نظام التموضع العالمي gps

التعريف:
[size=12]نظام تحديد الموقع العالمي (بالإنجليزية: Global Positioning System‏) أو جي بي أس (بالإنجليزية: GPS‏). عادة ماتستعمل لفظة جي بي أس للإشارة إلى النظام الموضوع من قبل الولايات المتحدة الأمريكية NAVSTAR-GPS. NAVSTAR-GPS هي اختصار ل Navigational Satellite Timing and Ranging - Global Positioning System وهو نظام تحديد المواقع العالمي التابع لوزارة الدفاع الأمريكية والذي تقوم عليه معظم التطبيقات المدنية المعروفة. دخل نظام تحديد المواقع العالمي الأمريكي نطاق الخدمة في 17.07.2007 إلا أنه ليس الوحيد من نوعه عالمياً فهناك عدة أنظمة مماثلة مثل النظام الروسي غلوناس Glonass أو النظمة قيد التطوير والبحث مثل غاليليو في أوروبا وبعض الأنظمة المشابهة في الصين والهند واليابان.

التطبيقات:
[size=12]1-كانت التطبيقات الأولى لنظام تحديد المواقع عسكرية بحتة.
2-. وسيتخدم اليوم النظام في تطبيقات مدنية أيضاً. في توجيه الطائرات المدنية والملاحة البحرية.
3-وأصبحت في الأسواق أجهزة استقبال جي بي إس للاستخدام الشخصي، ودخلت التقنية إلى بعض الهواتف المحمولة الحديثة، ووجدت شعبية كبيرة في أنظمة ملاحة السيارات وإرشاد السائق إلى الهدف.
و يستخدم ايضا من قبل المساحين حيث يدلهم على المواقع خصوصا في الصحراء والقرى(المناطق النائية)

شرح مبسط لطريقة عمل ال gps:
يتكون نظام تحديد الموقع من 24 قمر صناعي تحوم حول الأرض على ارتفاع 19000 كيلومتر. يقوم قمر صناعي ببث إشارة تحمل موقعه أي موقع القمر الصناعي كما تحمل زمن أو لحظة بث الإشارة، حيث يعين كل قمر صناعي منها زمنه بواسطة ساعة ذرية بالغة الدقة. يقوم جهاز الاستقبال باستقبال ثلاث إشارات قادمة من ثلاثة أو أكثر من تلك الأقمار الصناعية، وعن طريق تسجيله لحظة الاستقبال وسرعة انتقال الموجة أو الإشارة فإنه يمكنه أن يحدد المسافة التي تفصله عن القمر الصناعي (ليس الموقع). والآن باستقبال ثلاث إشارات من ثلاث أقمار مختلفة فإن نقطة تقاطعهم تحدد موقع جهاز استقبال. لهذا السبب فإنه لتحديد موقع شيء ما فإن نظام جي بي أس يحتاج نظريا إلى 3 أقمار صناعية على الأقل.
هذا نظرياً. 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 ولا يحبذ من منطلق اقتصادي تزويد أنظمة استقبال الجي بي أس بساعات ذرية. لذلك فإن مستقبلات الجي بي أس عمليا لا يمكنها تحديد لحظة الاستقبال بالهاردوير بل تستعين بإشارة رابعة من قمر صناعي رابع لحساب زمن الاستقبال. وفي ما يلي بعض المعادلات الرياضية التي توضح هذه العملية.

نموذج رياضي مبسط لنظام تحديد المواقع:
إذا كان المستقبل موجود في الإحداثيات وبمعرفة أن سرعة انتشار الإشارة ثابتة (سرعة الضوء) وأن الإشارة تنتشر خطيا على خط مستقيم بين القمر الصناعي والمستقبل.
و إذا سلمنا أن الاٌقمار الصناعية الأربعة الباثة موجودة في الإحداثيات وأنها تبث في اللحظة tn موقعها ولحظة البث. فإننا نتحصل على المعادلات الأربع التالية:

حيث c هي سرعة انتشار الإشارة (سرعة الضوء) وذلك لتحديد المجهولات الثلاث أي موقع المستقبل والمجهول الرابع t0 أي لحظة الاستقبال دون الحاجة لساعة ذرية.

المفهوم الاساسي لعمل الجي بي اس GPS:
[يحسب جهاز استقبال الجى.پى.إس موقعه عن طريق حساب توقيت الإشارات التي يتم إرسالها من أقمار الجى.پى.إس الموجودة على ارتفعات بعيدة عن سطح الأرض بدقة. يرسل كل قمر رسائل متتالية تضم التالي: • وقت إرسال الرسالة • المعلومات المدارية الدقيقة ephemeris • الصحة العامة للنظام والمدارات العليلة لكل أقمار الجى.پى.إس almanac. يستخدم جهاز الاستقبال الرسائل التي يستقبلها في تحديد وقت الترانزيت لكل رسالة، ويحسب المسافات بينه وبين كل قمر صناعي. تستخدم هذه المسافات، مع مواقع الأقمار، ومع المساعدة المحتملة من "التثليث المساحى" لحساب موقع جهاز الإرسال. بعد ذلك يتم إظهار هذا الموقع - ربما باستخدام خريطة متحركة، أو خطوط الطول ودوائر العرض، ويمكن إدراج معلومات عن الارتفاع عن سطح البحر. وتظهر وحدات جى.پى.إس عديدة معلومات مشتقة مثل: الاتجاه، والسرعة – محسوبة من خلال تغيرات الموقع. ربما يبدو أن ثلاثة أقمار صناعية ستكون كافية لتحديد المواقع، وهذا لأن الفراغ يتكون من ثلاثة أبعاد، والموقع على سطح الأرض يمكن افتراضه. ولكن على الرغم من هذا فإن أي خطأ ولو بسيط جداً تقوم به الساعات، عندما يتم ضربه في السرعة الكبيرة للضوء – وهى السرعة التي تنتشر بها إشارات القمر الصناعي – تسبب خطأ كبيراً في تحديد الموقع. لهذا تستخدم أجهزة الاستقبال أربعة أقمار صناعية أو أكثر لتحدد موقع ووقت جهاز الاستقبال. إن الوقت المحسوب بدقة شديدة تخفيه تطبيقات الجى.پى.إس - التي تعتمد فقط على الموقع - بفعالية شديدة. ولكن هناك القليل من تطبيقات الجى.پى.إس المتخصصة التي تستخدم الوقت، مثل: "نقل الوقت"، وضبط توقيت إشارات المرور، ومزامنة محطات الهاتف النقال الرئيسية. رغم الحاجة إلى أربعة أقمار صناعية للقيام بالعمل بشكل الطبيعى؛ يمكن استخدام عدد أقل في حالات خاصة – فإذا كان أحد المتغيرات معلوماً بالفعل يمكن لجهاز الاستقبال تحديد موقعه باستخدام ثلاثة أقمار صناعية فقط (مثلاً: يمكن أن تكون السفينة أو الطائرة قد حددت ارتفاعها عن سطح البحر). تستخدم بعض أجهزة استقبال الجى.پى.إس أدلة أو افتراضات إضافية (مثل: إعادة استخدام آخر ارتفاع تم الحصول عليه، والقياس بالحدس اعتماداً على قياس سابق، والملاحة بالقصور الذاتي، وإدراج معلومات حاسب المركبة) من أجل إعطاء حساب غير دقيق للموقع عندما يكون عدد الأقمار الصناعية المرئية أقل من أربعة أقمار