في آخر مرة استخدمت فيها هاتفك لوضع تحدد خرائط Google موقعك الدقيق على خريطة ، هل توقفت وتساءلت يومًا كيف يعمل GPS بدقة؟
النظام العالمي لتحديد المواقع (GPS) ) تم إطلاق النظام بالفعل من قبل وزارة الدفاع الأمريكية في عام 1973 (المعروف باسم NAVSTAR). بحلول عام 1993 ، كان هناك 24 قمراً صناعياً يدور حول الأرض تدور حول الأرض وتبث بيانات مدارية وموضعية يمكن للجيش استخدامها لأغراض ملاحية وأغراض عسكرية أخرى. اليوم ، وحتى كتابة هذه السطور ، هناك 28.
في الثمانينيات ، تم فتح البيانات المرسلة من سواتل GPS للجمهور ، مما فتح سوقًا كاملًا لمجموعة واسعة من أجهزة الملاحة GPS التي لدينا اليوم.
اعتبارًا من كتابة هذه المقالة ، كل من روسيا والصين وأوروبا والهند لديها أنظمة GPS نشطة خاصة بها. تقوم اليابان بتطوير نظام GPS الخاص بها المقرر تشغيله في عام 2023.
كيف يعمل GPS؟
بينما تعتمد تقنية GPS الساتلية على المتقدمة ، طريقة عمل النظام بسيطة للغاية.
هناك ثلاثة مكونات لأي نظام ملاحة GPS فردي.
In_content_1 الكل: [300 × 250] / dfp: [ 640x360]->تستخدم مستقبلات GPS رياضيات مبدأ يعرف باسم التثليث لحساب موقعه الخاص.
كيف يعمل Triangulation GPS
من أي نقطة على هذا الكوكب ، إذا كنت تحمل جهاز استقبال GPS (مثل المستقبِل الموجود في هاتفك) ، يتلقى مستقبل GPS طوابع زمنية من الساعات المتزامنة على كل من أقمار GPS الصناعية العلوية.
باستخدام الاختلافات في الطوابع الزمنية والسرعة الثابتة للضوء التي تنتقل بها موجات الراديو ، يمكن لمستقبل GPS تحديد المسافة بين المكان الذي تقف فيه إلى كل قمر صناعي.
يوفر ذلك لجهاز الاستقبال GPS دائرة نصف قطرها من المجالات مع الأقمار الصناعية في المركز ، وموقعك على حافة الكرة.
نظرًا لأن كل قمر صناعي يسافر في مكان يمكن التنبؤ به المدار فوق الأرض ، يمكن لجهاز الاستقبال استخدام تقويم مخزّن للموقف الحالي المعروف لجميع أقمار GPS لتحديد أين تقع هذه الأقمار الصناعية حاليًا على الأرض تقريبًا.
بفضل الموقع المعروف لكل قمر صناعي والمسافة المقاسة بين هذه الأقمار الصناعية وموقعك ، يستطيع جهاز استلام GPS الخاص بك حساب موقعك التقريبي عن طريق تحديد مكان تقاطع هذه المجالات الثلاثة معًا على سطح الأرض.
ثم يعرض جهاز الاستقبال هذا الموقع لك على الخريطة.
توفر ثلاثة أقمار صناعية موقعًا تقريبيًا ، وتتطلب أجهزة استقبال GPS إشارة رابعة من قمر صناعي آخر لتحديد المواقع لتحديد الارتفاع الحالي على سطح الأرض باستخدام مبدأ رياضي آخر يعرف باسم ثلاثية الطبقات.
كيف يعمل مستشعر GPS الخاص بهاتفك
تأتي معظم الهواتف الذكية الحديثة مزودة بشريحة مستقبل GPS. يمكن أن تتلقى هذه الشريحة إشارات الراديو من الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي.
ساعة هاتفك ليست ساعة ذرية ، لذا لم تتم مزامنة وقتها مع الساعات الذرية للأقمار الصناعية في المدار. ومع ذلك ، لا يهم هذا عندما يتعلق الأمر بحساب الموقع باستخدام إشارات من تلك الأقمار الصناعية.
وذلك لأن جهاز استقبال GPS الخاص بهاتفك يركز على البيانات التي يتلقاها من الأقمار الصناعية ، وقاعدة بيانات لمواقع الأقمار الصناعية المعروفة على الأرض. نظرًا لأن جميع الأقمار الصناعية تمتلك ساعة ذرية ، فإن الوقت الحالي لكل قمر صناعي هو نفسه تمامًا في أي لحظة معينة.
ومع ذلك ، بسبب المسافة من القمر الصناعي ، وحقيقة أن إشارات الراديو تنتقل بسرعة الضوء ، تكشف الاختلافات بين كل طابع زمني مستلم عن المسافة بين هاتفك وكل من الأقمار الصناعية.
إليك كيفية عمل عملية GPS هذه:
هذا يخبر مستقبل GPS الخاص بك استغرق الأمر ثانية واحدة حتى تصل إشارة الراديو إليها من القمر الصناعي 1 ، و 2 ثانية من القمر الصناعي 2 ، و 3 ثوانٍ من القمر الصناعي 3.
سرعة الضوء ثابتة معروفة تبلغ 299،792،458 مترًا في الثانية.
باستخدام الرياضيات البسيطة ، يمكنك استخدام جهاز الاستقبال n احسب أن مسافة المسافة تقارب 300 ألف متر من القمر الصناعي 1 و 600 ألف متر من القمر الصناعي 2 و 900 ألف متر من القمر الصناعي 3.
باستخدام جدول بحث من قاعدة بيانات GPS للأقمار الصناعية ، يعرف مستقبل GPS الخاص بهاتفك الموقع الحالي التقريبي على الأرض لجميع الأقمار الصناعية الثلاثة ، والذي يوفر إحداثيات خطوط الطول والعرض الثلاثة.
باستخدام هذه المعلومات ، يمكن لهاتفك حساب إحداثيات خطوط الطول والعرض الخاصة بك على الأرض.
باستخدام الإحداثيات المعروفة ، يمكن لجهاز الاستقبال GPS استخدام المسافة المقاسة بينه وبين قمر صناعي رابع لتحديد الارتفاع فوق الأرض الذي تحدده.
ما هو نظام تحديد المواقع العالمي المدعوم؟
قبل أن تبدأ الهواتف الذكية في دمج دوائر GPS ، كان الناس يستخدمون عادة مستقبلات GPS المحمولة باليد التي تعمل على بطاريات AA. أو سيقومون بتثبيت وحدات GPS في السيارات ، التي يتم توصيلها ببطارية الهاتف.
كان ذلك لأن الاتصالات اللاسلكية تتطلب طاقة أكبر. يكمن القيد في ذلك في أنه كان عليك غالبًا الانتظار عدة دقائق حتى يتمكن "مستقبل GPS الخاص بك" من "تأمين" ما يكفي من أقمار GPS لتحديد موقعك.
تخطت شركات تصنيع الهواتف الذكية هذا القيد في البطارية من خلال الجمع بين التكنولوجيا الحالية التثليث الخلوي. قبل فترة طويلة من تمكين الهواتف GPS ، يمكن أن تستخدم إشارات قادمة من أبراج الهواتف المحمولة لتثليث الموقف الخاص بك ، باستخدام نفس النوع من الطابع الزمني للتثليث وتكنولوجيا المسافة كما هو الحال مع الأقمار الصناعية GPS.
لسوء الحظ ، لأن الهاتف الخليوي الأبراج في مستوى الأرض ، وهذا الحساب الملاحي أقل دقة بكثير. لذا ، سيستخدم برنامج GPS الذكي الخاص بك أولاً تثليث الإشارات الخلوية لتحديد موقعك التقريبي ، ثم قم بتحديث هذا الموضع بمجرد أن تكون بيانات GPS الساتلية جاهزة.
يسمح هذا للهواتف الذكية الحديثة بحجز طاقة البطارية باستخدام بيانات GPS فقط عند هذه التحديثات الموقع مطلوبة. هذا هو السبب في أنك قد غالبًا رؤية موقعك على خرائط Google تنتقل أحيانًا إلى موقع جديد عندما تتوفر بيانات أكثر دقة.