نظام تحديد المواقع العالمي

بسم الله الرحمن الرحيم 

في عام 1973 بدأ العمل في وزارة الدفاع الأمريكية لتصميم نظام الرصد العالمي GPS ، وذلك لاستبدال نظام الملاحة بالأقمار الصناعية المعروف باسم ترانزيت ( Transit System ) لتفادي عيوبه الممثلة في تغطيته الغير كافية للأقمار الصناعية ، وعملياته الملاحية الغير دقيقة . لذا استحدث النظام الجديد ليوفر تغطية كاملة لجميع المناطق على سطح الكرة الأرضية وكذلك دقة نتائج في تحديد المواقع والإحداثيات تغطي الاحتياجات العسكرية .

وقد بدأ إطلاق أول قمر صناعي لخدمة نظام الرصد العالمي GPS عام 1978 ، وتبع ذلك إطلاق باقي الأقمار الصناعية حتى وصلت إلى 24 قمراً صناعياً عام 1992 . تدور هذه الأقمار في مدارات على ارتفاع شاهق حول الكرة الأرضية ، وتعتبر كنقاط ثابتة ضمن شبكة جيوديزية عالمية ثلاثية الأبعاد ، وتتوزع في مداراتها المخصصة لها بزوايا ومسارات وزمن محدد لكل منها ، بحيث يمكن الاتصال مع أربعة أقمار صناعية على الأقل في أي مكان من العالم .

وتفادت الأقمار الصناعية المشاكل والمصاعب التي كانت تواجه محطات التوجيه الأرضي ، فضلاً عن أنها تعطي نتائج عالية الدقة في تحديد المواقع على سطح الأرض على مدار 24 ساعة يومياً .

ويوجد مع الأقمار ال 24 عدد من المحطات الأرضية التي تتحكم وتسيطر على الأقمار الصناعية في مداراتها وإرسالها كافة المعلومات ، إضافة إلى أجهزة الاستقبال الأرضية التي تقوم باستقبال وتحليل الإشارة القادمة من الأقمار الصناعية ، وأيضاً أجهزة الحاسب الآلي التي تتعامل مع المعلومات المجمعة داخل أجهزة الاستقبال الأرضية من خلال برامج خاصة تقوم ببعض الحسابات والتصحيحات ، التي من خلالها يتم تحديد الموقع بالدقة المطلوبة .

المراجع : كتب نظام تحديد المواقع العالمي ( المؤسسة العامة للتعليم الفني والتدريب المهني في المملكة العربية السعودية ) .

أكمل القراءة

الأقمار الصناعية

بسم الله الرحمن الرحيم 

مع بداية النصف الثاني من القرن العشرين دخلت المعرفة البشرية منعطفاً جديداً ، حيث استطاع الإنسان أن يرسل أجساماً معدنية إلى خارج نطاق الغلاف الجوي لكوكب الأرض ، وهذه الأجسام عرفت بالأقمار الصناعية ( Satellites ) ، وببساطة شديدة القمر الصناعي هو جسم يدور حول كوكب فضائي في مسار دئري أو بيضوي ضمن مدار فضائي ، وتلعب الأقمار الصناعية دور محطات تقوية حيث تقوم باستقبال إشارة من محطات أرضية معينة وتكبرها ، ثم تعيد إرسالها باتجاه محطات أرضية أخرى .

ويتألف القمر الصناعي من العديد من المكونات الفنية نذكر منها :

1. إطار وجسم معدني .

2. ألواح من الخلايا الشمسية ومصدر للطاقة ويستمد عادة من الطاقة الشمسية بالإضافة إلى بطاريات لتخزين الطاقة .

3. حاسب آلي مدمج للتحكم في الأجهزة الإلكترونية .

4. أجهزة وهوائيات للإرسال والاستقبال اللاسلكي .

5. أجهزة إلكترونية للتحكم في الموقع المداري .

6. أجهزة خاصة للتبريد والتسخين للمحافظة على حرارة ثابتة داخل القمر الصناعي وذلك بسبب حساسية الأجهزة الإلكترونية .

وقد بدأ إطلاق الأقمار الصناعية وغزو الفضاء بعد أن تطورت عدة تقنيات وخاصة الصواريخ والرادار ، حيث أن الصاروخ هو الوسيلة لإيصال القمر الصناعي إلى الفضاء والرادار مهم لتعقب القمر ومعرفة موقعه . وساهم التطور في الحاسبات الآلية وأنظمة الاتصالات في الإسراع بالدخول إلى عصر الفضاء .

يتم تحميل القمر الصناعي على صاروخ معد خصيصاً لهذا الغرض ، ثم يقوم الصاروخ بعد إطلاقه باختراق الغلاف الجوي للكرة الأرضية بسرعة خارقة متجهاً نحو مدار فضائي محدد له بواسطة أجهزة تحكم تقوم بتوجيهه في جميع الاتجاهات ، وعندما تصل سرعة الصاروخ إلى سرعة محددة مدروسة تقوم الأجهزة الملاحية بالصاروخ بتعديل الوضع ليصبح رأسياً ، وعندها يتم تثبيت القمر الصناعي في المدار المحدد له .

تخضع حركة الأقمار الصناعية حول الكرة الأرضية إلى قوانين كيبلر التي تحدد حركة الكواكب ، وهذه القوانين تنص على أنه كلما كان القمر واقعاً في مدار أعلى كلما تحرك بسرعة أبطأ ، فإن كان القمر في مدار منخفض نوعاً ما فإنه سيسير بسرعة عالية ويمكن أن يدور حول الكرة الأرضية خلال ساعتين تقريباً ، أما الأقمار التي تدور في مدارات على ارتفاعات عالية فإنها تدور حول الكرة الأرضية خلال 24 ساعة تقريباً .

إذا كان القمر فوق خط الإستواء فإنه يتم دورة كاملة خلال فترة 24 ساعة ، ولهذا فهو يبدو للمراقب على سطح الأرض وكأنه ثابت في الفضاء لأنه يدور متزامناً بنفس سرعة دوران الأرض حول نفسها ، لهذا فإن معظم الأقمار الصناعية المخصصة للاتصالات تطير فوق خط الإستواء لأنها تعطي ميزة جيدة ، حيث يمكن توجيه هوائيات المحطات الأرضية باستمرار إلى نفس النقطة في السماء .

يمكن تقسيم الاقمار الصناعية بصفة عامة إلى ثلاث أنواع :

1. أقمار صناعية ملاحية ( Navigation Satellites ) : يكون الهدف الأساسي منها تقديم تقنيات ووسائل دقيقة لعمليات الملاحة بين موقعين ( سواء الملاحة الارضية أو البحرية أو الجوية أو الفضائية ) .

2. أقمار صناعية للاتصالات ( Communication Satellite ) : وهي أقمار تساعد في نقل البيانات (كالبث الإذاعي والتلفزيوني ) وتوزيعها على أجزاء كبيرة من سطح الأرض ، لتتغلب على مشكلة كروية الارض التي تعيق النقل المباشر الأرضي لهذه البيانات .

3. أقمار صناعية لدراسة موارد الارض ( Earth Resources Satellites ) : تقوم بدراسة البحار ودراسة الطقس ومنها أقمار مخصصة للتصوير الفضائي ( أقمار الاستشعار عن بعد ) .

أكمل القراءة

أنظمة تحديد المواقع

بسم الله الرحمن الرحيم 

قبل بدء عصر الأقمار الصناعية ومنذ منتصف القرن العشرين توصل العلماء إلى طريقة جديدة لتحديد المواقع بالاعتماد على الموجات الراديوية ( الكهرومغناطيسية ) ، وكان المبدأ الأساسي في هذه الطريقة هو قياس الزمن الذي تستغرقه الموجة الراديوية في الرحلة ذهاباً وإياباً بين محطة الإرسال وجهاز الاستقبال ، وباعتبار أن سرعة الموجة تعادل سرعة الضوء ( حوالي 300 ألف كيلومتر في الثانية ) ، فيمكننا حساب المسافة بين محطة الإرسال وجهاز الاستقبال وذلك إعتماداً على القاعدة التالية : المسافة = السرعة x الزمن . واستخدمت هذه الطريقة بصفة خاصة في الملاحة البحرية وعبر أنظمة إلكترونية يعد من أهمها نظامي لوران ( Loran ) وديكا ( Decca ) ، ويعملان على أساس نظم الراديو التي تعتبر جيدة الاستخدام في النطاقات الساحلية ، حيث تتوافر شبكات الاتصال بين النظامين .

أما عن نظام لوران ( LORAN ) : فهو اختصار لاسم الملاحة للمساحات الشاسعة ( Long Range Navigation) وبالأساس كان يهدف لمساعدة السفن في إبحارها ، وهو يتكون من عدد من السلاسل حيث كل سلسلة مكونة من أربعة أبراج إرسال ويغطي كل برج حوالي 500 ميل .

 إلا أن هذه النظم الملاحية كان لها بعض العيوب نذكر منها :

1. أن أي نظام سيكون ذو تغطية محدودة وتبلغ حوالي 5 % من سطح الأرض وبالتالي لن يصلح ليكون نظام ملاحة عالمي .

2. يستطيع هذا النظام تحديد المواقع في اتجاهين فقط أي في المستوي الأفقي ولا يمكنه تحديد الارتفاع أي في المستوي الرأسي .

3. تتفاوت دقة النظام حسب نوع الملاحة ، فدقة النظام كانت في حدود 250 متر والتي يمكن اعتبارها مناسبة للملاحة البحرية ، لكنها غير مناسبة للملاحة الجوية أو لطرق المساحة الأرضية التي تتطلب دقة أعلى في تحديد المواقع .

مع ظهور الاقمار الصناعية طبق العلماء نفس مبدأ الملاحة الراديوية في تطوير الملاحة إلى الملاحة بالأقمار الصناعية ، فإذا استبدلنا محطات الإرسال الأرضية بأقمار صناعية ترسل موجات راديوية يستطيع جهاز الاستقبال أن يتعامل معها ، ويحسب المسافة من موقعه إلى موقع كل قمر صناعي فيمكن تحديد الموقع الذي به هذا المستقبل ، مع العلم أن كل قمر صناعي يكون معلوم المدار الذي يدور عليه في الفضاء وأن موقع كل قمر صناعي يكون معلوماً في أي لحظة طوال 24 ساعة يومياً .

وتطورت نظم الملاحة بالأقمار الصناعية مع إطلاق نظام الملاحة الامريكي الذي عرف باسم ترانزيت ( Transit) وأيضاً باسم نظام دوبلر ( Doppler ) في الستينات من القرن العشرين ، وكان الهدف منه تحديد مواقع القطع البحرية في البحار والمحيطات ومعرفة إحداثيات المواقع الإستراتيجية بدقة . ولكنها أثبتت فشلها نظراً لكونها تستخدم أقماراً صناعية منخفضة المدار كما أن عددها محدود وقليل ، وبالتالي لا يمكن الحصول على نتائج محددة بصفة دائمة بسبب ترددات أجهزتها الصغيرة ، كما أن أي تحرك بسيط لجهاز الاستقبال يسبب أخطاء فادحة في تحديد الموقع .
فتم استحداث نظام تحديد المواقع العالمي GPS وروعي فيه تغطية جميع المناطق على سطح الكرة الأرضية ، وكذلك دقة نتائج تحديد المواقع والإحداثيات .


المراجع : كتب نظام تحديد المواقع العالمي ( المؤسسة العامة للتعليم الفني والتدريب المهني في المملكة العربية السعودية ) .

          كتاب مدخل إلى النظام العالمي لتحديد المواقع للدكتور جمعة محمد داوود .

أكمل القراءة

مراحل تطور تحديد المواقع

بسم الله الرحمن الرحيم 

عندما بدأ الإنسان البدائي بحثه في الأرض عن الكسب والعيش وبدأ في التجول والترحال محاولاً اكتشاف أرجاء الكرة الأرضية ، بدأت حاجته للبحث عن وسيلة تساعده في إمكانية تحديد موقعه واتجاهه ، وإلى أين سيأخذه التجوال والسفر دون أن يتوه في البيئة المحيطة .

فبدايةً كان يعتمد على تعيين مساره ودروبه بواسطة علامات من أكوام صغيرة من الحجارة ، واتخذ بعض الأماكن والأجسام الأرضية ( كالجبال ) كعلامات تمكنه من معرفة طريقه ، بالإضافة إلى مساعدة نهارية من الشمس والظل ، وبالتالي استطاع أن يسافر لعدة كيلومترات ويعود لموقعه الأصلي مرة أخرى . ومنذ ذلك الوقت ظهر مصطلح الملاحة ( Navigation ) : وهي العملية التي يتنقل الإنسان بواسطتها بين موقعين وتساعده في معرفة موقعه في أي وقت .

وعندما اكتشف الإنسان المحيطات ظهرت مشكلة بعدم وجود مكان لوضع العلامات الارضية الحجرية ، وعندها بدأ بالاعتماد على النجوم كعلامات مرجعية تمكنه من معرفة موقعه واتجاهه أثناء السفر ليلاً ، إلا أن النجوم كانت بعيدة جداً وبالتالي تختلف درجة وضوحها من موقع إلى آخر ، ولذلك تم استحداث طرق دقيقة للقياس وتم الاستعانة ببعض الأدوات المساندة للرصد والقياس ( كالإسطرلاب ) ، مع ملاحظة أن إجراء مثل تلك القياسات كان لا يتم إلا بالليل وفي الليالي الصافية الخالية من السحب .

ومن ثم بدأ علم الفلك وتطورت علوم الجغرافيا والأرض وصححت مفاهيم الناس فيما يتعلق بشكل الأرض وتحديد المواقع . وتم استحداث أنظمة عديدة للإحداثيات ( جيوديزية – جغرافية – مستوية ) ، وتم استحداث عدد من الأنظمة الإلكترونية المتقدمة في الملاحة وتحديد المواقع إلا أنها كانت محدودة النطاق والفاعلية ، وكانت تعتمد على إشارات على شكل موجات راديوية ( كهرومغناطيسية ) تبثها محطات متفرقة على سطح الأرض ، إلا أن المعلومات لم تكن بالدقة المطلوبة ، إلى أن ظهرت الأقمار الصناعية فطبق العلماء نفس مبدأ الملاحة الراديوية في تطوير الملاحة بالأقمار الصناعية ، واستبدلت محطات الإرسال الأرضية بأقمار صناعية ترسل موجات راديوية يستطيع جهاز الاستقبال التعامل معها .

ثم تم استحداث نظام تحديد المواقع العالمي GPS وروعي فيه تغطية جميع المناطق على سطح الكرة الأرضية ، وكذلك دقة نتائج تحديد المواقع والإحداثيات .


المراجع : كتب نظام تحديد المواقع العالمي ( المؤسسة العامة للتعليم الفني والتدريب المهني في المملكة العربية السعودية ) .

أكمل القراءة