شبكة
ومنتديات خط الطيران - نسخة خفيفة من المنتدى
serag eldin
22-12-2008, 02:23 AM
نظام التموضع العالمي
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/Garmin-Legend-C_blue.jpg (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/Garmin-Legend-C_blue.jpg)
أحد الأجهزة التي تعمل بنظام التموضع العالمي (جي بي أس), و يستخدم في تحديد الموقع الجغرافي
نظام التموضع العالمي (بالانجليزية: Global Positioning System) أو جي بي أس (بالانجليزية: GPS). عادة ماتستعمل لفظة جي بي أس للإشارة إلى النظام الموضوع من قبل الولايات المتحدة الأمريكية NAVSTAR-GPS. NAVSTAR-GPS هي إختصار ل Navigational Satellite Timing and Ranging - Global Positioning System و هو نظام تحديد المواقع العالمي التابع لوزارة الدفاع الأمريكية و الذي تقوم عليه معظم التطبيقات المدنية المعروفة. دخل نظام تحديد المواقع العالمي الأمريكي نطاق الخدمة في 17.07.2007 إلا أنه ليس الوحيد من نوعه عالميا فهناك عدة أنظمة مماثلة مثل النظام الروسي غلوناس Glonass أو النظمة قيد التطوير و البحث مثل غاليليو في أوروبا و بعض الأنظمة المشابهة في الصين و الهند و اليابان.
التطبيقات
كانت التطبيقات الأولى لنظام تحديد المواقع عسكرية بحتة. حيث كان يستعمل في الأسلحة الموجهة أو ما يسمى بالأسلحة الذكية و في الملاحة البحرية و الجوية العسكرية. أما اليوم فللنظام تطبيقات مدنية أيضا. فعلاوة عن الملاحة المدنية فإن التقنية موجودة في بعض الهواتف المحمولة الحديثة كما أنها وجدت شعبية كبيرة في أنظمة ملاحة السيارات و إرشاد السائق إلى الهدف. كما أن للنظام تطبيقات في ميدان القياسات (قيس الأراضي) بالإضافة إلى إمكانية إستعماله لتحديد سرعة العربات و يمكن إستعماله حتى لتحديد مواقع اللآلات الفلاحية على حقول كبيرة. و توجد فوارق في دقة نظام تحديد المواقع العالمي حيث أن التطبيقات العسكرية أكثر دقة من الجي بي أس المدني الذي يمكن من الوصول إلى دقة بضعة أمتار (من 100 إلى 15 مترا). حيث أن الولايات المتحدة الأمريكية كانت تقوم عمدا بالتشويش على إشارات الجي بي أس المستعملة مدنيا و الحد من جودتها مقارنة بالتطبيقات المدنية إلا أنها يبدو أنها توقفت عن ذلك منذ ستة 2000 موجهة التركيز على التشويش على رقع جغرافية محدودة. و تبث الأقمار الصناعية المريكية بتدفق قدره 50 بت (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A8%D8%AA) في الثانية على موجتين:
الموجة للإستعمال المدني بذبذبة قدرها 1575,42 MHz
الموجة للإستعمال العسكري بذبذبة قدرها 1227,6 MHz
شرح مبسط لطريقة عمل الجي بي أس
يقوم قمر صناعي ببث إشارة تحمل موقعه أي موقع القمر الصناعي كما تحمل زمن أو لحظة بث الإشارة. يقوم المستقبل باستقبال هذه الإشارة و عن طريق معرفته للحظة الإستقبال و سرعة انتقال الموجة أو الإشارة فإنه يمكنه أن يحدد المسافة التي تفصله عن القمر الصناعي (ليس الموقع). أي أنه نظريا إذا عرفنا المسافة فإن الشيء المراد تحديد موقعه سوف يكون على سطح كرة قطرها تلك المسافة. و الآن إذا أخذنا ثلاث إشارات من ثلاث أقمار مختلفة فإن نقطة تقاطع الكرات الثلاث هي موقع الشيء. لهذا السبب فإنه لتحديد موقع شيء ما فإن نظام جي بي أس يحتاج نظريا إلى 3 أقمار صناعية على الأقل.
هذا نظريا. النقطة التي تجعل عمليا يجب دائما الإستعانة بقمر صناعي رابع هو أن طريقة تحديد لموقع هذه تحتاج إلى ساعة عالية الدقة (ساعة ذرية). عمليا لا يمكن و لا يحبذ من منطلق إقتصادي تزويد أنظمة إستقبال الجي بي أس بساعات ذرية. لذلك فإن مستقبلات الجي بي أس عمليا لا يمكنها تحديد لحظة الإستقبال بالهاردوير بل تستعين بإشارة رابعة من قمر صناعي رابع لحساب زمن الإستقبال. و في ما يلي بعض المعادلات الرياضياتية التي توضح هذه العملية.
نموذج رياضياتي مبسط لنظام تحديد المواقع
إذا كان المستقبل موجود في الإحداثيات http://upload.wikimedia.org/math/2/8/b/28b310cb68824ea3bc1eab7d6932f99f.png و إذا سلمنا تبسيطا بأن سرعة إنتشار الإشارة ثابة (سرعة الضوء) و أن الإشارة لا يتم حنيها في طبقات الغلاف الجوي.
و إذا سلمنا أن اٌمار الصناعية الأربعة الباثة موجودة في الإحداثيات http://upload.wikimedia.org/math/7/d/b/7dba03ac95413ddaccc13cbb97e8b3d8.png و أنها تبث في اللحظة tn موقعها و لحظة البث. فإننا نتحصل على المعادلة الأربع التالية:
http://upload.wikimedia.org/math/7/c/c/7cc7a5d8c679ed1344732d15dead871f.png
حيث c هي سرعة إنتشار الإشارة و ذلك لتحديد المجهولات الثلاث http://upload.wikimedia.org/math/2/8/b/28b310cb68824ea3bc1eab7d6932f99f.png أي موقع المستقبل و المجهول الرابع t0 أي لحظة الإستقبال دون الحاجة لساعة ذرية (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B3%D8%A7%D8%B9%D8%A9_%D8%B0%D8 %B1%D9%8A%D8%A9&action=edit&redlink=1).
الأقمار الصناعية المستعملة
يستعمل نظام الجي بي أس الأمريكي عدة أقمار صناعية نذكرها في الجدول أسفله:
القمر الصناعيالموقعتاريخ الإطلاقSVNPRNSpace Command (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=Air_Force_Space_Command&action=edit&redlink=1) catalog numberNSSDC international designator (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=NSSDC_international_designator&action=edit&redlink=1)TypNAVSTAR 22 (USA 66)E526.11.19902332209591990-103AIIANAVSTAR 23 (USA 71)D504.07.19912424215521991-047AIIANAVSTAR 24 (USA 79)A523.02.19922525218901992-009AIIANAVSTAR 26 (USA 83)F507.07.19922626220141992-039AIIANAVSTAR 27 (USA 84)A409.09.19922727221081992-058AIIANAVSTAR 28 (USA 85)F622.11.1992321222311992-079AIIANAVSTAR 32 (USA 91)C513.05.1993377226571993-032AIIANAVSTAR 33 (USA 92)A126.06.1993399227001993-042AIIANAVSTAR 34 (USA 94)B530.08.1993355227791993-054AIIANAVSTAR 35 (USA 96)D426.10.1993344228771993-068AIIANAVSTAR 36 (USA 100)C110.03.1994366230271994-016AIIANAVSTAR 37 (USA 117)C228.03.1996333238331996-019AIIANAVSTAR 38 (USA 126)E316.07.19964010239531996-041AIIANAVSTAR 39 (USA 128)B212.09.19963030243201996-056AIIANAVSTAR 43 (USA 132)F323.07.19974313248761997-035AIIRNAVSTAR 44 (USA 134)A306.11.1997388250301997-067AIIANAVSTAR 46 (USA 145)D207.10.19994611259331999-055AIIRNAVSTAR 47 (USA 150)E111.05.20005120263602000-025AIIRNAVSTAR 48 (USA 151)B316.07.20004428264072000-040AIIRNAVSTAR 49 (USA 154)F110.11.20004114266052000-071AIIRNAVSTAR 50 (USA 156)E430.01.20015418266902001-004AIIRNAVSTAR 51 (USA 166)B129.01.20035616276632003-005AIIRNAVSTAR 52 (USA 168)D331.03.20034521277042003-010AIIRNAVSTAR 53 (USA 175)E221.12.20034722281292003-058AIIRNAVSTAR 54 (USA 177)C320.03.20045919281902004-009AIIRNAVSTAR 55 (USA 178)F423.06.20046023283612004-023AIIRNAVSTAR 56 (USA 180)D106.11.2004612284742004-045AIIRNAVSTAR 57 (USA 183)C426.09.20055317288742005-038AIIR-MNAVSTAR 58 (USA 190)A225.09.20065231294862006-042AIIR-MNAVSTAR 59 (USA 192)B417.11.20065812296012006-052AIIR-MNAVSTAR 60 (USA 196)F217.10.20075515322602007-047AIIR-MNAVSTAR 61 (USA 199)20.12.20075729323842007-062AIIR-M
http://www.air.flyingway.com/up/dec/bc1a513ecc.gif
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/Garmin-Legend-C_blue.jpg (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/Garmin-Legend-C_blue.jpg)
أحد الأجهزة التي تعمل بنظام التموضع العالمي (جي بي أس), و يستخدم في تحديد الموقع الجغرافي
نظام التموضع العالمي (بالانجليزية: Global Positioning System) أو جي بي أس (بالانجليزية: GPS). عادة ماتستعمل لفظة جي بي أس للإشارة إلى النظام الموضوع من قبل الولايات المتحدة الأمريكية NAVSTAR-GPS. NAVSTAR-GPS هي إختصار ل Navigational Satellite Timing and Ranging - Global Positioning System و هو نظام تحديد المواقع العالمي التابع لوزارة الدفاع الأمريكية و الذي تقوم عليه معظم التطبيقات المدنية المعروفة. دخل نظام تحديد المواقع العالمي الأمريكي نطاق الخدمة في 17.07.2007 إلا أنه ليس الوحيد من نوعه عالميا فهناك عدة أنظمة مماثلة مثل النظام الروسي غلوناس Glonass أو النظمة قيد التطوير و البحث مثل غاليليو في أوروبا و بعض الأنظمة المشابهة في الصين و الهند و اليابان.
التطبيقات
كانت التطبيقات الأولى لنظام تحديد المواقع عسكرية بحتة. حيث كان يستعمل في الأسلحة الموجهة أو ما يسمى بالأسلحة الذكية و في الملاحة البحرية و الجوية العسكرية. أما اليوم فللنظام تطبيقات مدنية أيضا. فعلاوة عن الملاحة المدنية فإن التقنية موجودة في بعض الهواتف المحمولة الحديثة كما أنها وجدت شعبية كبيرة في أنظمة ملاحة السيارات و إرشاد السائق إلى الهدف. كما أن للنظام تطبيقات في ميدان القياسات (قيس الأراضي) بالإضافة إلى إمكانية إستعماله لتحديد سرعة العربات و يمكن إستعماله حتى لتحديد مواقع اللآلات الفلاحية على حقول كبيرة. و توجد فوارق في دقة نظام تحديد المواقع العالمي حيث أن التطبيقات العسكرية أكثر دقة من الجي بي أس المدني الذي يمكن من الوصول إلى دقة بضعة أمتار (من 100 إلى 15 مترا). حيث أن الولايات المتحدة الأمريكية كانت تقوم عمدا بالتشويش على إشارات الجي بي أس المستعملة مدنيا و الحد من جودتها مقارنة بالتطبيقات المدنية إلا أنها يبدو أنها توقفت عن ذلك منذ ستة 2000 موجهة التركيز على التشويش على رقع جغرافية محدودة. و تبث الأقمار الصناعية المريكية بتدفق قدره 50 بت (http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A8%D8%AA) في الثانية على موجتين:
الموجة للإستعمال المدني بذبذبة قدرها 1575,42 MHz
الموجة للإستعمال العسكري بذبذبة قدرها 1227,6 MHz
شرح مبسط لطريقة عمل الجي بي أس
يقوم قمر صناعي ببث إشارة تحمل موقعه أي موقع القمر الصناعي كما تحمل زمن أو لحظة بث الإشارة. يقوم المستقبل باستقبال هذه الإشارة و عن طريق معرفته للحظة الإستقبال و سرعة انتقال الموجة أو الإشارة فإنه يمكنه أن يحدد المسافة التي تفصله عن القمر الصناعي (ليس الموقع). أي أنه نظريا إذا عرفنا المسافة فإن الشيء المراد تحديد موقعه سوف يكون على سطح كرة قطرها تلك المسافة. و الآن إذا أخذنا ثلاث إشارات من ثلاث أقمار مختلفة فإن نقطة تقاطع الكرات الثلاث هي موقع الشيء. لهذا السبب فإنه لتحديد موقع شيء ما فإن نظام جي بي أس يحتاج نظريا إلى 3 أقمار صناعية على الأقل.
هذا نظريا. النقطة التي تجعل عمليا يجب دائما الإستعانة بقمر صناعي رابع هو أن طريقة تحديد لموقع هذه تحتاج إلى ساعة عالية الدقة (ساعة ذرية). عمليا لا يمكن و لا يحبذ من منطلق إقتصادي تزويد أنظمة إستقبال الجي بي أس بساعات ذرية. لذلك فإن مستقبلات الجي بي أس عمليا لا يمكنها تحديد لحظة الإستقبال بالهاردوير بل تستعين بإشارة رابعة من قمر صناعي رابع لحساب زمن الإستقبال. و في ما يلي بعض المعادلات الرياضياتية التي توضح هذه العملية.
نموذج رياضياتي مبسط لنظام تحديد المواقع
إذا كان المستقبل موجود في الإحداثيات http://upload.wikimedia.org/math/2/8/b/28b310cb68824ea3bc1eab7d6932f99f.png و إذا سلمنا تبسيطا بأن سرعة إنتشار الإشارة ثابة (سرعة الضوء) و أن الإشارة لا يتم حنيها في طبقات الغلاف الجوي.
و إذا سلمنا أن اٌمار الصناعية الأربعة الباثة موجودة في الإحداثيات http://upload.wikimedia.org/math/7/d/b/7dba03ac95413ddaccc13cbb97e8b3d8.png و أنها تبث في اللحظة tn موقعها و لحظة البث. فإننا نتحصل على المعادلة الأربع التالية:
http://upload.wikimedia.org/math/7/c/c/7cc7a5d8c679ed1344732d15dead871f.png
حيث c هي سرعة إنتشار الإشارة و ذلك لتحديد المجهولات الثلاث http://upload.wikimedia.org/math/2/8/b/28b310cb68824ea3bc1eab7d6932f99f.png أي موقع المستقبل و المجهول الرابع t0 أي لحظة الإستقبال دون الحاجة لساعة ذرية (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B3%D8%A7%D8%B9%D8%A9_%D8%B0%D8 %B1%D9%8A%D8%A9&action=edit&redlink=1).
الأقمار الصناعية المستعملة
يستعمل نظام الجي بي أس الأمريكي عدة أقمار صناعية نذكرها في الجدول أسفله:
القمر الصناعيالموقعتاريخ الإطلاقSVNPRNSpace Command (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=Air_Force_Space_Command&action=edit&redlink=1) catalog numberNSSDC international designator (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=NSSDC_international_designator&action=edit&redlink=1)TypNAVSTAR 22 (USA 66)E526.11.19902332209591990-103AIIANAVSTAR 23 (USA 71)D504.07.19912424215521991-047AIIANAVSTAR 24 (USA 79)A523.02.19922525218901992-009AIIANAVSTAR 26 (USA 83)F507.07.19922626220141992-039AIIANAVSTAR 27 (USA 84)A409.09.19922727221081992-058AIIANAVSTAR 28 (USA 85)F622.11.1992321222311992-079AIIANAVSTAR 32 (USA 91)C513.05.1993377226571993-032AIIANAVSTAR 33 (USA 92)A126.06.1993399227001993-042AIIANAVSTAR 34 (USA 94)B530.08.1993355227791993-054AIIANAVSTAR 35 (USA 96)D426.10.1993344228771993-068AIIANAVSTAR 36 (USA 100)C110.03.1994366230271994-016AIIANAVSTAR 37 (USA 117)C228.03.1996333238331996-019AIIANAVSTAR 38 (USA 126)E316.07.19964010239531996-041AIIANAVSTAR 39 (USA 128)B212.09.19963030243201996-056AIIANAVSTAR 43 (USA 132)F323.07.19974313248761997-035AIIRNAVSTAR 44 (USA 134)A306.11.1997388250301997-067AIIANAVSTAR 46 (USA 145)D207.10.19994611259331999-055AIIRNAVSTAR 47 (USA 150)E111.05.20005120263602000-025AIIRNAVSTAR 48 (USA 151)B316.07.20004428264072000-040AIIRNAVSTAR 49 (USA 154)F110.11.20004114266052000-071AIIRNAVSTAR 50 (USA 156)E430.01.20015418266902001-004AIIRNAVSTAR 51 (USA 166)B129.01.20035616276632003-005AIIRNAVSTAR 52 (USA 168)D331.03.20034521277042003-010AIIRNAVSTAR 53 (USA 175)E221.12.20034722281292003-058AIIRNAVSTAR 54 (USA 177)C320.03.20045919281902004-009AIIRNAVSTAR 55 (USA 178)F423.06.20046023283612004-023AIIRNAVSTAR 56 (USA 180)D106.11.2004612284742004-045AIIRNAVSTAR 57 (USA 183)C426.09.20055317288742005-038AIIR-MNAVSTAR 58 (USA 190)A225.09.20065231294862006-042AIIR-MNAVSTAR 59 (USA 192)B417.11.20065812296012006-052AIIR-MNAVSTAR 60 (USA 196)F217.10.20075515322602007-047AIIR-MNAVSTAR 61 (USA 199)20.12.20075729323842007-062AIIR-M
http://www.air.flyingway.com/up/dec/bc1a513ecc.gif