شرح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

شرح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) 

تعريف GPS

GPS (Global Positioning System) هو نظام ملاحة عالمي يعتمد على الأقمار الصناعية لتحديد الموقع الجغرافي بدقة على سطح الأرض. تم تطويره في الأصل من قبل وزارة الدفاع الأمريكية لأغراض عسكرية، ثم أتيح للاستخدام المدني في الثمانينيات.

مكونات GPS

يتكون النظام من ثلاثة أجزاء رئيسية:

1. الجزء الفضائي (Satellites)

يتألف من 31 قمراً صناعياً نشطاً تدور حول الأرض على ارتفاع حوالي 20,200 كيلومتر.

الأقمار موزعة على 6 مدارات بحيث يضمن وجود 4 أقمار على الأقل فوق أي نقطة على الأرض في جميع الأوقات.

كل قمر يرسل إشارات تحتوي على:

الوقت الدقيق.

الموقع الحالي للقمر.

2. الجزء الأرضي (Control Segment)

يضم محطات التحكم الأرضية المنتشرة حول العالم.

مسؤولياتها:

متابعة حركة الأقمار الصناعية.

تصحيح مدارات الأقمار.

تحديث بيانات الملاحة.

3. الجزء المستخدم (User Segment)

يشمل أجهزة الاستقبال (مثل الهواتف الذكية، والساعات الذكية، وأجهزة الملاحة).

تستقبل إشارات الأقمار الصناعية لتحليلها وتحديد الموقع.

كيف يعمل GPS؟

1. إرسال الإشارة:

الأقمار ترسل إشارات تحتوي على:

موقع القمر الصناعي.

التوقيت الذي أُرسلت فيه الإشارة.

2. استقبال الإشارة:

جهاز الاستقبال (مثل هاتفك) يلتقط الإشارة من 4 أقمار صناعية على الأقل.

3. حساب المسافة:

يُحسب الوقت الذي استغرقته الإشارة للوصول إلى الجهاز.

باستخدام السرعة (سرعة الضوء) والزمن، يتم حساب المسافة إلى كل قمر صناعي.

4. تحديد الموقع:

باستخدام مبدأ التثليث (Triangulation):

المسافات المرسلة من الأقمار تُستخدم لتحديد موقع الجهاز على سطح الأرض.

دقة GPS

تتراوح دقة GPS المدني بين 5 إلى 10 أمتار في الظروف المثالية.

في الأنظمة العسكرية أو مع تقنيات تحسين الدقة (مثل WAAS أو DGPS)، يمكن أن تصل الدقة إلى أقل من متر واحد.

عوامل تؤثر على الدقة:

1. التداخل الجوي:

الإشارات تتباطأ عند مرورها عبر الغلاف الجوي.

2. عدد الأقمار:

كلما زاد عدد الأقمار المتاحة، تحسنت الدقة.

3. التضاريس أو العوائق:

المباني العالية أو الجبال قد تعيق الإشارة.

4. إعدادات الجهاز:

أجهزة ذات مستقبلات قوية تقدم دقة أعلى.

استخدامات GPS

1. التطبيقات اليومية:

الملاحة في السيارات والهواتف الذكية.

تتبع المواقع الجغرافية.

إدارة الطرق والنقل.

2. الاستخدامات العسكرية:

توجيه الصواريخ والطائرات بدون طيار.

تحديد مواقع القوات.

3. الزراعة الدقيقة:

توجيه الآلات الزراعية.

قياس المساحات وتحسين الإنتاجية.

4. البحث والإنقاذ:

تحديد موقع الأشخاص المفقودين.

مساعدة فرق الطوارئ.

5. البحوث العلمية:

قياس تحركات الصفائح التكتونية.

دراسة المناخ والطقس.

مزايا GPS

1. دقة عالية:

يوفر تحديد الموقع بدقة في معظم أنحاء العالم.

2. تغطية عالمية:

يعمل في أي مكان على الأرض.

3. مجاني:

الاستخدام المدني للنظام مجاني بالكامل.

4. سهولة التكامل:

يمكن دمجه في العديد من الأجهزة بسهولة.

تحديات GPS

1. فقد الإشارة:

في الأماكن المغلقة أو المناطق ذات التضاريس الوعرة.

2. تعرضه للتشويش:

يمكن التشويش على الإشارة بسهولة في بعض الحالات.

3. الاعتماد الكبير:

كثير من الأنظمة أصبحت تعتمد عليه بشكل كامل، مما يعرضها للمخاطر إذا توقف النظام.

أنظمة موازية لـ GPS

1. GLONASS (روسيا):

نظام تحديد المواقع الروسي.

2. Galileo (الاتحاد الأوروبي):

يقدم دقة عالية في المواقع.

3. BeiDou (الصين):

نظام صيني متقدم.

4. NavIC (الهند):

نظام إقليمي هندي.

البيت الجغرافي 

جغرافيا بلا حدود