نظام تحديد المواضع العالميgps..

إن الـ GPS هو مجموعة من الأقمار الصناعية التي يمكنها أن تزودنا بإحداثيات ثلاثية الأبعاد لأي موقع على الأرض أو حولها بدقة تبلغ عدة مترات فقط من خلال أجهزة استقبال مناسبة، أي أنه و بواسطة هذا النظام العالمي يمكننا معرفة موقعنا خلال الطيران وفق الإحداثيات GPS العالمية وبدقة جيدة جداً، و على الرغم أنه في الأساس نظام عسكري يقوم بإعطاء معلومات في غاية الدقة لمن يعرف الشيفرة السرية إلا أنه يقدم معلومات بدقة (15~30m) لبقية المستخدمين، لذا فإن الإشارات الدقيقة العسكرية (P Code) والإشارات العادية (C/A Code) تبثان على ترددات منفصلة.

يتألف هذا النظام من 18 قمر صناعي، ثلاثة في كل من المدارات الكوكبية الستة، تدور هذه الأقمار حول الأرض على ارتفاع 20,000 km دورة واحدة كل 12 ساعة، كما أن مداراتهم تميل بزاوية 55o، خلال العمل يبث كل قمر كلاً من الإشارتين P و C/A بوقت محدد بدقة، ويتم التوقيت بواسطة ساعة ذرية في كل قمر صناعي من الأقمار الثمانية عشر، في كل جهاز استقبال توجد ساعة أيضاً وهكذا يمكن معرفة اللحظة التي استقبل فيها الإشارة من القمر الصناعي، وبما أن السرعة التي تسير بها الأمواج الصوتية معلومة فإن المسافة بين القمر وجهاز الاستقبال تحسب بضرب السرعة بالزمن الفارق بين بث القمر واستقبال المستخدم، إن موقع كل قمر معروف وهكذا يعرف المستخدم موضعه الحالي على طول خط النظر للقمر، يأخذ المستخدم البيانات من ثلاثة أقمار بزوايا مختلفة لتحديد مواضعهم في ثلاثة أبعاد (الموقع يتألف من ثلاثة مجاهيل لذا يحتاج إلى ثلاثة معاليم على الأقل، لذا نستخدم ثلاثة أقمار للحصول على الموقع)، في الحقيقة قد لا تكون ساعة جهاز الاستقبال عند المستخدم دقيقة جداً، إلا أنه من مصلحة أي شخص أن تكون كلفة جهاز الاستقبال منخفضة، لذلك فإن كل قمر يبث الزمن الدقيق ضمن رسالته.

الآن نحتاج معلومة منفصلة من البيانات لفك تشفير الوقت، لذا نقرأ البيانات من قمر صناعي رابع ونحسب الموضع والزمن الدقيق(أربع معاليم بأربعة مجاهيل ولذا يطلق على الزمن اسم البعد الرابع)، صمم نظام GPS بحيث أن أربعة أقمار ستبقى ضمن مجال الرؤية دائماً من أي مكان على الأرض.

إن مواضع الأقمار الصناعية تنحرف بشكل بسيط عن مداراتها بسبب عدم الانتظام في الجاذبية وبسبب ضغط الشمس وهكذا، ومن أجل ذلك هناك محطات أرضية ثابتة تراقب الأقمار وترسل بيانات إلى مركز التحكم الرئيسي في كولورادوسبرينغ، من هناك ترسل رسالة إلى كل قمر لكي تصوب له مساره كما يضاف في هذه الرسالة معلومات لتصحيح توقيت كل قمر، وعندما يقوم القمر بالبث فإن يأخذ هذه الرسائل بعين الاعتبار،كل هذا يحدث بشكل طبيعي في جهاز الاستقبال عند المستخدم.

بعض الشركات جعلت حجم المستقبلات صغير بحيث أنه يمكن يحمل في اليد، وفي المستقبل من الممكن جعل أجهزة الإستقبال تعمل على النظامين GPS و GLONASS (Russian Global Orbiting Navigation Satellite System).

الشيفرة العادية C/A ليست دقيقو مثل الإشارة العسكرية P إلا أن C/A هي الإشارة الوحيدة المتاحة للمستخدمين التجاريين، وعلى الرغم من أن نسبة الخطأ في الشيفرة C/A تقدر بـ 30m إلا أنها تظل ذات فائدة ممتازة.

إن نظام GPS يستخدم في اختبار مدى (دقة نظام الملاحة العطالي) INS ويساعد في التحكم بالحركة الجوية ومهمات البحث والإنقاذ، أي أنه ينفع لكل شيء ماعدا توجيه الأسلحة الإستراتيجية، لهذا السبب بالضبط يحتاج نظام GPS إلى نظام الملاحة العطالي INS كشريك.

يعطي INS (نظام الملاحة العطالي) وضعية دقيقة جداً وقياسات الأبعاد بوقت قصير [الوضعية Attitude تعني تحديد موضع نقطة بالنسبة لخطوط الطول والعرض والارتفاع] ، ولكن أخطاء الإسطرلاب وعداد التسارع تتراكم بعد فترة وتبدأ الأخطاء بالنمو، نظام GPS يملك المواصفات العكسية تماماً، من أجل ذلك يستطيع أن يعطي موضع بدقة مثبتة دورياً لتصحيح INS، ولكنه لا يستطيع أن يعطي معلومات فيما إذا كنت تنزلق أو تدور؛ النظامين مع بعضهما بعضاً يكمِّل أحدهما الآخر، (مثلاً) إذا فقدت المركبة إشارة القمر الصناعي لفترة ما، ربما لأن المركبة انحرفت والجناح أخفى الهوائي عن القمر الصناعي أو لأن المركبة الأرضية دخلت في نفق فإن نظام INS يستطيع أن يعمل حتى تعود المركبة لاستقبال إشارة القمر الصناعي، كما أنه في الاستخدامات العسكرية يستطيع INS أن يحفظ هدف الصاروخ حتى إذا تم تشويش إشارة GPS.