نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هو نظام ملاحة قائم على الأقمار الصناعية يتكون من شبكة من 24 قمرًا صناعيًا تم وضعها في المدار بواسطة وزارة الدفاع الأمريكية. كان من المقرر في الأصل استخدام GPS لأغراض عسكرية، ولكن في الثمانينيات، جعلت الحكومة النظام متاحًا للاستخدام المدني. يعمل GPS في أي ظروف جوية، في أي مكان في العالم، على مدار 24 ساعة في اليوم. لا توجد رسوم اشتراك أو رسوم إعداد لاستخدام GPS.
كيف يعمل GPS؟
تقوم أقمار نظام تحديد المواقع العالمي بإرسال إشارات إلى المعدات على الأرض. تستقبل أجهزة استقبال GPS إشارات الأقمار الصناعية بشكل سلبي؛ فهي لا ترسل. تتطلب أجهزة استقبال GPS رؤية غير معاقة للسماء، لذا يتم استخدامها فقط في الهواء الطلق وغالبًا ما لا تعمل بشكل جيد في المناطق الحرجية أو بالقرب من المباني العالية. تعتمد عمليات GPS على مرجع زمني دقيق جدًا، يتم توفيره بواسطة الساعات الذرية في مرصد البحرية الأمريكية. يحتوي كل قمر صناعي GPS على ساعات ذرية على متنه.
يقوم كل قمر صناعي GPS بإرسال بيانات تشير إلى موقعه والوقت الحالي. تتزامن جميع أقمار GPS في العمليات بحيث يتم إرسال هذه الإشارات المتكررة في نفس اللحظة. تصل الإشارات، التي تتحرك بسرعة الضوء، إلى جهاز استقبال GPS في أوقات مختلفة قليلاً لأن بعض الأقمار الصناعية أبعد من غيرها. يمكن تحديد المسافة إلى أقمار GPS من خلال تقدير الوقت الذي تستغرقه إشاراتها للوصول إلى جهاز الاستقبال. عندما يقدر جهاز الاستقبال المسافة إلى أربعة أقمار صناعية على الأقل، يمكنه حساب موقعه في ثلاثة أبعاد.
يوجد على الأقل 24 قمرًا صناعيًا GPS قيد التشغيل في جميع الأوقات. تدير القوات الجوية الأمريكية الأقمار الصناعية، وتدور بفترة 12 ساعة. تُستخدم محطات الأرض لتتبع مدار كل قمر صناعي بدقة.
تحديد الموقع؟
يعرف جهاز استقبال GPS موقع الأقمار الصناعية، لأن هذه المعلومات مضمنة في إشارات الأقمار الصناعية. من خلال تقدير مدى بُعد قمر صناعي، يعرف جهاز الاستقبال أيضًا أنه يقع في مكان ما على سطح كرة خيالية مركزها القمر الصناعي. ثم يحدد أحجام عدة كرات، واحدة لكل قمر صناعي. يقع جهاز الاستقبال حيث تتقاطع هذه الكرات.
ما مدى دقة GPS؟
يجيب GPS على خمسة أسئلة في وقت واحد:
“أين أنا؟”
“إلى أين أذهب؟”
“أين أنت؟”
“ما هي أفضل طريقة للوصول إلى هناك؟”
”متى سأصل إلى هناك؟”
GPS هو النظام الوحيد اليوم الذي يمكنه إظهار موقعك الدقيق على الأرض في أي وقت، وفي أي طقس، بغض النظر عن مكانك!
تعتمد دقة الموقع المحدد باستخدام GPS على نوع جهاز الاستقبال. تحتوي معظم وحدات GPS المحمولة على دقة تتراوح بين 10-20 متر. تستخدم أنواع أخرى من أجهزة الاستقبال طريقة تسمى GPS التفاضلي (DGPS) للحصول على دقة أعلى بكثير. يتطلب DGPS جهاز استقبال إضافي مثبت في موقع معروف قريب. تُستخدم الملاحظات التي يقوم بها جهاز الاستقبال الثابت لتصحيح المواقع المسجلة بواسطة الوحدات المتنقلة، مما ينتج عنه دقة أكبر من 1 متر.
عندما تم إنشاء النظام، تم إدخال أخطاء توقيت في إشارات GPS للحد من دقة أجهزة استقبال GPS غير العسكرية إلى حوالي 100 متر. تم إلغاء هذا الجزء من عمليات GPS، المسمى التوافر الانتقائي، في مايو 2000.
تطوير GPS:
تم تصميم GPS بواسطة الجيش الأمريكي. بدأت الفكرة في أواخر الستينيات ولكن لم يتم إطلاق أول قمر صناعي حتى فبراير 1978. في عام 1989، قدمت شركة ماجلان أول جهاز استقبال GPS محمول. في عام 1992، تم استخدام GPS في عملية عاصفة الصحراء. في مارس 1996، قرر الرئيس جعل GPS مجانيًا للمستخدمين المدنيين.
وصف نظام تحديد المواقع العالمي:
يتكون نظام تحديد المواقع العالمي من ثلاثة أجزاء:
يتكون الجزء الفضائي الآن من 28 قمرًا صناعيًا، كل منها في مداره الخاص على ارتفاع حوالي 11,000 ميل بحري فوق الأرض.
يتكون الجزء المستخدم من أجهزة الاستقبال، التي يمكنك حملها في يدك أو تثبيتها في سيارتك.
يتكون الجزء التحكم من محطات أرضية (خمسة منها، تقع حول العالم) التي تتأكد من أن الأقمار الصناعية تعمل بشكل صحيح.
أجزاء نظام تحديد المواقع العالمي
نظام تحديد المواقع العالمي للاستخدام المدني
في البداية، لم يرغب الجيش في السماح للمدنيين باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي، خوفًا من أن يستخدمه المهربون أو الإرهابيون أو القوات المعادية. أخيرًا، استجابةً للضغط من الشركات التي صنعت المعدات، جعلت وزارة الدفاع نظام تحديد المواقع العالمي متاحًا لأغراض غير عسكرية، مع بعض القيود. في 1 مايو 2000، رفع الرئيس كلينتون القيود، وأعلن أن خيار تقليل إشارات نظام تحديد المواقع العالمي المدنية خلال الطوارئ سيتم التخلص منه بحلول عام 2010. الحكومة الفيدرالية ملتزمة بتوفير تكنولوجيا نظام تحديد المواقع العالمي للاستخدامات السلمية على مستوى العالم، مجانًا.