أساسيات نظام تحديد المواقع العالمي
إن كلمة GPS هي اختصار لـ Global Positioning System وتعني نظام تحديد المواقع العالمي، وهي تقنية مفيدة بشكل خاص في تحديد موقع أجسام معينة على سطح الأرض ومفيدة كذلك للملاحة في أثناء التنقل.
كيف يعمل نظام GPS؟
يكمن أساس تشغيل GPS في القياس الدقيق للوقت الذي تحتاجه إشارة لقطع المسافة من نقطة إلى أخرى. يمكن استخدام مصطلح آخر لوصف ما سبق، ألا وهو قياس وقت التشغيل.
إن قياس وقت التشغيل هو عملية مألوفة لك: فمثلا عندما يضرب البرق في أثناء عاصفة رعدية، تعد "21، 22، 23"، ثم تسمع صوت الرعد. من هذه الملاحظة، تستنتج أن البرق ضرب في مكان ما على مسافة حوالي كيلومتر واحد من مكان وجودك.
بالنظر إلى سرعة الإنتشار للإشارة v وكذلك إلى وقت التشغيل Δt التي تحتاجه الإشارة إلى الانتقال من جهاز إرسال إلى جهاز استقبال، فإنه يمكننا حساب المسافة r بين الموقعين للجهازين بالمعادلة التالية:
في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، تعد الأقمار الصناعية في الفضاء بمنزلة أجهزة الإرسال. أما المستقبلات فهي أجهزة على الأرض، مثل أجهزة الملاحة في السيارات والسفن أو أجهزة الملاحة المحمولة (مثل الهواتف الخلوية).
أجهزة استقبال مختلفة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
تصدر الأقمار الصناعية باستمرار إشارات محملة بحزم بيانات معها معلومات إضافية حول الوقت الذي تم فيه إرسال كل إشارة والموقع الدقيق للقمر الصناعي لحظة إرسال الإشارة. تصل هذه البيانات إلى الأرض كإشارات كهرومغناطيسية تنتقل بسرعة الضوء. وعلى هذا، فإنه يمكننا أن نقول أن سرعة الإنتشار v لإشارات الأقمار الصناعية هذه، تعادل سرعة الضوء c.
سوف تتعلم في الصفحات التالية ...
- كيف يمكن تحديد موقع مستقبل GPS من الفضاء الخارجي،
- كم عدد الأقمار الصناعية الموجودة في الفضاء وكيف يتم التحكم في مداراتها لضمان دِقَّة أجهزة إستقبال الـ GPS،
- التطبيقات الأخرى المثيرة للاهتمام، التي يمكن استخدامها بواسطة ‘جهاز الملاحة’ في سيارتك.
أيضًا هناك العديد من أوراق العمل حول هذا الموضوع، التي يمكن استخدامها في مواضيع مثل الفيزياء أو الرياضيات.
