ما هي أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمية الموجودة؟ نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية

يعود تاريخ إنشاء الملاحة عبر الأقمار الصناعية إلى الخمسينيات. في اللحظة التي أطلق فيها الاتحاد السوفييتي أول قمر صناعي للأرض، لاحظ العلماء الأمريكيون بقيادة ريتشارد كيرشنر الإشارة الصادرة من القمر الصناعي السوفييتي واكتشفوا أنه بفضل تأثير دوبلر، يزداد تردد الإشارة المستقبلة مع اقتراب القمر الصناعي وتناقصه. كما يتحرك بعيدا. كان جوهر الاكتشاف هو أنه إذا كنت تعرف إحداثياتك بالضبط على الأرض، يصبح من الممكن قياس موضع القمر الصناعي، والعكس صحيح، مع معرفة موقع القمر الصناعي بالضبط، يمكنك تحديد إحداثياتك الخاصة.

تم تحقيق هذه الفكرة بعد 20 عامًا. تم إطلاق أول قمر صناعي تجريبي إلى مداره في 14 يوليو 1974 من قبل الولايات المتحدة، وآخر قمر صناعي من بين جميع الأقمار الصناعية الـ 24 اللازمة لتغطية سطح الأرض بالكامل تم إطلاقه إلى المدار في عام 1993، وبالتالي فإن نظام تحديد المواقع العالمي، أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) باختصار، دخلت الخدمة. أصبح من الممكن استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لتوجيه الصواريخ بدقة نحو الأجسام الثابتة ثم المتحركة في الجو وعلى الأرض. أيضًا، بمساعدة النظام المدمج في الأقمار الصناعية، أصبح من الممكن اكتشاف الشحنات النووية القوية الموجودة على سطح الكوكب.

في البداية، تم تطوير نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وهو نظام تحديد المواقع العالمي، كمشروع عسكري بحت. ولكن بعد إسقاط طائرة تابعة للخطوط الجوية الكورية وعلى متنها 269 راكبا في عام 1983، سمح الرئيس الأمريكي رونالد ريغان بالاستخدام الجزئي لنظام الملاحة للأغراض المدنية. تم تقليل درجة الصوت بواسطة خوارزمية خاصة.

ثم ظهرت معلومات تفيد بأن بعض الشركات قد فكت رموز خوارزمية تقليل الدقة ونجحت في تعويض هذا المكون من الخطأ، وفي عام 2000 تم إلغاء هذا التخشين في الدقة بمرسوم من الرئيس الأمريكي.

1. نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية

نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية- نظام تقني إلكتروني معقد، يتكون من مجموعة من المعدات الأرضية والفضائية، مصممة لتحديد الموقع (الإحداثيات الجغرافية والارتفاع)، وكذلك معلمات الحركة (سرعة واتجاه الحركة، إلخ) للأرض والماء والهواء شاء.

1.1 ما هو نظام تحديد المواقع؟

تم تطوير نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية GPS في الأصل من قبل الولايات المتحدة للاستخدام العسكري. الاسم المعروف الآخر للنظام هو "NAVSTAR". اسم "GPS"، الذي أصبح بالفعل اسمًا شائعًا، هو اختصار لنظام تحديد المواقع العالمي، والذي يُترجم إلى نظام الملاحة العالمي. يصف هذا الاسم بشكل كامل الغرض من النظام - وهو توفير التنقل في جميع أنحاء العالم. ليس فقط على الأرض، ولكن أيضًا في البحر والجو. استخدام إشارات الملاحة أنظمة تحديد المواقع، يستطيع أي مستخدم تحديد موقعه الحالي بدقة عالية.

أصبحت هذه الدقة ممكنة إلى حد كبير بفضل الخطوات التي اتخذتها الحكومة الأمريكية، والتي في عام 2000 جعلت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) متاحًا ومفتوحًا للمستخدمين المدنيين. ولنتذكر ذلك سابقًا، باستخدام نظام خاصتم إدخال تشوهات الوصول الانتقائي (SA - التوفر الانتقائي) في الإشارة المرسلة، مما أدى إلى تقليل دقة تحديد الموقع إلى 70-100 متر. منذ 1 مايو 2000، تم تعطيل هذا الوضع وزادت الدقة إلى 3-10 أمتار.

في الواقع، أعطى هذا الحدث دفعة قوية لتطوير معدات الملاحة GPS المنزلية، وخفض تكلفتها، ونشرها بنشاط بين المستخدمين العاديين. حاليا، أجهزة استقبال GPS أنواع مختلفةتستخدم بنشاط في جميع مجالات النشاط البشري، من الملاحة العادية إلى التحكم الشخصي والألعاب المثيرة مثل " غيوكاشينغ" وفقًا لنتائج العديد من الدراسات، فإن استخدام أنظمة الملاحة GPS يوفر تأثيرًا اقتصاديًا كبيرًا على الاقتصاد العالمي والبيئة - حيث تزيد السلامة المرورية، وتتحسن حالة الطريق، وينخفض ​​استهلاك الوقود، وتقل كمية الانبعاثات الضارة في الغلاف الجوي .

إن الاعتماد المتزايد للاقتصاد الأوروبي على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ونتيجة لذلك، على الإدارة الأمريكية، أجبر أوروبا على البدء في تطوير نظام الملاحة الخاص بها - غاليليو. نظام جديديشبه إلى حد كبير نظام GPS.

2. تكوين نظام تحديد المواقع

2.1 قطاع الفضاء

يتكون الجزء الفضائي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من كوكبة مدارية من الأقمار الصناعية التي تبث إشارات ملاحية. وتتوزع الأقمار الصناعية على 6 مدارات على ارتفاع حوالي 20 ألف كيلومتر. وتبلغ الفترة المدارية للأقمار الصناعية 12 ساعة، وتبلغ سرعتها حوالي 3 كم/ثانية. وهكذا يقوم كل قمر صناعي كل يوم بدورتين كاملتين حول الأرض.

تم إطلاق أول قمر صناعي في فبراير 1978. حجمها مفتوح الألواح الشمسيةيساوي 5 أمتار، والوزن - أكثر من 900 كجم. كان هذا هو القمر الصناعي لأول تعديل لنظام GPS-I. على مدار الثلاثين عامًا الماضية، تغيرت العديد من التعديلات على أقمار GPS الصناعية في المدار: GPS II-A، GPS II-R، GPS IIR-M. خلال عملية التحديث، تم تقليل وزن الأقمار الصناعية، وتحسين استقرار الساعات الموجودة على متنها، وزيادة الموثوقية.

ترسل الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ثلاث إشارات ملاحية على ترددين L1 وL2. إشارة C/A "المدنية"، المرسلة على التردد L1 (1575.42 ميجا هرتز)، متاحة لجميع المستخدمين وتوفر دقة تحديد المواقع من 3 إلى 10 أمتار. يتم إرسال الكود P "العسكري" عالي الدقة على الترددات L1 و L2 (1227.60 ميجا هرتز) ودقته أعلى من حيث الحجم من الإشارة "المدنية". كما أن استخدام الإشارة المرسلة على ترددين مختلفين يجعل من الممكن التعويض جزئيًا عن التأخيرات الأيونوسفيرية.

ينفذ التعديل الأخير للأقمار الصناعية GPS IIR-M إشارة L2C "مدنية" جديدة، مصممة لزيادة دقة نظام تحديد المواقعقياسات.

يتم تحديد هوية الإشارات الملاحية بواسطة رقم يتوافق مع "شفرة الضوضاء الزائفة" الفريدة لكل قمر صناعي. احتوت المواصفات الفنية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في البداية على 32 رمزًا. وفي مرحلة تطوير النظام والفترة الأولية لتشغيله، كان من المخطط ألا يتجاوز عدد الأقمار الصناعية العاملة 24 قمرا صناعيا. تم تخصيص رموز مجانية للأقمار الصناعية الجديدة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في مرحلة التشغيل. وكان هذا المبلغ كافيا للتشغيل الطبيعي للنظام. ولكن في الوقت الحاضر، يوجد بالفعل 32 قمرا صناعيا في المدار، منها 31 قمرا صناعيا تعمل في وضع التشغيل، وتنقل إشارة ملاحية إلى الأرض.

يتيح "تكرار" الأقمار الصناعية للمستخدم حساب الموقع في الظروف التي تكون فيها "رؤية" السماء محدودة بالمباني الشاهقة أو الأشجار أو الجبال.

2.2 الجزء الأرضي

يتكون الجزء الأرضي من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من 5 محطات تحكم ومحطة تحكم رئيسية تقع في القواعد العسكرية الأمريكية - في جزر كواجالين وهاواي في المحيط الهادئ، وفي جزيرة أسنسيون، وفي جزيرة دييغو جارسيا في المحيط الهندي، وفي كولورادو الينابيع، انتقلوا إليها شكل 1وتشمل مهام محطات المراقبة استقبال وقياس الإشارات الملاحية القادمة من الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وحساب مختلف أنواع الأخطاء وإرسال هذه البيانات إلى محطة التحكم. تتيح المعالجة المشتركة للبيانات المستلمة حساب انحراف مسارات الأقمار الصناعية عن مدارات معينة، والتحولات الزمنية للساعات الموجودة على متن السفينة، والأخطاء في الرسائل الملاحية. تتم مراقبة حالة الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بشكل مستمر تقريبًا. يتم "تنزيل" بيانات الملاحة، التي تتكون من المدارات المتوقعة وتصحيحات الساعة لكل قمر صناعي، كل 24 ساعة، في الوقت الذي تكون فيه في منطقة الوصول لمحطة التحكم.

بالإضافة إلى محطات GPS الأرضية، هناك العديد من محطات خاصة و شبكات الدولةأنظمة التتبع التي تقيس إشارات الملاحة GPS لتوضيح المعلمات الجوية ومسارات الأقمار الصناعية.

الصورة 1

2.3 معدات المستخدم

تشير معدات المستخدم إلى أجهزة استقبال الملاحة التي تستخدم إشارات من الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لحساب الموقع الحالي والسرعة والوقت. يمكن تقسيم معدات المستخدم إلى "منزلية" و"احترافية". يعد هذا التقسيم تعسفيًا من نواحٍ عديدة، لأنه في بعض الأحيان يكون من الصعب جدًا تحديد الفئة التي يجب تصنيف جهاز استقبال GPS فيها والمعايير التي يجب استخدامها. هناك فئة كاملة من أجهزة الملاحة GPS المستخدمة للمشي لمسافات طويلة والسفر بالسيارة وصيد الأسماك وما إلى ذلك. هناك أنظمة الطيران والملاحة البحرية، والتي غالبًا ما تكون جزءًا من أنظمة الملاحة المعقدة. في الآونة الأخيرة، أصبحت شرائح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) منتشرة على نطاق واسع وتم دمجها في أجهزة المساعد الرقمي الشخصي والهواتف والأجهزة المحمولة الأخرى.

لذلك، في الملاحة ياأصبح تقسيم أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى "الكود" و"المرحلة" أكثر انتشارًا. في الحالة الأولى، يتم استخدام المعلومات المرسلة في رسائل الملاحة لحساب الموقع. تقع معظم أجهزة الملاحة GPS الرخيصة، والتي تتراوح تكلفتها بين 100 و2000 دولار، ضمن هذه الفئة.

لا تستخدم الفئة الثانية من أجهزة استقبال الملاحة GPS البيانات الموجودة في رسائل الملاحة فحسب، بل تستخدم أيضًا مرحلة الإشارة الحاملة. في معظم الحالات، تكون هذه المستقبلات الجيوديسية باهظة الثمن أحادية ومزدوجة التردد (L1 وL2) قادرة على حساب الموقع بدقة نسبية تبلغ عدة سنتيمترات وحتى ملليمترات. يتم تحقيق هذه الدقة في وضع RTK، عند المعالجة المشتركة لقياسات مستقبل GPS وبيانات المحطة الأساسية. يمكن أن تصل تكلفة هذه الأجهزة إلى عشرات الآلاف من الدولارات.

3. عمل ملاح GPS أ

المبدأ الأساسي الذي يقوم عليه نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بأكمله بسيط وقد تم استخدامه منذ فترة طويلة للملاحة والتوجيه: إذا كنت تعرف الموقع الدقيق لشيء ما نقطة مرجعيةوالمسافة إليها، يمكنك بعد ذلك رسم دائرة (في الحالة ثلاثية الأبعاد، كرة) يجب أن تكون نقطة موقعك عليها. من الناحية العملية، إذا كانت المسافة المذكورة أعلاه، أي. إذا كان نصف القطر كبيرًا بدرجة كافية، فيمكنك استبدال قوس الدائرة بقطعة مستقيمة. إذا قمت برسم العديد من هذه الخطوط المقابلة لنقاط مرجعية مختلفة، فستشير نقطة تقاطعها إلى موقعك. في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، يتم لعب دور هذه النقاط المرجعية بواسطة عشرين قمرًا صناعيًا، يتحرك كل منها في مداره الخاص على ارتفاع حوالي 17000 كيلومتر فوق سطح الأرض. سرعة حركتها عالية جدًا، لكن المعلمات المدارية وموقعها الحالي معروفة بدقة عالية لأجهزة الكمبيوتر الموجودة على متن الطائرة. جزء مهم من أي ملاح GPS هو جهاز استقبال تقليدي يعمل بتردد ثابت و"يستمع" باستمرار. للإشارات التي ترسلها هذه الأقمار الصناعية. يصدر كل قمر صناعي باستمرار إشارة راديوية تحتوي على بيانات حول معلمات مداره وحالة المعدات الموجودة على متنه والوقت المحدد. من بين كل هذه المعلومات، تعد البيانات المتعلقة بالوقت الدقيق على متن الطائرة هي الأكثر أهمية: يقوم جهاز استقبال GPS، باستخدام المعالج المدمج، بحساب الفاصل الزمني بين إرسال واستقبال الإشارة، ثم يضربها في سرعة انتشار الراديو موجات، الخ. يكتشف المسافة بين القمر الصناعي وجهاز الاستقبال.

سنتحدث اليوم عن ماهية نظام تحديد المواقع (GPS) وكيف يعمل هذا النظام. دعونا ننتبه إلى تطور هذه التكنولوجيا وميزاتها الوظيفية. سنناقش أيضًا الدور الذي تلعبه الخرائط التفاعلية في تشغيل النظام.

تاريخ نظام تحديد المواقع

بدأ تاريخ ظهور نظام تحديد المواقع العالمي، أو تحديد الإحداثيات، في الولايات المتحدة في الخمسينيات البعيدة مع إطلاق أول قمر صناعي سوفيتي إلى الفضاء. ولاحظ فريق من العلماء الأمريكيين الذين يراقبون عملية الإطلاق أنه مع تحرك القمر الصناعي بعيدا، قام بتغيير تردد إشارته تدريجيا. وبعد تحليل عميق للبيانات، توصلوا إلى استنتاج مفاده أنه بمساعدة القمر الصناعي، بمزيد من التفصيل، موقعه والإشارة المنبعثة، من الممكن تحديد موقع وسرعة حركة الشخص على الأرض بدقة، كما والعكس صحيح، سرعة وموقع القمر الصناعي في المدار عند تحديد الإحداثيات البشرية الدقيقة. ومع نهاية السبعينيات، أطلقت وزارة الدفاع الأمريكية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لأغراضها الخاصة، وبعد سنوات قليلة أصبح متاحًا للاستخدام المدني. كيف يعمل نظام تحديد المواقع الآن؟ بالضبط كما كان يعمل في ذلك الوقت، وعلى نفس المبادئ والأسس.

شبكة الأقمار الصناعية

يرسل أكثر من أربعة وعشرين قمرًا صناعيًا في مدار الأرض إشارات ربط راديوية. ويختلف عدد الأقمار الصناعية، ولكن هناك دائمًا العدد المطلوب في المدار لضمان التشغيل دون انقطاع، بالإضافة إلى أن بعضها احتياطي بحيث إذا تعطلت الأقمار الأولى ستتولى مهامها. وبما أن عمر الخدمة لكل واحد منهم يبلغ حوالي 10 سنوات، يتم إطلاق إصدارات جديدة ومحدثة. وتدور الأقمار الصناعية في ستة مدارات حول الأرض على ارتفاع أقل من 20 ألف كيلومتر، وتشكل شبكة مترابطة يتم التحكم فيها عن طريق محطات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وتقع الأخيرة في جزر استوائية وترتبط بمركز التنسيق الرئيسي في الولايات المتحدة.

كيف يعمل الملاح GPS؟

بفضل هذه الشبكة، يمكنك معرفة موقعك عن طريق حساب تأخير الإشارة من الأقمار الصناعية، واستخدام هذه المعلومات لتحديد الإحداثيات. كيف يعمل نظام تحديد المواقع الآن؟ مثل أي شبكة ملاحة مكانية، فهي مجانية تمامًا. يعمل بكفاءة عالية في أي ظروف جوية وفي أي وقت من اليوم. الشراء الوحيد الذي يجب أن تحصل عليه هو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) نفسه أو جهاز يدعم وظيفة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). في الواقع، يعتمد مبدأ تشغيل المستكشف على مخطط تنقل بسيط طويل الأمد: إذا كنت تعرف بالضبط المكان الذي يوجد به كائن العلامة الأكثر ملاءمة لدور المعلم، والمسافة منه إليك ، ارسم دائرة تشير فيها إلى موقعك بنقطة. إذا كان نصف قطر الدائرة كبيرا، فاستبدله بخط مستقيم. ارسم عدة خطوط من موقعك المحتمل باتجاه العلامات؛ وستشير نقطة تقاطع الخطوط إلى إحداثياتك على الخريطة. تلعب الأقمار الصناعية المذكورة أعلاه في هذه الحالة دور هذه الأجسام المميزة بمسافة من موقعك تبلغ حوالي 18 ألف كيلومتر. وعلى الرغم من أنها تدور في المدار بسرعة هائلة، إلا أن موقعها يتم مراقبته باستمرار. كل ملاح لديه جهاز استقبال GPS مبرمج عليه التردد المطلوبوهو في تفاعل مباشر مع القمر الصناعي. تحتوي كل إشارة راديو كمية معينة منالمعلومات المشفرة، والتي تتضمن معلومات حول الحالة الفنية للقمر الصناعي وموقعه في مدار الأرض والمنطقة الزمنية ( الوقت بالضبط). بالمناسبة، تعد المعلومات المتعلقة بالوقت المحدد هي الأكثر ضرورة للحصول على بيانات حول إحداثياتك: يتم ضرب الحساب المستمر للمدة الزمنية بين إطلاق واستقبال إشارة الراديو في سرعة موجة الراديو نفسها، وفي حسابات قصيرة المدى يتم حساب المسافة بين جهاز الملاحة الخاص بك والقمر الصناعي في المدار.

صعوبات المزامنة

بناءً على مبدأ الملاحة هذا، يمكن الافتراض أنه لتحديد إحداثياتك بدقة، قد تحتاج فقط إلى قمرين صناعيين، بناءً على إشاراتهما سيكون من السهل العثور على نقطة التقاطع، وفي النهاية، المكان الذي تتواجد فيه . لكن لسوء الحظ، أسباب فنيةتتطلب استخدام قمر صناعي آخر كعلامة. المشكلة الرئيسية هي ساعة جهاز استقبال GPS، والتي لا تسمح بالتزامن الكافي مع الأقمار الصناعية. والسبب في ذلك هو الاختلاف في عرض الوقت (على متصفحك وفي الفضاء). تمتلك الأقمار الصناعية ساعات ذرية باهظة الثمن وعالية الجودة، مما يسمح لها بحساب الوقت بدقة متناهية، في حين أنه من المستحيل ببساطة استخدام مثل هذه الكرونومترات على أجهزة الاستقبال التقليدية، لأن أبعادها وتكلفتها وتعقيد تشغيلها لن تسمح لها بذلك. لاستخدامها في كل مكان. حتى خطأ بسيط قدره 0.001 ثانية يمكن أن يؤدي إلى تغيير الإحداثيات بأكثر من 200 كيلومتر إلى الجانب!

العلامة الثالثة

لذلك قرر المطورون ترك تقنية ساعات الكوارتز المعتادة في ملاحي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) واتخاذ مسار مختلف ، بشكل أكثر دقة - لاستخدام معلمين من معالم الأقمار الصناعية بدلاً من اثنين - ثلاثة على التوالي نفس عدد الخطوط للتقاطع اللاحق. يعتمد حل المشكلة على حل بسيط ومبتكر: عندما تتقاطع جميع الخطوط من العلامات الثلاثة المحددة، حتى مع عدم الدقة المحتملة، يتم إنشاء منطقة على شكل مثلث، يتم أخذ مركزها كوسط لها - موقعك. يتيح لك هذا أيضًا تحديد الفرق الزمني بين جهاز الاستقبال وجميع الأقمار الصناعية الثلاثة (والتي سيكون الفرق فيها هو نفسه)، مما يسمح لك بتصحيح تقاطع الخطوط تمامًا في المركز، وبعبارة أخرى، هذا يحدد موقعك احداثيات نظام تحديد الموقع.

تردد واحد

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن جميع الأقمار الصناعية ترسل معلومات إلى جهازك على نفس التردد، وهو أمر غير معتاد تمامًا. كيف يعمل ملاح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وكيف يدرك جميع المعلومات بشكل صحيح إذا كانت جميع الأقمار الصناعية ترسل المعلومات إليه بشكل مستمر وفي نفس الوقت؟ كل شيء بسيط للغاية. ولتعريف أنفسهم، ترسل أجهزة الإرسال الموجودة على القمر الصناعي أيضًا معلومات قياسية في إشارة الراديو، والتي تحتوي على رمز مشفر. فهو يبلغ عن الحد الأقصى لخصائص القمر الصناعي ويتم إدخاله في قاعدة بيانات جهازك، مما يسمح لك بعد ذلك بمقارنة البيانات من القمر الصناعي مع قاعدة بيانات الملاح. حتى مع كميات كبيرةيمكن التعرف على الأقمار الصناعية الموجودة في النطاق بسرعة وسهولة. كل هذا يبسط المخطط بأكمله ويسمح باستخدام هوائيات الاستقبال الأصغر والأضعف في ملاحي GPS، مما يقلل من التكلفة ويقلل من تصميم الأجهزة وأبعادها.

خرائط جي بي اس

يتم تنزيل خرائط نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على جهازك بشكل منفصل، حتى تتمكن من التحكم في التضاريس التي تريد التنقل فيها. يقوم النظام فقط بتعيين إحداثياتك على الكوكب، وتتمثل وظيفة الخرائط في إعادة إنشاء نسخة رسومية على الشاشة يتم رسم الإحداثيات عليها، مما يسمح لك بالتنقل في المنطقة. كيف يعمل نظام تحديد المواقع في هذه الحالة؟ مجانًا، وتستمر في البقاء على هذه الحالة؛ ولا تزال البطاقات في بعض المتاجر عبر الإنترنت (وليس فقط) مدفوعة الأجر. في كثير من الأحيان، يتم إنشاء تطبيقات منفصلة للعمل مع الخرائط لجهاز به متصفح GPS: مدفوع ومجاني. يعد تنوع الخرائط أمرًا مثيرًا للدهشة ويسمح لك بإعداد الطريق من النقطة أ إلى النقطة ب بأكبر قدر ممكن من المعلومات وبكل وسائل الراحة: ما هي المعالم السياحية التي سوف تمر بها، وأقصر طريق إلى وجهتك، مساعد صوت، يدل على الاتجاه وغيرها.

معدات GPS إضافية

يتم استخدام نظام GPS ليس فقط ليظهر لك المسار الصحيح. يسمح لك بمراقبة كائن قد يحتوي على ما يسمى بالمنارة أو جهاز تعقب GPS. وهو يتألف من جهاز استقبال الإشارة نفسه وجهاز إرسال يعتمد على GSM أو 3GP أو بروتوكولات اتصال أخرى لنقل المعلومات حول موقع الكائن في مراكز الخدمةممارسة السيطرة. يتم استخدامها في العديد من الصناعات: الأمن والطبي والتأمين والنقل وغيرها الكثير. هناك أيضًا أجهزة تتبع سيارات تتصل بالسيارة حصريًا.

السفر دون مشاكل

كل يوم، يذهب معنى الخريطة والبوصلة الدائمة إلى الماضي. التقنيات الحديثةتسمح للشخص بتمهيد الطريق لرحلته بأقل خسارة للوقت والجهد والمال، مع الاستمرار في رؤية الأماكن الأكثر إثارة وإثارة للاهتمام. إن ما كان خيالًا علميًا قبل قرن من الزمان أصبح حقيقة اليوم، ويمكن للجميع تقريبًا الاستفادة منه: من الأفراد العسكريين والبحارة وطيارين الطائرات إلى السياح والسعاة. والآن يكتسب استخدام هذه الأنظمة في الصناعات التجارية والترفيهية والإعلانية شعبية كبيرة، حيث يستطيع كل رائد أعمال الإشارة إلى نفسه على خريطة عالمية للعالم، ولن يكون من الصعب العثور عليه. نأمل أن تكون هذه المقالة قد ساعدت كل من يهتم بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) - كيف يعمل، وعلى أي أساس يتم تحديد الإحداثيات، وما هي نقاط القوة والضعف فيه.

يستخدم العديد من أصحاب السيارات الملاحين في سياراتهم. إلا أن بعضهم لا يعلم بوجود نظامين مختلفين للأقمار الصناعية - GLONASS الروسي ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الأمريكي. من هذه المقالة سوف تتعرف على الاختلافات بينهما وأيهما يجب أن يكون مفضلاً.

كيف يعمل نظام الملاحة؟

يستخدم نظام الملاحة بشكل أساسي لتحديد موقع الجسم (في هذه الحالة، السيارة) وسرعته. في بعض الأحيان يكون من الضروري تحديد بعض المعلمات الأخرى، على سبيل المثال، الارتفاع فوق مستوى سطح البحر.

ويقوم بحساب هذه المعلمات من خلال تحديد المسافة بين الملاح نفسه وكل من الأقمار الصناعية العديدة الموجودة في مدار الأرض. كقاعدة عامة، ل عمل فعاليتطلب النظام المزامنة مع أربعة أقمار صناعية. ومن خلال تغيير هذه المسافات، يتم تحديد إحداثيات الجسم وخصائص الحركة الأخرى. لا تتزامن أقمار GLONASS مع دوران الأرض، مما يضمن استقرارها على مدى فترة طويلة من الزمن.

فيديو: GloNaSS مقابل GPS

ما هو الأفضل GLONASS أو GPS وما هو الفرق بينهما

كانت أنظمة الملاحة تهدف في المقام الأول إلى استخدامها للأغراض العسكرية، وعندها فقط أصبحت متاحة للمواطنين العاديين. من الواضح أن الجيش يحتاج إلى استخدام تطورات دولته، لأن نظام الملاحة الأجنبي يمكن أن يتم إيقافه من قبل سلطات ذلك البلد في حالة الطوارئ. حالة الصراع. علاوة على ذلك، يتم تشجيع الموظفين العسكريين والمدنيين في روسيا على استخدام نظام GLONASS في الحياة اليومية.

في الحياة اليومية، لا ينبغي لسائق السيارة العادي أن يقلق على الإطلاق بشأن اختيار نظام الملاحة. يوفر كل من GLONASS وجودة ملاحة كافية للاستخدام اليومي. في المناطق الشمالية من روسيا والدول الأخرى الواقعة عند خطوط العرض الشمالية، تعمل أقمار GLONASS بكفاءة أكبر نظرًا لأن مسارات سفرها أعلى فوق الأرض. وهذا هو، في القطب الشمالي، في الدول الاسكندنافية، يكون GLONASS أكثر فعالية، وقد أدرك السويديون ذلك في عام 2011. وفي مناطق أخرى، يكون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أكثر دقة قليلاً من نظام GLONASS في تحديد الموقع. وفق النظام الروسيالتصحيح والرصد التفاضلي، تتراوح أخطاء نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من 2 إلى 8 أمتار، وأخطاء GLONASS من 4 إلى 8 أمتار. ولكن لكي يحدد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الموقع الذي تحتاج إلى التقاطه من 6 إلى 11 قمرًا صناعيًا، فإن GLONASS يكفي لـ 6-7 أقمار صناعية.

وينبغي أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أن نظام GPS ظهر قبل 8 سنوات وأخذ زمام المبادرة بشكل كبير في التسعينيات. وعلى مدار العقد الماضي، قلص GLONASS هذه الفجوة بشكل شبه كامل، وبحلول عام 2020، يعد المطورون بأن GLONASS لن يكون أدنى من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بأي شكل من الأشكال.

تم تجهيز معظمها الحديثة بنظام مشترك يدعم كلاً من نظام الأقمار الصناعية الروسي والنظام الأمريكي. وهذه الأجهزة هي الأكثر دقة ولها أقل خطأ في تحديد إحداثيات السيارة. ويزداد أيضًا استقرار الإشارات المستقبلة، لأن مثل هذا الجهاز يمكنه "رؤية" المزيد من الأقمار الصناعية. من ناحية أخرى، فإن أسعار هؤلاء الملاحين أعلى بكثير من نظيراتهم ذات النظام الواحد. هذا أمر مفهوم - هناك شريحتان مدمجتان فيهما قادرتان على استقبال الإشارات من كل نوع من الأقمار الصناعية.

فيديو: اختبار أجهزة استقبال GPS وGPS+GLONASS Redpower CarPad3

وبالتالي، فإن الملاحين الأكثر دقة وموثوقية هم الأجهزة ذات النظام المزدوج. ومع ذلك، ترتبط مزاياها مع عيب واحد كبير - التكلفة. لذلك، عند الاختيار، عليك أن تفكر - هل هذه الدقة العالية ضرورية في الاستخدام اليومي؟ أيضًا، بالنسبة لعشاق السيارات البسيطة، ليس من المهم جدًا استخدام نظام الملاحة - الروسي أو الأمريكي. لن يسمح لك GPS أو GLONASS بالضياع وسيأخذك إلى وجهتك المطلوبة.

تتناول المقالة مبدأ التشغيل وتكوين وميزات نظام تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية GPS (نظام تحديد المواقع العالمي).
يعد نظام الملاحة العالمي لتحديد المواقع (GPS) جزءًا من مجمع NAVSTAR، الذي تم تطويره وتنفيذه وتشغيله من قبل وزارة الدفاع الأمريكية. بدأ تطوير مجمع NAVSTAR (الأقمار الصناعية للملاحة التي توفر الوقت والمدى - نظام ملاحي لتحديد الوقت والمدى) في عام 1973، وفي 22 فبراير 1978، تم تنفيذ أول إطلاق تجريبي للمجمع، وفي مارس في عام 1978، بدأ مجمع NAVSTAR العمل. تم إطلاق أول قمر صناعي تجريبي إلى المدار في 14 يوليو 1974، وتم إطلاق آخر الأقمار الصناعية الـ 24 اللازمة لتغطية سطح الأرض بالكامل في المدار في عام 1993. يُشار عادةً إلى الجزء المدني من شبكة الأقمار الصناعية العسكرية NAVSTAR باسم GPS؛ وقد بدأ التشغيل التجاري للنظام في شكله الحالي في عام 1995.
بعد مرور أكثر من 20 عامًا على الإطلاق التجريبي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وبعد 5 سنوات من بدء التشغيل التجاري لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، في الأول من مايو عام 2000، ألغت وزارة الدفاع الأمريكية الشروط الخاصة لاستخدام نظام تحديد المواقع (GPS) التي كانت موجودة حتى ذلك الحين. قام الجيش الأمريكي بإيقاف التداخل (SA - التوفر الانتقائي)، مما يقلل بشكل مصطنع من دقة أجهزة استقبال GPS المدنية، وبعد ذلك زادت دقة تحديد الإحداثيات باستخدام الملاحين المنزليين 5 مرات على الأقل. وبعد أن ألغى الأمريكان نظام الوصول الانتقائي، أصبحت الدقة في تحديد الإحداثيات باستخدام أبسط طريقة مدنية الملاح GPSيتراوح من 5 إلى 20 مترًا (يتم تحديد الارتفاع بدقة 10 أمتار) ويعتمد على ظروف استقبال الإشارة عند نقطة معينة وعدد الأقمار الصناعية المرئية وعدد من الأسباب الأخرى. تتوافق الأرقام الواردة مع استقبال الإشارة المتزامنة من 6 إلى 8 أقمار صناعية. تحتوي معظم أجهزة استقبال GPS الحديثة على جهاز استقبال ذو 12 قناة يسمح لك بمعالجة المعلومات من 12 قمرًا صناعيًا في وقت واحد. توفر التطبيقات العسكرية للملاحة المستندة إلى NAVSTAR دقة أعلى من حيث الحجم (تصل إلى عدة ملليمترات) ويتم دعمها بواسطة رمز P(Y) مشفر. يتم توزيع المعلومات في كود C/A (الدقة القياسية) المرسلة باستخدام L1 مجانًا، دون قيود على الاستخدام.

أساس نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هو الأقمار الصناعية الملاحية التي تتحرك حول الأرض على طول 6 مسارات مدارية دائرية (4 أقمار صناعية في كل منها)، على ارتفاع 20,180 كم. تدور أقمار GPS حول الأرض كل 12 ساعة، ويبلغ وزنها في المدار حوالي 840 كجم، وأبعادها 1.52 م عرضًا، و5.33 م طولًا، بما في ذلك الألواح الشمسية، يولد قوة 800 واط. يضمن 24 قمرًا صناعيًا تشغيل نظام الملاحة GPS بنسبة 100% في أي مكان في العالم. يقتصر الحد الأقصى لعدد الأقمار الصناعية التي تعمل في وقت واحد في نظام NAVSTAR على 37 قمرًا صناعيًا. ويوجد حاليًا 32 قمرًا صناعيًا في المدار، و24 قمرًا صناعيًا رئيسيًا و8 قمرًا احتياطيًا في حالة الأعطال.

تتم مراقبة الكوكبة المدارية من محطة التحكم الرئيسية (MCS)، التي تقع في قاعدة شريفر الجوية. كولورادو، الولايات المتحدة الأمريكية. يتحكم في نظام الملاحة GPS على نطاق عالمي. تعد قاعدة شريفر الجوية موطنًا لقوة الفضاء الأمريكية الخمسين، وهي وحدة تابعة لقيادة القوات الجوية.

يتكون الجزء الأرضي من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من عشر محطات تتبع، تقع في جزر كواجالين وهاواي في المحيط الهادئ، وفي جزيرة أسنسيون، وفي جزيرة دييغو جارسيا في المحيط الهندي، وفي كولورادو سبرينغز، وكيب كانافيريل، وأجهزة الكمبيوتر الشخصية. . فلوريدا، إلخ. يتزايد عدد المحطات الأرضية باستمرار، وتستخدم جميع محطات التتبع أجهزة استقبال GPS لتتبع إشارات الملاحة لجميع الأقمار الصناعية بشكل سلبي. تتم معالجة المعلومات الواردة من محطات المراقبة في محطة التحكم الرئيسية MCS ويتم استخدامها لتحديث التقويم الفلكي للأقمار الصناعية. يتم تنزيل بيانات الملاحة، التي تتكون من المدارات المتوقعة وتصحيحات الساعة، لكل قمر صناعي كل 24 ساعة.

تحديد الإحداثيات والملاحة GPS.
أساس فكرة تحديد إحداثيات جهاز استقبال GPS هو حساب المسافة منه إلى عدة أقمار صناعية، ويعتبر موقعها معروفاً. يتم تحديد موقع جهاز استقبال GPS في الفضاء بناءً على خوارزمية قياس المسافة من نقطة المراقبة إلى القمر الصناعي. يعتمد المدى على حساب المسافة من التأخير الزمني لانتشار إشارة الراديو من القمر الصناعي إلى جهاز الاستقبال. إذا كنت تعرف وقت انتشار إشارة الراديو، فيمكن حساب المسار الذي تنتقل إليه بسهولة. تعمل أجهزة الاستقبال في الوضع السلبي وتحسب إحداثياتها، لكن هذا لا يعني أن إحداثيات جهاز استقبال GPS ستكون معروفة لأي شخص آخر غير مالكها. يقوم كل قمر صناعي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بتوليد موجات راديو بترددين بشكل مستمر - L1=1575.42 ميجاهرتز وL2=1227.60 ميجاهرتز. كل جهاز استقبال GPS لديه مولد خاص به، يعمل على نفس التردد ويعدل الإشارة وفقًا لنفس قانون مولد القمر الصناعي. ومن ثم، فمن الممكن حساب زمن انتشار الإشارة، وبالتالي المسافة إلى القمر الصناعي، من زمن التأخير بين الأقسام المتطابقة من الشفرة المستلمة من القمر الصناعي والمولدة بشكل مستقل.
تتعلق المشكلة الرئيسية عند حساب المسافة إلى القمر الصناعي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بمزامنة الساعات على القمر الصناعي وفي جهاز الاستقبال. حتى الخطأ البسيط يمكن أن يؤدي إلى خطأ كبير في تحديد المسافة. يحمل كل قمر صناعي ساعات ذرية عالية الدقة على متنه، والتي لا يمكن دمجها في جهاز استقبال GPS تقليدي. لربط اختلال الوقت وتجنب الأخطاء الكبيرة في تحديد المواقع، يقدم نظام GPS مبدأ التكرار لتحديد الإحداثيات ثلاثية الأبعاد على سطح الأرض. يستخدم جهاز استقبال GPS إشارات ليس من ثلاثة أقمار صناعية، بل من أربعة أقمار صناعية على الأقل، ويقوم، بناءً على الإشارات المساعدة، بإجراء جميع التعديلات اللازمة لتشغيل ساعته. بالإضافة إلى الإشارات الملاحية، يرسل القمر الصناعي باستمرار معلومات الخدمة المختلفة. يتلقى مستقبل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، على سبيل المثال، التقويم الفلكي (بيانات دقيقة حول مدار القمر الصناعي)، وتوقعات للتأخير في انتشار الإشارة الراديوية في الغلاف الأيوني، بالإضافة إلى معلومات حول أداء القمر الصناعي (ما يسمى "التقويم"، يحتوي على معلومات حول حالة ومدارات جميع الأقمار الصناعية يتم تحديثها كل 12.5 دقيقة). يتم إرسال هذه البيانات بمعدل 50 بت في الثانية على ترددات L1 أو L2.

دعونا نشير إلى المسافة إلى أقمار الملاحة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على أنها A وB وC. ولنفترض أن المسافة A إلى قمر صناعي واحد معروفة. في هذه الحالة، لا يمكن تحديد إحداثيات جهاز استقبال GPS، لأنه يمكن أن يقع في أي نقطة على كرة نصف قطرها A محصور حول القمر الصناعي. إذا كانت المسافة B للمستقبل من القمر الصناعي الثاني معروفة، فإن تحديد الإحداثيات غير ممكن أيضًا - فالجسم يقع في مكان ما على الدائرة (الموضحة باللون الأزرق)، وهي تقاطع كرتين. المسافة المعروفة C إلى القمر الصناعي الثالث تقلل من عدم اليقين في الإحداثيات إلى نقطتين (يشار إليهما بالنقاط الحمراء). وهذا يكفي بالفعل لتحديد إحداثيات جهاز استقبال GPS بشكل لا لبس فيه. على الرغم من حقيقة أن لدينا نقطتين بإحداثيات، إلا أن واحدة فقط تقع على سطح الأرض، والثانية، كاذبة، إما أن تكون عميقة داخل الأرض، أو مرتفعة جدًا فوق سطحها. وبالتالي، من الناحية النظرية، بالنسبة للملاحة GPS ثلاثية الأبعاد، يكفي معرفة المسافات من جهاز الاستقبال إلى ثلاثة أقمار صناعية، ولكن كما قلنا بالفعل، يستخدم جهاز استقبال GPS إشارات ليس من ثلاثة، ولكن من أربعة أقمار صناعية على الأقل، وعلى أساس الإشارات المساعدة، ويقوم بإجراء جميع التعديلات اللازمة لتحسين دقة الملاحة.
تتمثل عيوب نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في أنه في ظل ظروف معينة قد لا تصل الإشارة إلى جهاز استقبال GPS، لذلك يكاد يكون من المستحيل تحديد موقعك الدقيق في عمق شقة داخل مبنى خرساني مسلح أو في قبو أو في نفق. يقع تردد تشغيل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في نطاق الديسيمتر من موجات الراديو، وبالتالي قد يتدهور مستوى استقبال الإشارة من الأقمار الصناعية تحت أوراق الشجر الكثيفة، أو في المناطق ذات المناطق الحضرية الكثيفة أو بسبب السحب الكثيفة، مما سيؤثر على دقة تحديد المواقع. يمكن أيضًا أن تتداخل العواصف المغناطيسية ومصادر الراديو الأرضية مع الاستقبال العادي لإشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). الخرائط المصممة للملاحة عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) سرعان ما تصبح قديمة وقد لا تكون دقيقة، لذلك لا تحتاج إلى الوثوق بالبيانات الواردة من جهاز استقبال GPS فحسب، بل أيضًا بعينيك. تجدر الإشارة بشكل خاص إلى أن تشغيل نظام الملاحة GPS العالمي يعتمد بشكل كامل على وزارة الدفاع الأمريكية ولا يمكن للمرء التأكد من أن الولايات المتحدة لن تقوم في أي وقت بتشغيل التداخل (SA - التوفر الانتقائي) أو حتى إيقافه تمامًا القطاع المدني لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) سواء في منطقة معينة أو بشكل عام. كان هناك بالفعل المتقدمين. لحسن الحظ، GPS لديه بديل في النموذج أنظمة الملاحة GLONASS (روسيا) وGalileo (الاتحاد الأوروبي)، والتي ينبغي أن تنتشر على نطاق واسع في المستقبل.

التنقل هو تحديد معلمات الوقت الإحداثي للكائنات.

كانت أول وسيلة فعالة للملاحة هي تحديد الموقع من خلال الأجرام السماوية المرئية (الشمس والنجوم والقمر). طريقة تنقل بسيطة أخرى هي الإسناد الجغرافي، أي. تحديد الموقع بالنسبة للمعالم المعروفة (أبراج المياه، خطوط الكهرباء، الطرق السريعة و السكك الحديديةوإلخ.).

تم تصميم أنظمة الملاحة وتحديد المواقع لمراقبة موقع (حالة) الأشياء باستمرار. يوجد حاليًا فئتان من أدوات الملاحة وتحديد المواقع: الأرضية والفضائية.

تشمل الأنظمة الأرضية الأنظمة الثابتة والمحمولة والمحمولة والمجمعات ومحطات الاستطلاع الأرضية ووسائل الملاحة وتحديد المواقع الأخرى. مبدأ عملها هو التحكم في الهواء الراديوي من خلال هوائيات خاصة متصلة بمسح محطات الراديو، وعزل الإشارات الراديوية الصادرة عن أجهزة الإرسال الراديوية للأجسام التتبعية أو المنبعثة من المجمع (المحطة) نفسها والمنعكسة عن جسم التتبع أو من جسم ما. علامة خاصة أو مستشعر مشفر على اللوحة (CBD) موجود على الكائن. عند استخدام هذا النوع الوسائل التقنيةمن الممكن الحصول على معلومات حول إحداثيات الموقع واتجاه وسرعة حركة الكائن المتحكم فيه. إذا كانت هناك علامة خاصة أو CBD على كائنات التتبع، فإن أجهزة التعريف المتصلة بالأنظمة لا تسمح فقط بوضع علامة على موقع الكائنات الخاضعة للرقابة على خريطة إلكترونية، ولكن أيضًا للتمييز بينها وفقًا لذلك.

تنقسم أنظمة الملاحة وتحديد المواقع الفضائية إلى نوعين.

يتميز النوع الأول من أنظمة الملاحة وتحديد المواقع الفضائية باستخدام أجهزة استشعار خاصة على أجسام التتبع المتنقلة - أجهزة استقبال أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية مثل GLONASS (روسيا) أو GPS (الولايات المتحدة الأمريكية). تتلقى أجهزة الاستقبال الملاحية لأجسام التتبع المتحركة إشارة راديوية من نظام الملاحة، والتي تحتوي على إحداثيات (التقويم الفلكي) للأقمار الصناعية الموجودة في المدار والمرجع الزمني. يقوم معالج جهاز الاستقبال الملاحي، بناءً على بيانات من الأقمار الصناعية (ثلاثة على الأقل)، بحساب خط العرض الجغرافي وخط الطول لموقعه (جهاز الاستقبال). يمكن تصور هذه المعلومات (الإحداثيات الجغرافية) على جهاز استقبال الملاحة نفسه، إذا كان هناك جهاز إخراج معلومات (شاشة، مراقب)، وفي نقطة التتبع، عندما يتم إرسالها من جهاز استقبال الملاحة لجسم متحرك عبر الاتصالات الراديوية (شعاعي، تقليدي، كابلات، خلوي، قمر صناعي).

يتميز النوع الثاني من أنظمة الملاحة وتحديد المواقع الفضائية عن طريق مسح الاستقبال (المحمل) في المدار للإشارات القادمة من المنارات الراديوية المثبتة على جسم التتبع. كقاعدة عامة، تتراكم الإشارات التي يستقبلها القمر الصناعي من منارات الراديو أولاً ثم في نقطة معينة في المدار ينقل معلومات حول كائنات التتبع إلى مركز معالجة البيانات الأرضي. في هذه الحالة، يزيد وقت تسليم المعلومات قليلاً.

تتيح لك أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية ما يلي:

• إجراء مراقبة وتتبع مستمر لأية أجسام متحركة؛
• عرض على الخريطة الإلكترونية للمرسل إحداثيات ومسار وسرعة حركة كائنات التحكم والتتبع (مع دقة تحديد الإحداثيات والارتفاع فوق مستوى سطح البحر حتى 100 متر، وفي الوضع التفاضلي - حتى 2...5 متر) ;
• الاستجابة السريعة لحالات الطوارئ (التغييرات في المعلمات المتوقعة في كائن التحكم والتتبع أو في مساره وجدوله الزمني، وإشارة SOS، وما إلى ذلك)؛
• تحسين المسارات وجداول الحركة لكائنات التحكم والتتبع.

حاليًا، يمكن تنفيذ وظائف أنظمة الملاحة وتحديد المواقع المتخصصة (التتبع التلقائي للموقع الحالي لأجهزة المشتركين ومحطات الاتصال لضمان التجوال وتوفير خدمات الاتصالات) بدقة نسبية عبر الأقمار الصناعية والخلوية (إن وجدت). محطات القاعدةمعدات تحديد الموقع) أنظمة الاتصالات الراديوية.

التنفيذ الواسع النطاق لأنظمة الملاحة وتحديد المواقع، والتركيب الواسع النطاق للمعدات المقابلة في الشبكات الاتصالات الخلويةيمكن لروسيا، من أجل تحديد موقع أجهزة الإرسال العاملة والدوريات والمركبات وغيرها من الأشياء التي تهم وكالات الشؤون الداخلية ومراقبتها باستمرار، أن توسع بشكل كبير قدرات أنشطة إنفاذ القانون.

المبدأ الأساسي لتحديد الموقع باستخدام أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية هو استخدام الأقمار الصناعية كنقاط مرجعية.

من أجل تحديد خط الطول وخط العرض لجهاز الاستقبال الأرضي، يجب على جهاز الاستقبال استقبال إشارات من ثلاثة أقمار صناعية على الأقل ومعرفة إحداثياتها والمسافة من الأقمار الصناعية إلى جهاز الاستقبال (الشكل 6.8). يتم قياس الإحداثيات بالنسبة لمركز الأرض الذي له الإحداثيات (0، 0، 0).

يتم حساب المسافة من القمر الصناعي إلى جهاز الاستقبال من وقت الانتشار المقاس للإشارة. ليس من الصعب إجراء هذه الحسابات، لأنه من المعروف أن الموجات الكهرومغناطيسية تنتقل بسرعة الضوء. إذا كانت إحداثيات ثلاثة أقمار صناعية والمسافات بينها وبين المستقبل معروفة، فيمكن للمستقبل حساب أحد الموقعين المحتملين في الفضاء (النقطتان 1 و2 في الشكل 6.8). عادةً ما يستطيع المتلقي تحديد أي من هاتين النقطتين صالح، نظرًا لأن قيمة موقع واحد لها معنى لا معنى له.

أرز. 6.8. تحديد الموقع باستخدام إشارات من ثلاثة أقمار صناعية

ومن الناحية العملية، للتخلص من خطأ ساعة المولد، الذي يؤثر على دقة قياسات فرق التوقيت، من الضروري معرفة الموقع والمسافة إلى القمر الصناعي الرابع (الشكل 6.9).

أرز. 6.9. تحديد الموقع باستخدام إشارات من أربعة أقمار صناعية

يوجد حاليًا نظامان للملاحة عبر الأقمار الصناعية ويتم استخدامهما بنشاط - GLONASS وGPS.

تشتمل أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية على ثلاثة مكونات (الشكل 6.10):

• الجزء الفضائي، والذي يتضمن الكوكبة المدارية للأقمار الصناعية الأرضية (وبعبارة أخرى، المركبات الفضائية الملاحية)؛
• قطاع التحكم، مجمع التحكم الأرضي (GCU) للكوكبة المدارية للمركبات الفضائية؛
• معدات مستخدم النظام.

أرز. 6.10. تكوين أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية

يتكون الجزء الفضائي لنظام GLONASS من 24 مركبة فضائية ملاحية (NSVs) تقع في مدارات دائرية بارتفاع 19100 كم وميل قدره 64.5 درجة وفترة مدارية مدتها 11 ساعة و15 دقيقة في ثلاث مستويات مدارية (الشكل 6.11). يستوعب كل مستوى مداري 8 أقمار صناعية مع إزاحة خط عرض موحدة قدرها 45 درجة.

يتكون الجزء الفضائي لنظام الملاحة GPS من 24 قمرًا صناعيًا رئيسيًا و3 أقمارًا احتياطية. وتتوزع الأقمار الصناعية في ستة مدارات دائرية بارتفاع حوالي 20 ألف كيلومتر، وميل قدره 55 درجة، ومتباعدة بالتساوي على خط الطول كل 60 درجة.

أرز. 6.11. مدارات الأقمار الصناعية GLONASS وGPS

يقوم الجزء المعقد للتحكم الأرضي في نظام GLONASS بالوظائف التالية:

• التقويم الفلكي ودعم التردد الزمني؛
• المراقبة الميدانية للملاحة الراديوية؛
• مراقبة القياسات الراديوية للأقمار الصناعية؛
• القيادة والتحكم في برنامج الراديو للقمر الصناعي.

ولمزامنة المقاييس الزمنية لمختلف السواتل بالدقة المطلوبة، تُستخدم على متن الساتل معايير تردد السيزيوم مع عدم استقرار نسبي يصل إلى 10 -13 ثانية. يستخدم مجمع التحكم الأرضي معيار الهيدروجين مع عدم استقرار نسبي يتراوح بين 10 إلى 14 ثانية. وبالإضافة إلى ذلك، تتضمن NKU وسائل لتصحيح المقاييس الزمنية الساتلية بالنسبة للمقياس المرجعي مع وجود خطأ يتراوح بين 3 و5 نانوثانية.

يوفر الجزء الأرضي الدعم الفلكي للأقمار الصناعية. وهذا يعني أنه يتم تحديد معلمات حركة القمر الصناعي على الأرض ويتم التنبؤ بقيم هذه المعلمات لفترة زمنية محددة مسبقًا. يتم تضمين المعلمات وتوقعاتها في الرسالة الملاحية المرسلة بواسطة القمر الصناعي مع إرسال الإشارة الملاحية. ويتضمن ذلك أيضًا تصحيحات التردد الزمني للمقياس الزمني الموجود على متن الساتل بالنسبة إلى وقت النظام. يتم إجراء القياس والتنبؤ بمعلمات حركة القمر الصناعي في المركز الباليستي للنظام بناءً على نتائج قياسات المسار للمسافة إلى القمر الصناعي وسرعته الشعاعية.

معدات مستخدم النظام هي أجهزة هندسية راديوية مصممة لاستقبال ومعالجة إشارات الملاحة الراديوية من المركبات الفضائية الملاحية لتحديد الإحداثيات المكانية ومكونات ناقل سرعة الحركة وتصحيح المقاييس الزمنية لمستخدم الملاحة العالمية نظام الأقمار الصناعية.

يحدد جهاز الاستقبال موقع المستهلك الذي يختار المواقع الأكثر ملاءمة من جميع الأقمار الصناعية المرصودة من حيث ضمان دقة الملاحة. بناءً على المسافات إلى الأقمار الصناعية المختارة، فإنه يحدد خط الطول وخط العرض والارتفاع للمستهلك، بالإضافة إلى معلمات حركته: الاتجاه والسرعة. يتم عرض البيانات المستلمة على الشاشة في شكل إحداثيات رقمية، أو يتم عرضها على خريطة منسوخة مسبقًا إلى جهاز الاستقبال.

أجهزة استقبال أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية سلبية، أي. فهي لا تصدر إشارات وليس لها قناة اتصال عودة. يتيح لك ذلك أن يكون لديك عدد غير محدود من مستهلكي أنظمة اتصالات الملاحة.

أصبحت أنظمة مراقبة حركة الأجسام المعتمدة على أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية واسعة الانتشار الآن. يظهر هيكل مثل هذا النظام في الشكل. 6.12.

أرز. 6.12. هيكل نظام المراقبة

تتلقى أجهزة استقبال الملاحة المثبتة على كائنات التتبع إشارات من الأقمار الصناعية وتحسب إحداثياتها. ولكن بما أن أجهزة استقبال الملاحة هي أجهزة سلبية، فيجب أن يوفر النظام نظامًا لنقل الإحداثيات المحسوبة إلى مركز المراقبة. يمكن أن تكون أجهزة المودم الراديوي VHF، وأجهزة المودم GSM/GPRS/EDGE (شبكات 2G)، وشبكات الجيل الثالث التي تعمل باستخدام بروتوكولات UMTS/HSDPA، وأجهزة المودم CDMA، وأنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية، وما إلى ذلك بمثابة وسائل لنقل البيانات حول إحداثيات كائن المراقبة.

تم تصميم مركز المراقبة لنظام الملاحة والمراقبة عبر الأقمار الصناعية لمراقبة الكائنات التي تم تركيب (احتواء) معدات الملاحة والاتصالات عليها من أجل التحكم في معلماتها الفردية (الموقع والسرعة واتجاه الحركة) واتخاذ القرارات بشأن إجراءات معينة.

يحتوي مركز المراقبة على أدوات معالجة معلومات البرامج والأجهزة التي توفر:

• استقبال ومعالجة وتخزين المعلومات الواردة من أهداف المراقبة؛
• عرض معلومات حول موقع كائنات المراقبة على خريطة إلكترونية للمنطقة.

يحل نظام الملاحة والمراقبة في هيئات الشؤون الداخلية المهام التالية:

• ضمان المراقبة الآلية من جانب موظفي مراكز العمل لوضع أطقم المركبات؛
• تزويد موظفي مركز العمل بمعلومات حول موقع المركبات لاتخاذ القرارات الإدارية عند تنظيم الاستجابة السريعة للحوادث في منطقة المسؤولية؛
• عرض معلومات بتنسيق رسومي حول موقع المركبات ومعلومات الخدمة الأخرى تلقائيًا مكان العملالمشغل أو العامل؛
• تكوين وتخزين أرشيف عن مسارات حركة أطقم المركبات أثناء خدمتهم؛
• إصدار تقارير إحصائية عن استيفاء معايير النشر الإلزامي للقوات والوسائل أثناء نوبة العمل، ومعايير موجزة لفعالية استخدام القوات والوسائل، ومؤشرات السيطرة على مجالات المسؤولية.

لضمان موثوقية عالية وموثوقية نقل معلومات المراقبة من المعدات الموجودة على متن المركبات التابعة لوحدات وزارة الداخلية الروسية إلى مراكز العمل كجزء من النظام، من الضروري استخدام قناة نقل بيانات احتياطية، والتي يمكن تستعمل ك