كيف يعمل نظام GPS؟

ما هو الـ GPS؟

نظام تحديد المواقع العالمي أو نظام تحديد المواقع العالمي هو نظام ملاحة عبر الأقمار الصناعية يوفر معلومات عن الموقع والوقت في جميع الظروف المناخية للمستخدم. يستخدم GPS للملاحة في الطائرات والسفن والسيارات والشاحنات أيضًا. يمنح النظام قدرات حرجة للمستخدمين العسكريين والمدنيين في جميع أنحاء العالم. يوفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تحديدًا مستمرًا ثلاثي الأبعاد للمواقع وملاحة وتوقيتًا في جميع أنحاء العالم.

كيف يعمل نظام GPS؟

يتكون GPS من ثلاثة أجزاء:

1) الجزء الفضائي: أقمار GPS الصناعية

2) نظام التحكم الذي يديره الجيش الأمريكي.

3) شريحة المستخدمين ، وتشمل المستخدمين العسكريين والمدنيين ومعدات GPS الخاصة بهم.

قطعة الفضاء:

الجزء الفضائي هو عدد الأقمار الصناعية في الكوكبة. وهي تتألف من 29 قمرا صناعيا تدور حول الأرض كل 12 ساعة على ارتفاع 12000 ميل. يتم استخدام وظيفة المقطع الفضائي لتوجيه إشارات التوجيه / الملاحة ولتخزين وإعادة إرسال رسالة المسار / الملاحة المرسلة بواسطة جزء التحكم. يتم التحكم في عمليات الإرسال هذه بواسطة ساعات ذرية عالية الاستقرار على الأقمار الصناعية. يتكون الجزء الفضائي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من كوكبة من الأقمار الصناعية بها عدد كافٍ من الأقمار الصناعية لضمان أن يكون لدى المستخدمين ، على الأقل ، 4 أقمار صناعية متزامنة معروضة من أي نقطة على سطح الأرض في أي وقت.

جزء التحكم:

يتكون جزء التحكم من محطة تحكم رئيسية وخمس محطات مراقبة مزودة بساعات ذرية منتشرة حول العالم. تراقب محطات المراقبة الخمس إشارات أقمار GPS الصناعية ثم ترسل تلك المعلومات المؤهلة إلى محطة التحكم الرئيسية حيث يتم مراجعة العيوب وإرسالها مرة أخرى إلى أقمار GPS الصناعية من خلال الهوائيات الأرضية. يشار إلى جزء التحكم أيضًا باسم محطة المراقبة.

قطعة التحكم

شريحة المستخدم:

يتألف جزء المستخدم من مستقبل GPS ، الذي يستقبل الإشارات من أقمار GPS الصناعية ويحدد مدى بعده عن كل قمر صناعي. يستخدم هذا الجزء بشكل أساسي للجيش الأمريكي وأنظمة توجيه الصواريخ والتطبيقات المدنية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في كل مجال تقريبًا. يستخدم معظم المدنيين هذا من المسح إلى النقل إلى الموارد الطبيعية ومن هناك إلى الأغراض الزراعية ورسم الخرائط أيضًا.

شريحة المستخدم

كيف يحدد GPS الموقع:

يعتمد عمل / تشغيل نظام تحديد المواقع العالمي على مبدأ 'التثليث' الرياضي. يتم تحديد الموقع من قياسات المسافة إلى الأقمار الصناعية. من الشكل ، يتم استخدام الأقمار الصناعية الأربعة لتحديد موضع جهاز الاستقبال على الأرض. تم تأكيد الموقع المستهدف بواسطة 4^العاشرالأقمار الصناعية. وتستخدم ثلاثة أقمار صناعية لتتبع مكان المكان. يتم استخدام قمر صناعي رابع لتأكيد الموقع المستهدف لكل من تلك المركبات الفضائية. يتكون نظام تحديد المواقع العالمي من قمر صناعي ومحطة تحكم ومحطة مراقبة وجهاز استقبال. يأخذ مستقبل GPS المعلومات من القمر الصناعي ويستخدم طريقة التثليث لتحديد موقع المستخدم بدقة.

يتم استخدام GPS في بعض الحوادث بعدة طرق ، مثل:

1. لتحديد مواقع المواقع على سبيل المثال ، تحتاج إلى إرسال إحداثيات موقع موقعك على الراديو إلى طيار هليكوبتر حتى يتمكن الطيار من اصطحابك.
2. للتنقل من موقع إلى آخر على سبيل المثال ، تحتاج إلى السفر من نقطة مراقبة إلى محيط النار.
3. لإنشاء خرائط رقمية على سبيل المثال ، يتم تكليفك برسم محيط النار والنقاط الساخنة.
4. لتحديد المسافة بين نقطتين مختلفتين.

3 مزايا GPS:

• يعد نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية GPS أداة مهمة للمستخدمين العسكريين والمدنيين والتجاريين
• يمكن لأنظمة تتبع المركبات التي تعتمد على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أن تزودنا باتجاهات منعطفة
• سرعة عالية جدا

2 عيوب GPS:

• إشارات الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ضعيفة جدًا عند مقارنتها بإشارات الهاتف ، لذا فهي لا تعمل جيدًا في الداخل أو تحت الماء أو تحت الأشجار وما إلى ذلك.
• تتطلب أعلى دقة خط رؤية من جهاز الاستقبال إلى القمر الصناعي ، ولهذا السبب لا يعمل نظام تحديد المواقع العالمي بشكل جيد في البيئة الحضرية.

باستخدام جهاز استقبال GPS:

هناك العديد من الطرز والأنواع المختلفة لأجهزة استقبال GPS. أثناء العمل مع مستقبل GPS ، من المهم أن يكون لديك:

• بوصلة وخريطة.
• كبل GPS تم تنزيله.
• بعض البطاريات الإضافية.
• معرفة سعة ذاكرة جهاز استقبال GPS لمنع فقدان البيانات وتقليل عدم دقة البيانات أو مشاكل أخرى.
• هوائي خارجي كلما أمكن ذلك ، خاصة تحت مظلة الشجرة أو في الأخاديد أو أثناء القيادة.
• جهاز استقبال GPS للإعداد وفقًا لنظام إحداثيات التنظيم المعياري للوكالة أو الحادث.
• الملاحظات التي تصف ما تقوم بحفظه في جهاز الاستقبال.

خطأ GPS

هناك العديد من مصادر الأخطاء المحتملة التي من شأنها أن تقلل من دقة المواضع المحسوبة بواسطة مستقبل GPS. يمكن تغيير وقت السفر الذي تستغرقه إشارات القمر الصناعي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من خلال التأثيرات الجوية عندما تمر إشارة GPS عبر طبقة الأيونوسفير والتروبوسفير ، مما يتسبب في اختلاف سرعة الإشارة عن سرعة إشارة GPS في الفضاء. مصدر آخر للخطأ هو الضوضاء ، أو تشويه الإشارة الذي يتسبب في حدوث تداخل كهربائي أو أخطاء متأصلة في مستقبل GPS نفسه. ستتسبب المعلومات المتعلقة بمدارات الأقمار الصناعية أيضًا في حدوث أخطاء في تحديد المواقع لأن الأقمار الصناعية ليست حقًا المكان الذي 'يفكر' فيه مستقبل GPS استنادًا إلى المعلومات التي تلقاها عند تحديد المواقع. الاختلافات الصغيرة في الساعات الذرية على متن الأقمار الصناعية يمكن أن تترجم إلى أخطاء كبيرة في الموقع ، خطأ ساعة قدره 1 نانوثانية يترجم إلى 1 قدم أو 0.3 متر خطأ المستخدم على الأرض. يحدث تأثير متعدد المسارات عندما ترتد الإشارات المرسلة من الأقمار الصناعية عن سطح عاكس قبل الوصول إلى هوائي المستقبل. خلال هذه العملية ، يحصل المستقبل على الإشارة في مسار خط مستقيم بالإضافة إلى المسار المتأخر (مسارات متعددة). التأثير مشابه لصورة شبح أو صورة مزدوجة على جهاز تلفزيون.

التخفيف الهندسي للدقة (GDOP)

يمكن أن تؤثر هندسة القمر الصناعي أيضًا على دقة تحديد المواقع GPS. يشار إلى هذا التأثير باسم التخفيف الهندسي للدقة (GDOP). وهو يشير إلى مكان وجود الأقمار الصناعية حول بعضها البعض وهو مقياس لجودة تكوين القمر الصناعي. يمكن أن يكون قادرًا على تعديل أخطاء GPS الأخرى. تحدد معظم أجهزة استقبال GPS كوكبة القمر الصناعي التي ستوفر أقل قدر من عدم اليقين وأفضل هندسة للقمر الصناعي.

عادةً ما تُبلغ مُستقبلات GPS عن جودة هندسة القمر الصناعي من حيث تخفيف موضع الدقة ، أو PDOP. PDOP عبارة عن نوعين ، قياسات أفقية (HDOP) وعمودية (VDOP) (خطوط الطول والعرض والارتفاع). يمكننا التحقق من جودة تحديد موقع جهاز الاستقبال من خلال قيمة PDOP. يشير DOP المنخفض إلى احتمالية أعلى للدقة ، ويشير DOP العالي إلى احتمال أقل للدقة. مصطلح آخر من PDOP هو TDOP (التخفيف الزمني للدقة). يشير TDOP إلى إزاحة ساعة القمر الصناعي. على مستقبل GPS ، يمكن تعيين معلمة تُعرف باسم قناع PDOP. سيؤدي ذلك إلى تجاهل جهاز الاستقبال تكوينات القمر الصناعي التي تحتوي على PDOP أعلى من الحد المحدد.

التوافر الانتقائي (SA) :

يحدث التوافر الانتقائي عندما تتسبب وزارة الدفاع عن عمد في تدهور دقة إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) عن طريق إدخال أخطاء اصطناعية على مدار الساعة وتقويم التقويم. أثناء تنفيذ SA ، كان أكبر مكون لخطأ GPS ، مما تسبب في خطأ يصل إلى 100 متر. SA هي أحد مكونات خدمة تحديد المواقع القياسية (SPS).

مصدر الصورة:

• جزء التحكم gstatic
• شريحة المستخدم حسب gstatic