ما هو نظام GPS؟ واستخداماته واهم مكونات وطريقة عمله

لقد انتهى عصر السؤال عن المكان، أو الاستدلال على العنوان الذى ترغب في التوجّه إليه بأن تسأل فلانًا مثلًا عنه، أو أن تتوه وسط الزحام دون أن تستطيع العودة إلى نقطة البداية، فلقد استطاع التقدم العلمي والتكنولوجي الهائل أن يمسح الكرة الأرضية مسحًا شاملًا، بل ويصل إلى ما هو أبعد من ذلك، إنه تحديد موقعك بدقة متناهية، أيًا كان هذا الموقع من الأرض، وذلك من خلال النظام العالمي GPS  لتحديد المواقع؛ فهذا النظام له القدرة الفائقة على توجيهنا الوجهة الصحيحة التي نبتغيها، ولحيوية هذا الموضوع سوف نتناوله بشيء من التفصيل.

نبذة حول نظام GPS

هو نظام عالمي أنشئ خصيصًا لتحديد المواقع من قبل الجيش الأمريكي، وكان يعمل لصالح الجيش بصفة خاصة آن ذاك، ثم تمّ تعميمه  للاستخدامات المدنية والجمهور عامة، وهدفه الأساسي هو إعطاء بيانات دقيقة حول الموقع الجغرافي لهدف بعينه، في أي مكان على سطح الأرض، حيث يعتمد هذا النظام حاليًا على 31 قمرًا صناعيًا تمسح الكرة الأرضية، وتبعد عن سطح الأرض بما يقرب من 20 ألف كم.

تقنيات عمل نظام GPS

يعمل هذا النظام بالاعتماد على العديد من التقنيات الحديثة، المتمثلة في ثلاث تقنيات متكاملة، وهي تقنية البث، وتقنية الاستقبال، وتقنية الحاسبات الإلكترونية، لحساب الخوارزميات الحسابية الدقيقة، ويمكن توضيحها على النحو التالي:

أولًا: تقنية البث

حيث يعتمد هذا النظام على تقنية بث الإشارات اللاسلكية من خلال الأقمار الصناعية، والتي يجب توافرها على مدارات تمسح الكرة الأرضية في آن واحد، ولتحديد الموقع لابد من التنسيق بين أربعة أقمار صناعية على الأقل في نفس الوقت.

ثانيًا: المستقبلات اللاسلكية

أحدثت تكنولوجيا الاتصالات طفرة في أجهزة الاستقبال اللاسلكية، وآخر ما شهدته هي تقنية الهواتف الذكية، ولكي يعمل نظام GPS فلابد من توافر جهاز الاستقبال المتمثل في الهاتف الذكي، أو غيره من الأجهزة الأخرى المزودة بخدمة نظام GPS لاستقبال الإشارة الصادرة من الأقمار الصناعية.

ثالثًا: الحاسبات الإلكترونية

ولكي يتكامل عمل نظام GPS، لابد من توافر الحاسبات الإلكترونية فائقة السرعة، لحساب خوارزميات إحداثيات الموقع الناتجة عن تلاقي إشارة البث مع جهاز الاستقبال، وعمل الحسابات الدقيقة لتحديد الموقع المطلوب، اعتمادًا على الإحداثيات الجغرافية للهدف المطلوب تحديد موقعه، وكل هذا يتم خلال ثواني معدودة.

آلية عمل نظام GPS

يعمل نظام GPS من خلال التناغم وتبادل البيانات بين أجهزة البث عبر الأقمار الصناعية، وأجهزة الاستقبال والحاسبات الإلكترونية، وفيها يتم تحديد الهدف المتواجد على سطح الأرض من أعلى تحديدًا دقيقا، وذلك من خلال كشف وتحديد  ثلاث إحداثيات للهدف، اثنتان منهما يتعلقان بتحديد الهدف من حيث اتجاهيّ الشمال والشرق، والثالثة تتمثل في الارتفاع، وبالرغم من أنها عملية معقدة إلا أنه يمكن تبسيطها في الخطوات الآتية:

الخطوة الأولى:  يقوم اثنان من الأقمار الصناعية يقعان شمال وشرق الهدف، بإرسال إشارتين في نفس الوقت، في  زمن قدره (ن١)، و(ن٢)، ويقوم قمر صناعي ثالث في اتجاه رأسي من الهدف بإرسال إشارة متزامنة مع الإشارتين السابقتين في زمن قدره(ن٣)، ويقوم جهاز الاستقبال المتمثل في الهاتف الذكي باستقبال تلك الإشارات.

الخطوة الثانية: تقوم ساعات ذرية متواجدة بالأقمار بتحديد الفرق في الزمن بين إرسال الإشارات الثلاث وزمن استقبالهم، ومدّ أجهزة الحواسيب الإلكترونية بتلك الفوارق الزمنية الثلاث.

الخطوة الثالثة: تقوم أجهزة الحواسيب الإلكترونية فائقة السرعة من خلال معطيات بيانات الزمن (ن١)، و(ن٢( و(ن٣)، وسرعة إرسال تلك الإشارات، بعمل الخوارزميات اللازمة لحساب أبعاد الهدف من جهة الشمال والشرق والارتفاع بالنسبة للأقمار الثلاث، ومن هنا تكون قد تكونت إحداثيات ثلاثية الأبعاد بالنسبة للهدف، والتي بناءً عليها يكون قد تحدد موقع الهدف، وكل هذا يحدث في تناغم تام لا يتعدى الجزء من الدقيقة.

لمزيد من التوضيح شاهد الفيديو التالي:

اقرا أيضا

• ما هو الرادار Radar؟ وكيف يعمل؟ واهم استخداماته

ومن هنا تظهر قيمة وأهمية نظام تحديد المواقع GPS في الاستخدامات الحربية والمدنية، سواء في السياحة البرية أو البحرية، أو إداريًا في تحديد المواقع المخالفة لخطوط التنظيم.