من منا لا يعرف نظام الـ GPS لا بذ أنك ذات مرة قد إستخدمته على هاتفك الذكي أو في سيارتك او بأي طريقة اخرى وتعلم أهميته و كيف انك تستطيع من خلاله معرفة مكانك بالاحداثيات الدقيقة حسب خطوط الطول ودوائر العرض بالاضافة إلى اتجاة السير الذي تتخذه واسرع الطرق كما تستطيع معرفة مستوى ارتفاعك عن سطح البحر وغيرها من الاشياء كل ذلك يمكنك فعله من خلال هاتفك الذكي الذي يحتوي على هذه الخاصية اوفي سيارتك اوحتى بامتلاكك جهاز GPS خاص بالتقنية في حد ذاتها مهما كانت الوسيلة التي تستخدم بها الـ GPS هل فكرت يوما كيف يعمل هذا الـ GPS وكيف يتم تحديد موقعك بدقة ؟! انا فكرت !! وأحببت مشاركتك ما توصلت إليه فركز من خلال هذه التدوينة.
>>> أولا سنجيب على ما هو الـ GPS ؟
اولا يجب علينا أن نلقي الضوء عن ماهو الGPS بالضبط قبل ان نفهم كيفية عمله، ال GPS ماهو الا اختصار لـ Global Positioning System او نظام تحديد الموقع العالمي و قد تجده ايضا تحت اختصار NAVSTAR-GPS و هو اختصار لـ Navigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System و هذه الاضافة اشارة الى دور الاقمار الصناعية في هذا النظام . ظهر هذا النظام عسكريا و نتيجة للحاجة اليه في الميادين المدنية لتحديد مواقع حوادث الطيران و توجيه الطائرات و غيرها من الوسائل خاصة ايام الحرب الباردة عندما اخطأت طائرة كورية الطريق و اصطدمت بطائرة سوفياتية داخل منطقة جوية محظورة و كانت هذه الطائرة تحمل عدد 269 شخص من 16 جنسية مختلفة و من ذلك الوقت تم استخدام ال GPS في الاغراض المدنية لعدم حدوث اي اخطاء ملاحية شبيهة لهذه الحادثة.
>>> مما يتكون نظام الـ GPS؟
الاقمار الصناعية التي تدور حول الارض و عددها تقريبا من 24 الى 32 قمر صناعي يتم استخدام 24 قمر منهم فقط و الباقي احتياطي و كل قمر من هذه الاقمار يدور حول الارض مرتين كل 24 ساعة في 8 مستويات كل مستوى يحتوي على 3 اقمار بإجمالي 24 قمر صناعي بالاضافة الى الاقمار الاحتياطية و تصل سرعة هذه الاقمار اثناء الدوران الي 11300 كيلو متر في الساعة وتدور هذه الاقمار على ارتفاع حوالي 20372 كم تقريبا و يتم تغيير هذه الاقمار كل 10 سنين في الغالب.
محطات التحكم الارضية و عملها التحكم و مراقبة تلك الاقمار بشكل مستمر و تزويدها بالبيانات والمعلومات الهامة لكي يتم حساب الاحداثيات بشكل دقيق و توجد محطة التحكم الرئيسية للنظام في ولاية كولورادو Colorado الامريكية و تتبعها 5 محطات اخرى حول العالم بالاضافة الى محطات رصد.
المستخدم و هو عبارة عن اجهزة استقبال الـ GPS تحتوي على دوائر إلكترونية معقدة يتحكم بها ميكروبروسسر Microorocessor و تختلف بالطبع دقتها من جهاز لأخر و هي التي تستقبل الاحداثيات و تدل على موقعك و اتجاه سيرك.
>>> كيف يتم تحديد الموقع من خلال هذا النظام؟
في محطات التحكم الارضية يتم استقبال اشارات من الاقمار الصناعية في الفضاء و التي ترسل موجات راديو بتردد 1575.42 ميجا هرتز او 1.5 جيجا هرتز تقريبا و هذه الاشارات تحتوي على معلومات عن الارض ثم تعيد هذه المحطات ارسال اشارات اخرى لتزويد الاقمار بمعلومات مهمة من اجل ان يعمل القمر بشكل افضل مثل مكان هذا القمر و مداره في ذلك الوقت و الوقت بالتحديد بعد ذلك يقوم القمر الصناعي بارسال الاشارات الخاصة بموقعه الى اجهزة الـ GPS على الارض و يقوم الجهاز بتخزين هذه المعلومات عن مدار كل قمر و اين يجب ان يكون و هذه المعلومات يتم تحديثها باستمرار عن طريق محطات التحكم الارضية التي تحدثنا عنها.
و لكي يقوم جهاز استقبال الـ GPS بتحديد الموقع بدقة يستقبل اشارات من 4 اقمار صناعية على الاقل و المقارنة بينهم و يحدد جهاز الاستقبال بُعده عن كل قمر من خلال ان يحسب الوقت الذي استغرقته الاشارة من القمر لتصل الى جهاز الاستقبال و بما ان الجهاز مزود ب سرعة الاشارة التي تصله من الاقمار و هي سرعة الضوء اذن الجهاز يملك الزمن و السرعة و من خلال الزمن و السرعة يستطيع حساب المسافة بينه و بين القمر في هذا الوقت من خلال العلاقة المشهورة الزمن x السرعة = المسافة و هكذا يتم تحديد مسافته بالنسبة ل4 اقمار صناعية على الاقل فعندما يقوم بحساب المسافة بينه و بين القمر الاول و كانت مثلا 1000 كم فان احتمال ان يكون موقعك بالنسبة للقمر في نقطة على دائرة نصف قطرها 1000 كم في اي اتجاه و بحساب مسافتك من القمر الثاني و لنفترض 700 كم يتم رسم دائرة ثانية نصف قطرها 700 كم و هذه الدائرة تتلاقى مع الدائرة الاولي في نقطتين و احتمال تواجد موقعك يكون على احدى هاتين النقطتين و هذا غير دقيق ايضا و بمجرد حساب المسافة بين جهاز استقبال الـ GPS و القمر الثالث و ليكن على مسافة 800 كم يتم رسم دائرة ثالثة نصف قطرها 800 كم و هذه الدائرة تتلاقى مع الدائرتين السابقتين في نقطة واحدة فقط تجمع الثلاث دوائر و هذا هو موقعك بالتحديد و القمر الرابع يكون لتأكيد موقعك كما في الصورة و هذا النظام يقوم بتحديد موقعك بحوالي نسبة خطأ 15 متر فقط.
الان قد انهيت الفكرة الاساسية لموضوعي و لكن اعلم انه قد تأتي الى ذهنك بعض الاسئلة المتعلقة بهذا الموضوع و انا سعيد للاجابة عليها كـــ.....
>>> هل نظام تحديد الموقع العالمي GPS هو النظام الوحيد الموجود؟
بالطبع لا فهناك دول اخرى غير الولايات المتحدة اطلقت انظمة اخرى لا تختلف قيمتها او اهميتها عن الـ GPS مثل:
> نظام جلوناس (GLONASS) الذي طوره الاتحاد السوفياتي وأٌعيد تطويره مجدداً في السنوات الأخيرة حيث أصبح منافساً لنظام (GPS) الأمريكي
> نظام جاليليو (Galileo) الذي طوره الاتحاد الأوروبي
> نظام بايدو (BeiDou) الذي طورته جمهورية الصين الشعبية.