمنظمونة GPS   وكلما زاد العدد لتلك الأقمار زادت الدقة، فالأقمار الصناعية معلومة الموقع والمدار بشكل مسبق وهذه نقطة المرجع عند تحديد الموقع.

يقوم جهاز الاستقبال بسؤال القمر الأول عن الموقع ، فيكون الجواب باحداثيات معينة ، ثم احداثيات من القمر الثاني والثالث والرابع وهكذا تتم عملية جمع البيانات من الأقمار الصناعية، 

الخطوة التالية التواصل مع المحطة الأرضية التي تحتوي كل التفاصيل عن الأقما ر الصناعية، موقع، مدار ، سرعة ....الخ فعند مقارنة بيانات القمر الأول مع تلك المرسلة من قبله لجهاز الاستقبال وبعمليات رياضية داخل جهاز الاستقبال، نحصل على أول احداثيات متوقعة لطالب الموقع. بتكرار تلك العملية مع بيانات الأقمار الأربعة او أكثر والمقارنة مع معلومات المحطات الأرضية، نصل لموقع هاتف مسرق مثلا في حال كنا نبحث عن الهاتف.

وتسمى تلك الطريقة بطريقة التثليث المساحي أو التربيع المساحي ، نظرا لتوافر عدة مصادر عن احداثيات موقع جهاز الاستقبال، ورغم كل هذه الاحترازات في دقة الموقع، يبقى الخطأ وارد في هذه المنظومة، ويكون السبب في تأثر بعض الاشارات بالعوامل الجوية أو عدم توافر بيانات عالية الدقة عن المكان المطلوب أو تشابه تلك الاحداثيات مع اخرى في قاعدة البيانات.

المراجع

ويكيبيديا