كيف يحدد GPS موقعك (فكرة عمل GPS)

لابد من معرفة نظام GPS واستخدامه مرة واحدة على هاتفك الذكي أو في سيارتك أو بأي طريقة أخرى ، ومعرفة أهميته وكيف يمكنك من خلاله معرفة موقعك الدقيق وفقًا لخط الطول والعرض ، بالإضافة إلى اتجاه السفر الذي تأخذه بأسرع طريقة. يمكنك أيضًا معرفة مستوى ارتفاعك. سطح البحر وأشياء أخرى ، كل هذا يمكنك القيام به من خلال هاتفك الذكي الذي يحتوي على هذه الميزة ، في سيارتك ، أو حتى إذا كنت تمتلك جهاز GPS للتقنية نفسها ، مهما كانت الوسائل التي تستخدم بها GPS. هل فكرت في كيفية عمل GPS وكيف يتم تحديد موقعك بدقة؟ ! اعتقدت !! أردت أن أشارككم ما وجدته ، لذا ركزوا معي.

ما هو الـ GPS؟

يجب أولاً أن نلقي الضوء على ماهية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بالضبط قبل أن نفهم كيف يعمل. لن أذهب بعيدًا عن موضوعنا الرئيسي ولن أخوض في الكثير من التفاصيل ، ولكن يجب أن نلقي نظرة سريعة ونلقي الضوء على بعض المعلومات هنا ، بما في ذلك أن GPS ليس سوى اختصار لنظام تحديد المواقع العالمي أو نظام تحديد المواقع العالمي ، وقد تجده أيضًا تحت الاسم المختصر NAVSTAR-GPS ، وهو اختصار لنظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية ، التوقيت ونظام تحديد المواقع العالمي ، وهذه الإضافة هي إشارة إلى دور الأقمار الصناعية في هذا النظام. ظهر هذا النظام عسكريا ونتيجة لحاجته في المجالات المدنية إلى تحديد مواقع حوادث الطيران والطائرات المباشرة وغيرها من الوسائل ، خاصة خلال أيام الحرب الباردة ، عندما تخطت طائرة كورية الطريق واصطدمت بها. طائرة سوفيتية داخل منطقة جوية سوفيتية محظورة ، وكانت هذه الطائرة تقل 269 شخصًا من أصل 16 جنسية مختلفة ، ومنذ ذلك الوقت ، تم استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للأغراض المدنية ، لعدم حدوث أخطاء ملاحية مماثلة.

ماذا يتكون نظام GPS؟

الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض ، وعددها ما يقرب من 24 إلى 32 قمرا صناعيا. يتم استخدام 24 منهم فقط ، والباقي احتياطي. يدور كل من هذه الأقمار الصناعية حول الأرض مرتين كل 24 ساعة في 8 مستويات. يحتوي كل مستوى على 3 أقمار صناعية ، بإجمالي 24 قمراً صناعياً. بالإضافة إلى الأقمار الصناعية الاحتياطية ، فإن سرعة هذه الأقمار الصناعية أثناء الدوران تصل إلى 11300 كيلومتر في الساعة ، وتدور هذه الأقمار على ارتفاع حوالي 20372 كيلومترًا ، وعادة ما يتم تغيير هذه الأقمار الصناعية كل 10 سنوات.

محطات التحكم الأرضية وعملها هو التحكم في هذه الأقمار الصناعية ومراقبتها بشكل مستمر وتزويدها بالبيانات والمعلومات الهامة من أجل حساب الإحداثيات بدقة. تقع محطة التحكم الرئيسية للنظام في ولاية كولورادو الأمريكية وتتبعها 5 محطات أخرى حول العالم بالإضافة إلى محطات المراقبة.

المستخدم ، وهو مستقبلات GPS ، يحتوي على دوائر إلكترونية معقدة يتحكم فيها معالج دقيق ، وبالطبع تختلف دقته من جهاز إلى آخر ، ويستقبل إحداثيات ويشير إلى موقعك واتجاهك.

كيف يتم تحديد الموقع بواسطة هذا النظام؟

في محطات التحكم الأرضية ، يتم استقبال الإشارات من الأقمار الصناعية في الفضاء والتي ترسل موجات راديو بتردد 1575.42 ميجاهرتز أو 1.5 جيجاهرتز تقريبًا ، وتحتوي هذه الإشارات على معلومات عن الأرض ، ثم تعيد هذه المحطات إرسال إشارات أخرى لتزويد الأقمار الصناعية. بمعلومات مهمة حتى يعمل القمر بشكل أفضل ، مثل موقع هذا القمر ومداره في ذلك الوقت والوقت المحدد بعد ذلك ، يرسل القمر الصناعي إشارات موقعه إلى أجهزة GPS الموجودة على الأرض ، ويقوم الجهاز بتخزين هذه المعلومات حول مدار كل قمر ومكان تواجده ، ويتم تحديث هذه المعلومات باستمرار من خلال محطات التحكم الأرضية التي تحدثنا عنها ، ولكي يقوم مستقبل GPS بتحديد الموقع بدقة ، فإنه يستقبل الإشارات من 4 أقمار صناعية على الأقل ويقارنها ، ويحدد جهاز الاستقبال المسافة بينه وبين كل قمر صناعي عن طريق حساب الوقت الذي استغرقته الإشارة من القمر للوصول إلى جهاز. الاستقبال ، وحيث أن الجهاز مجهز به ، فإن سرعة الإشارة التي تصله من الأقمار الصناعية هي سرعة الضوء ، فيكون للجهاز الوقت والسرعة ، ومن خلال الوقت والسرعة يمكنه حساب المسافة بينه وبين القمر في هذا الوقت من خلال العلاقة الوقت المعروف x السرعة=المسافة ، وبالتالي يتم تحديد المسافة لأربعة أقمار صناعية على الأقل. عندما تحسب المسافة بينه وبين أول قمر ، وكانت على سبيل المثال 1000 كم ، احتمالية أن يكون موقعك بالنسبة للقمر عند نقطة على نصف قطر 1000 كم في أي اتجاه وبحساب المسافة الخاصة بك من القمر الثاني ، بافتراض 700 كيلومتر ، تم رسم دائرة ثانية نصف قطرها 700 كيلومتر ، وتلتقي هذه الدائرة مع الدائرة الأولى عند نقطتين ، واحتمال أن يكون موقعك على إحدى هاتين النقطتين ، و هذا أيضًا غير دقيق ، وبمجرد أن المسافة بين مستقبل GPS والقمر الثالث ، وليكن على مسافة 800 كيلومتر ، يتم رسم دائرة ثالثة نصف قطرها 800 كيلومتر ، وتتقارب هذه الدائرة مع الاثنين السابقين دوائر عند نقطة واحدة فقط تجمع الدوائر الثلاث ، وهذا هو موقعك بالضبط ، والقمر الرابع هو تأكيد موقعك كما في الصورة ، وهذا النظام يحدد موقعك فقط حوالي 15 متر خطأ

لقد انتهيت الآن من الفكرة الأساسية لموضوعي ، لكنني أعلم أنه قد يكون لديك بعض الأسئلة المتعلقة بهذا الموضوع ، ويسعدني الإجابة عليها على النحو التالي:

كيف تعمل هذه الأقمار الصناعية وتستمد طاقتها في الفضاء؟

تعمل هذه الأقمار الصناعية بالطاقة الشمسية ، والجوانب الجانبية للقمر هي التي تشحن القمر الصناعي بالطاقة الشمسية. كما أنها مزودة ببطاريات احتياطية قابلة لإعادة الشحن لضمان استمرار تشغيلها في حالة نقص الطاقة الشمسية لأي سبب من الأسباب ، مثل كسوف الشمس ، وفي القمر يوجد صاروخ صغير لتوجيه القمر. للذهاب على الطريق الصحيح

هل GPS هو النظام الوحيد المتاح؟

بالطبع لا ، فهناك دول أخرى غير الولايات المتحدة أطلقت أنظمة أخرى لا تختلف قيمتها أو أهميتها عن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، مثل:

• أصبح نظام GLONASS ، الذي طوره الاتحاد السوفيتي وأعيد تطويره مرة أخرى في السنوات الأخيرة ، منافسًا لنظام GPS الأمريكي.
• تم تطوير نظام جاليليو من قبل الاتحاد الأوروبي
• نظام بيدو الذي طورته جمهورية الصين الشعبية.

ما أسباب الخطأ البسيط بالأمتار في نظام GPS؟

• هناك أخطاء ناتجة عن بطء الإشارة من القمر الصناعي ، لأن الإشارة تمر عبر الغلاف الجوي في طريقها إلى الجهاز ، وبالتالي تنخفض سرعتها ، وغالبًا ما تزود أجهزة الاستقبال بنظام يحسب معدل التأخير ويصحح هذا الخطأ.
• دقة أجهزة الاستقبال نفسها ، حيث تختلف الأجهزة في طبيعتها ، وهناك أجهزة لا تحسب ، على سبيل المثال ، معدل التأخير والخطأ في البند السابق.
• كما توجد أخطاء ناتجة عن انعكاس الإشارة أو ارتدادها نتيجة اصطدامها بأي عائق أو مبنى ، على سبيل المثال ، في مسارها.
• الساعة الداخلية للجهاز ليست دقيقة مثل الساعة الذرية الموجودة في الأقمار الصناعية في الفضاء ، وبالتالي هناك أخطاء بسبب التوقيت.
• أحيانًا تكون المعلومات التي يرسلها القمر الصناعي عن موقعه في الفضاء غير دقيقة لأن هذه المعلومات تنتقل من محطات التحكم إلى الأقمار الصناعية ومن الأقمار الصناعية إلى أجهزة الاستقبال.
• النسبة المئوية لعدد الأقمار الصناعية التي يمكن للجهاز رؤيتها. وكلما زاد عدد الأقمار الصناعية التي يمكن للجهاز رؤيتها ، زادت دقة الضربة ، ووجود مبانٍ وعوائق قد تمنع الجهاز من رؤية عدد مناسب من الأقمار الصناعية ، وبالتالي تتسبب في انقطاع الإشارة وتزيد من أخطاء التحديد ، و في بعض الأحيان لا يتم تحديد الموقع بالكامل.