سنعيد كتابة العلم بأبجدية عربية

  • الرئيسية
  • الفئات
  • الباحثون السوريون TV
  • من نحن
  • اتصل بنا
  • About Us
x
جارِ تحميل الفئات

كيف يعمل نظام الـ GPS ؟

المعلوماتية >>>> اتصالات وشبكات


تم حفظ حجم الخط المختار

عندما تتوه في إحدى المناطق و لا تعرف أين تتجه , تنظر في جهاز الGPS فتبتسم و تعرف أين أنت !
كيف يعمل نظام تحديد المواقع العالمي GPS ؟ و كيف يعرف موقعك ؟



كان أجدادنا يستعملون مقاييس صارمة حتى لا يضيعوا .أقاموا معالم أثرية , صنعوا الخرائط و تعلموا قراءة النجوم في سماء الليل . اليوم , غدت الأمور أسهل بكثير . طالما لديك مستقبل GPS و رؤية صافية للسماء , لن تضيع مجدداً !
نظام تحديد المواقع العالمي هو مجموعة من 27 قمر صناعي يدور حول الأرض (24 منها تعمل و 3 إضافية في حال تعطل أحدها ) . قامت القوات المسلحة الأمريكية بتطويرها عسكرياً , ثم بعد فترة قصيرة قامت بفتح مجال استخدامها أمام الجميع.
كل من هذه الأقمار الصناعية يزن 3000 الى 4000 باوند (1360.777 الى 1814.369 كغ ) و يعمل بالطاقة الشمسية و هي تدور حول الأرض حوالي 12000 ميلاً (أي 19300 كم) , و تقوم بهذه الدورة مرتين يومياً . المدارات منظمة بحيث يكون في أي وقت و أي مكان على الأرض هناك على الأقل أربعة أقمار صناعية مرئية في السماء .
إن عمل مستقبل الGPS هو تحديد موقع أربعة من هذه الأقمار أو أكثر , ومعرفة المسافة الى كل منها , ثم يستعمل هذه المعلومات ليستنتج موقعه.
هذه العملية ترتكز على مبدأ رياضي بسيط يدعى (التثليث المساحي) , سوف نبدأ بالتعرف على التثليث المساحي ثنائي الأبعاد ثم ننتقل الى ثلاثي الأبعاد.
تخيل أنك في مكان ما من الولايات المتحدة و ضعت كلياً , تسأل شخصاً من المنطقة : أين أنا ؟ فيجيبك : أنت على بعد 625 ميلاً (1000كم) من Boise في Idaho .
هذه الحقيقة ليست مفيدة بحد ذاتها , إذ يمكن أن تكون في أي مكان ضمن دائرة حول Boise نصف قطرها 625 ميلاً (1000 كم) !
تسأل شخصاً آخر أين أنت , فيجيبك أنك على بعد 690 ميلاً (1110 كم) من Minneapolis في Minnesota.
إذا جمعت هذه المعلومة مع المعلومة الأولى عن مكانك سوف يكون لديك دائرتين متقاطعتين . أنت الآن إذاً في إحدى نقطتي تقاطع هاتين الدائرتين .
لو أخبرك شخص ثالث أنك على بعد 615 ميلاً (989 كم)من Tucson في Arizona . يمكنك أن تستثني أحد الخيارات , لأن الدائرة الثالثة سوف تتقاطع مع إحدى النقطتين السابقتين بنقطة واحدة فقط .أنت الآن تعرف تماماً أين أنت في Denver في Colorado .
المبدأ ذاته يعمل في الفضاء ثلاثي الأبعاد , لكنك هنا تتعامل مع كرات بدلاً من الدوائر .
تقاطع أول كرتين سيكون دائرة تامة , الكرة الثالثة سوف تتقاطع مع هذه الدائرة في نقطتين , و الأرض بحد ذاتها بمكن أن تمثل كرة رابعة , فقط إحدى النقطتين السابقتين الناتجتين عن التقاطع سوف تقع على سطح الأرض , لذلك يمكنك أن تستبعد النقطة الواقعة في الفضاء .
تنظر المستقبلات عادة الى أربعة أقمار صناعية أو أكثر .الوحدات الأفضل لها مستقبلات متعددة , و يمكنها التقاط الإشارة من عدة أقمار صناعية معاً
مستقبل الGPS يعرف مواقع الأقمار و المسافة بينك و بينها عبر تحليل أمواج الراديو ذات التواتر العالي و الطاقة المنخفضة المنبعثة من أقمار الGPS الصناعية .أمواج الراديو هي طاقات كهرومغناطيسية , هذا يعني أنها تسافر بسرعة الضوء ( حوالي 300,000 كم في الثانية ) , و يمكن للمستقبل أن يعرف المسافة التي قطعتها الإشارة عبر قياس الزمن الذي تطلبته للوصول .
الآن , كيف يعمل المستقبل و القمر الصناعي معاً للقيام بهذا القياس ؟
في زمن معين (لنقل منتصف الليل) يبدأ القمر الصناعي بإرسال نموذج رقمي طويل يدعى (الرمز العشوائي الكاذب) . المستقبل يبدأ بتشغيل النموذج الرقمي ذاته في منتصف الليل تماماً , عندما تصل إشارة القمر الصناعي الى المستقبل , إرساله للنموذج سوف يتأخر بتاً واحداً one bit عن تشغيل المستقبل للنموذج .
طول التأخير يساوي الوقت الذي استغرقته الإشارة في رحلتها . المستقبل يضاعف هذا الوقت بسرعة الضوء ليحدد المسافة التي قطعتها الإشارة . باعتبار الإشارة قد سافرت في خط مستقيم , تكون هذه هي المسافة بين المستقبل و القمر الصناعي.
للقيام بهذه الحسابات , المستقبل و القمر الصناعي يحتاجان لساعات يمكن لها أن تتزامن مع بعضها لدرجة النانوثانية nanosecond (ما يعادل 10-9 من الثانية ) و ذلك عبر استعمال ساعات ذرية على جميع الأقمار الصناعية و المستقبلات. لكن الساعات الذرية تكلف بين ال50,000 و 100,000 دولار , و هذا ما يجعلها غالية الثمن بالنسبة لاستخدام يومي .لذلك يحتوي كل قمر صناعي على ساعة ذرية غالية الثمن , بينما المستقبل يستعمل ساعة عادية من الكوارتز , و التي يعيد ضبطها باستمرار .
حتى تكون معلومات المسافة ذات أهمية , المستقبل عليه أيضاً أن يعرف أين يقع القمر الصناعي بالضبط , لذلك يقوم مستقبل ال GPS ببساطة بتخزين تقويم(روزنامة) تخبره أين يجب أن يكون كل قمر في أي وقت معطى . و أي تغييرات في مدارات الأقمار بسبب أمور مثل قوة سحب القمر و الشمس , يقوم ( قسم الدفاع ) بمراقبة مواقعهم الدقيقة و يرسل أي تعديلات الى جميع مستقبلات الGPS كجزء من إشارات الأقمار .
هل تحدث أخطاء ؟ و كيف يقوم المستقبل بتصحيحها ؟
إن الغلاف الجوي يبطئ من طاقة أمواج الراديو بعض الشيء , كذلك تظهر المشاكل عندما تصطدم الإشارات بأشياء ضخمة مثل ناطحات السحاب , فتعطي المستقبل إيحاء بأن القمر أبعد مما هو عليه . و فوق هذا كله فإن الأقمار أحياناً ترسل معطيات سيئة للتقويم , فتخطئ الإبلاغ عن موقعها . كيف يتم تصحيح هذه الأخطاء ؟ عبر نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي Differential GPS .
الفكرة الأساسية في ذلك هي عبر قياس و معايرة الخطأ في GPS في محطة استقبال ثابتة ذات موقع معروف . طالما أن جهاز الDGPS في المحطة يعرف مسبقاً مكانه , يمكن بسهولة حساب الخطأ لدى مستقبله . ثم تقوم المحطة بإصدار إشارة راديو الى جميع المستقبلات المجهزة بDGPS في المنطقة , و توفرإشارة فيها معلومات التصحيح لتلك المنطقة .
في النهاية , أغلب المستقبلات تدخل المعلومات الخام في خريطة تخزن ضمن الذاكرة و يمكنك عندها أن تستخدم الخرائط المخزنة , أن تقوم بتحميل الخرائط أو أن تبتاع خرائط لمنطقتك و تبحث فيها .
إذاً و بنظرة الى مجمل ما يخبرك به جهاز GPS : المسافة التي قطعتها , المدة التي قضيتها متنقلاً , سرعتك الحالية , معدل سرعتك , مساراً يظهر لك بالضبط أين سافرت على الخريطة و يعطيك كذلك وقتاً تقديرياً لوصولك الى هدفك اذا بقيت بنفس السرعة
ترى هل سنمتلك جهازاً مماثلاً في المستقبل , للتنقل بين الكواكب ؟

Reference: هنا
‫

مواضيع مرتبطة إضافية

المزيد >


شارك

تفاصيل

01-12-2013
9628

المساهمون في الإعداد

ترجمة: Dania S. Humaidan
تعديل الصورة: ليث رستناوي
تدقيق علمي ونشر: Sulieman Al-Rustom

تابعونا على تويتر


من أعد المقال؟

Dania S. Humaidan
ليث رستناوي
Sulieman Al-Rustom

مواضيع مرتبطة

صور الإنستغرام يمكن أن تكون إحدى علامات التّنبّؤ بالاكتئاب

معيار ISDN – الخدمات والبروتوكولات

كيف يمكن للهندسة العكسية أن تنقذ أرواحاً، والاختراق الذي أنهى الحرب العالمية!

خصوصية نشاطك على الفيسبوك؛ كن ذكياً في وضع إعجاباتك وتعليقاتك!

لماذا نحتاج لبروتوكول OAuth

إلغاء صداقة الأشخاص عبر موقع التواصل الاجتماعي الفيس بوك: أسبابه وتأثيراته

التفاعل بين الإنسان والحاسوب (HCI)

مزيد من الحياة لشاشات الأجهزة اللّوحيّة

أبراج هانوي

تغريدة أدخلت فتاة عمرها 14 عام إلى السجن

شركاؤنا

روابط مهمة

  • الشركاء التعليميون
  • حقوق الملكية
  • أسئلة مكررة
  • ميثاق الشرف
  • سياسة الكوكيز
  • شركاؤنا
  • دليل الشراكة
جميع الحقوق محفوظة لمبادرة "الباحثون السوريون" - 2023