نظام سواتل ملاحة عالمي
أنظمة سواتل الملاحة العالمية (GNSS)، هي المصطلح العام لـ أنظمة السواتل الملاحية والتي تقوم بإعطاء معلومات عن المواقع الجغرافية على النطاق العالمي. وتسمح هذه الأنظمة للمستقبلات الالكترونية بتحديد احداثيات الموقع؛ الطول، العرض والارتفاع في حدود بضعة أمتار مستخدمة إشارات زمنية المرسلة على طول خط الرؤية عن طريق راديو من الأقمار الصناعية.
ويمكن استخدام المستقبلات الأرضية في هذه النظم، والتي لديها القدرة على تحديد الموقع وكذلك أيضا على حساب الوقت بدقة كمرجع للتجارب العلمية.
في 2009، يعتبر نظام التموقع العالمي (GPS) الأمريكي هو نظام التشغيل الكامل الوحيد في نظم السواتل الملاحية العالمية. وتعمل روسيا على تطوير نظامها گلوناس لجعله تحت التشغيل الكامل. وقام الاتحاد الاوروبي بانشاء نظام گاليليو للتموقع ولكنه مازال في مرحلة التطوير، ومن المتوقع أن يبدأت تشغيله في 2013. تعمل الصين على توسيع نظام التشغيل الاقليمي نظام بيدو الملاحي ليصبح نظاما عالمي تحت اسم كومپاس بحلول 2015.
تتم التغطية عن طريق مجموعة من سواتل المدارات الأرضية المتوسطة MEO الموجودة في الأسطح المدارية المختلفة. تقوم النظم الفعلية باستخدام توجهات مدارية >50° وفترات مدارية على مدار 12 ساعة (بارتفاع 20.200 كم).
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
تصنيف أنظمة السواتل الملاحية العالمية
تُصنف GNSS التي توفر دقة محسّنة ومراقبة أمانة قابلة للاستخدام للملاحة المدنية على النحو التالي:[1]
- GNSS-1 هو نظام الجيل الأول وهو مزيج من نظم الملاحة الساتلية الحالية (GPS و گلوناس)، مع نظم التعزيز الساتلي (SBAS) أو نظم التعزيز الأرضية (GBAS). في الولايات المتحدة، المكون الساتلي هو نظام تعزيز واسع النطاق (WAAS)، وفي أوروبا هو خدمة التراكب الملاحية الأوروبية الثابتة بالنسبة إلى الأرض (EGNOS)، وفي اليابان هو نظام تعزيز السواتل متعددة الوظائف (MSAS). يتم توفير التعزيز الأرضي من خلال أنظمة مثل نظام تعزيز النطاق المحلي (LAAS).
- GNSS-2 هو الجيل الثاني من النظم التي توفر بشكل مستقل نظام ملاحة ساتلي مدني كامل، يتجلى في نظام تحديد المواقع الأوروبي گاليليو. ستوفر هذه الأنظمة الدقة ومراقبة النزاهة اللازمة للملاحة المدنية. يتكون هذا النظام من ترددات L1 و L2 للاستخدام المدني و L5 لتكامل النظام. كما يجري التطوير أيضاً لتزويد GPS بترددات L2 و L5 للاستخدام المدني، مما يجعله نظام GNSS-2.¹[بحاجة لمصدر]
- نظم الملاحة الساتلية الأساسية، حالياً GPS، گاليليو وگلوناس.
- نظم التعزيز العالمية الساتلية (SBAS) مثل اومنيستار و ستارفاير.
- SBAS الإقليمية بما في ذلك WAAS (الولايات المتحدة)، اگنوس (الاتحاد الاوروبي)، MSAS (اليابان) وگاگان (الهند).
- نظم سواتل الملاحة الاقليمية مثل QZSS (اليابان)، نظام السواتل الملاحية الإقليمي الهندي (الهند) وبـِيْدو (الصين).
- نظم التعزيز الأرضية ذات النطاق القاري (GBAS) على سبيل المثال خدمة GRAS الأسترالية ون ت ع تفاضلي (DGPS) التابع لوزارة النقل الأمريكية.
- النطاق الإقليمي GBAS مثل شبكات CORS.
- وقد حُدد GBAS المحلي بواسطة محطة مرجعية واحدة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تعمل بتصحيحات التحريك في زمن حقيقي (RTK).
التاريخ والنظريات
عمر الملاحة الراديوية الأرضية عقود. استخدمت نظم ديكا، لوران، جي وأوميگا أجهزة إرسال راديوية ذات موجة طويلة التي تبث نبضاً لاسلكياً من موقع "رئيسي" معروف، متبوعاً بنبض متكرر من عدد من محطات "تابعة". يسمح التأخير بين استقبال الإشارة الرئيسية وإشارات تابعة للمستقبل باستنتاج المسافة إلى كل من التوابع، مما يوفر تحديداً للموقع. كان أول نظام ملاحة عبر السواتل هو ترانزيت، وهو نظام نشره الجيش الأمريكي في الستينيات. استندت عملية ترانزيت إلى تأثير دوپلر: سارت السواتل على مسارات معروفة وبثت إشاراتها على تردد معروف جيداً. سيختلف التردد المستلم قليلاً عن تردد البث بسبب حركة الساتل فيما يتعلق بجهاز الاستقبال. من خلال مراقبة هذا التحول في التردد خلال فترة زمنية قصيرة، يمكن للمستقبل تحديد موقعه على جانب أو آخر من الساتل، ويمكن للعديد من هذه القياسات جنباً إلى جنب مع معرفة دقيقة بمدار الساتل تحديد موقع معين. تحدث أخطاء الموقع المداري للساتل بسبب انكسار الموجات الراديوية، وتغيرات مجال الجاذبية (لأن مجال جاذبية الأرض ليست موحدة)، وظواهر أخرى. وجد فريق، بقيادة هارلد جوري من قسم Pan Am Aerospace في فلوريدا من 1970-1973، حلولًا و/أو تصحيحات للعديد من مصادر الأخطاء. باستخدام بيانات ازمن الحقيقي والتقدير التكراري، تم تضييق الأخطاء المنهجية والمتبقية إلى الدقة الكافية للملاحة.[2]
تضمن جزء من بث ساتل في مداره بياناته المدارية الدقيقة. من أجل ضمان الدقة، قام المرصد البحري الأمريكي (USNO) باستمرار بمراقبة المدارات الدقيقة لهذه السواتل. مع انحراف مدار الساتل، سترسل USNO المعلومات المحدثة إلى الساتل. ستحتوي عمليات البث اللاحقة من ساتل محدث على أحدث المعلومات الدقيقة حول مداره.
النظم الحديثة أكثر مباشرة. يبث الساتل إشارة تحتوي على بيانات مدارية (يمكن من خلالها حساب موقع الساتل) والزمن الدقيق الذي تم إرسال الإشارة فيه. يتم إرسال البيانات المدارية في رسالة بيانات متراكبة على كود يعمل كمرجع توقيت. يستخدم الساتل ساعة ذرية للحفاظ على تزامن جميع السواتل في الكوكبة. يقارن جهاز الاستقبال وقت البث المشفر في الإرسال مع وقت الاستقبال المقاس بواسطة ساعة داخلية، وبالتالي يقيس وقت الرحلة إلى الساتل. يمكن إجراء العديد من هذه القياسات في نفس الوقت على السواتل مختلفة، مما يسمح بإنشاء إصلاح مستمر في الوقت الفعلي.
كل قياس للمسافة، بغض النظر عن النظام المستخدم، يضع المستقبل على غلاف كروي على المسافة المقاسة من هيئة البث. من خلال إجراء العديد من هذه القياسات ثم البحث عن نقطة التقائها، يتم إنشاء الإصلاح. ومع ذلك، في حالة أجهزة الاستقبال سريعة الحركة، يتحرك موضع الإشارة عند تلقي إشارات من عدة سواتل. بالإضافة إلى ذلك، فإن الإشارات الراديوية تتباطأ قليلاً أثناء مرورها عبر طبقة الأيونوسفير، وهذا التباطؤ يختلف باختلاف زاوية المستقبل للساتل، لأن ذلك يغير المسافة عبر الأيونوسفير. وهكذا يحاول الحساب الأساسي العثور على أقصر خط موجه لأربعة أجسام كروية مفلطحة تتمحور حول أربعة سواتل. تعمل مستقبلات الملاحة عبر السواتل على تقليل الأخطاء باستخدام مجموعات من الإشارات من عدة سواتل ومتعددة الروابط، ثم استخدام تقنيات مثل ترشيح كالمَن لدمج البيانات المشوَّشة والجزئية والمتغيرة باستمرار في تقدير واحد للموقع، الزمن والسرعة.
الاستخدامات المدنية والعسكرية
كان الدافع الأصلي للملاحة الساتلية هو التطبيقات العسكرية. تسمح الملاحة الساتلية بدقة مستحيلة حتى الآن في إيصال الأسلحة إلى الأهداف، مما يزيد بشكل كبير من فتكها مع تقليل الخسائر غير المقصودة من الأسلحة الموجهة بشكل خاطئ. (انظر قنبلة ذكية). كما تسمح الملاحة الساتلية بتوجيه القوات وتحديد مواقعها بسهولة أكبر، مما يقلل من ضباب الحرب.
بهذه الطرق، يمكن اعتبار الملاحة الساتلية مضاعف القوة. على وجه الخصوص، للقدرة على تقليل الخسائر غير المقصودة مزايا خاصة للحروب حيث العلاقات العامة هي جانب مهم من الحرب. لهذه الأسباب، يعد نظام الملاحة الساتلية أحد الأصول الأساسية لأي قوة عسكرية طموحة. [بحاجة لمصدر]
تستخدم نظم GNSS مجموعة متنوعة من العوامل:
- الملاحة، بدءاً من الأجهزة المحمولة باليد للتنقل، إلى الأجهزة المجهزة بالسيارات، الشاحنات، السفن والطائرات
- تحويل الزمن والتزامن
- خدمات مستندة إلى الموقع مثل 9-1-1 محسنة
- المسح
- إدخال البيانات إلى نظام المعلومات الجغرافي
- البحث والانقاذ
- العلوم الجيوفيزيائية
- أجهزة التتبع المستخدمة في إدارة الحياة البرية.
- نظم التتبع، كما في إدارة أسطول الشاحنات.
- تسعير الطرق
- وسائط قائمة على الموقع
يجب ملاحظة أن القدرة على اختيار اشارات الساتل الملاحي تكون مساوية للقدرة على رفض نفس الاشارات. لدى مشغل نظام الساتل الملاحي القدرة على الحد من أو توقيف خدمات السواتل الملاحية في أي منطقة يرغب فيها.
أنظمة السواتل الملاحية الحالية
العاملة بالفعل
نظام التوقع العالمي GPS
نظام تحديد المواقع العالمي، هو نظام سواتل الملاحة العالمية Global Navigation Satellite System (GNSS) الوحيد الذي تعمل كافة وظائفه. ويستخدم كوكبة من ما لا يقل عن 24 [ساتل] ذوي مدار أرضي متوسط ينقلون اشارات ميكرو ويڤ دقيقة، النظام يمكـّن مستقبل ن ت ع GPS من تحديد موقعه، سرعته, اتجاهه، والوقت.
گلوناس
گلوناس هو نظام سواتل الملاحة العالمية Global Navigation Satellite System (GNSS)، تم تطويره من قبل الاتحاد السوفيتي السابق، وتديره الآن حكومة روسيا|الحكومة الروسية عن طريق قوات الفضاء الروسية.
بدأ تطوير گلوناس في 1976، بهدف التغطية العالمية بحلول 1991. في في 12 اكتوبر 1982، تم إطلاق أعداد من الصواريخ لتضاف لسواتل النظام حتى اكتملت المجموعة في 1995. بعد الانتهاء من المرحلة، سرعان ما سقط النظام بسبب الانهيار الذي الم بالاقتصاد الروسي.
في بداية 2001، عادت روسيا للعمل على تطوير النظام مرة أخرى، وفي السنوات الأخيرة تقدمت الحكومة الهندية بعرض شراكة في النظام، ومن المتوقع أن يبدأت العمل بالنظام على النطاق العالمي بحلول 2009.[3]
گاليليو
اتفق الاتحاد الاوروبي ووكالة الفضاء الأوروپية في مارس 2002 على تقديم بديل خاص بهما لنظام تحديد المواقع العالمي، يسمى نظام گاليليو للتموقع. بدأ تطبيق گاليليو بالعمل في 15 ديسمبر 2016 (القدرة التشغيلية المبكرة العالمية (EOC))[4] بتكلفة تقديرية تبلغ 3.0 مليار يورو،[5]كان من المقرر أصلاً تشغيل نظام 30 ساتل MEO في عام 2010. وكان العام لبدء التشغيل هو 2014 أساساً.[6] تم إطلاق أول ساتل تجريبي في 28 ديسمبر 2005.[7]من المتوقع أن يكون نظام گاليليو متوافقاً مع نظام نظام تحديد المواقع العالمي المحدث. ستكون أجهزة الاستقبال قادرة على الجمع بين الإشارات من كل من سواتل گاليليو و GPS لزيادة الدقة بشكل كبير. من المتوقع أن يكون گاليليو في الخدمة الكاملة في عام 2020 وبتكلفة أعلى بكثير.[8] التشكيل الرئيسي المستخدم في إشارة خدمة گاليليو المفتوحة هو تعديل Composite Binary Offset Carrier (CBOC).
قيد التطوير
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
بـِيْدو-2
أشارت الصين إلى أنها تخطط لإكمال الجيل الثاني من بـِيْدو، نظام سواتل ملاحية (BDS أو BeiDou-2، المعروف سابقًا باسم COMPASS)، من خلال توسيع الخدمة الإقليمية الحالية (آسيا والمحيط الهادئ) لتشمل التغطية العالمية بحلول عام 2020.[9] يُقترح أن يتكون نظام بـِيْدو-2 من 30 ساتلاً MEO وخمسة سواتل ثابتة بالنسبة إلى الأرض. اكتملت النسخة الإقليمية المكونة من 16 ساتلاً (تغطي منطقة آسيا والمحيط الهادئ) بحلول ديسمبر 2012.
نظم سواتل ملاحة مقترحة
گاليليو
گاليليو (GNSS)، هو نظام سواتل الملاحة العالمية Global Navigation Satellite System (GNSS) تحت الإنشاء، يقوم ببنائه الاتحاد الاوروپي ووكالة الفضاء الاورپية. وتصل تكلفة النظام إلى 3.4 بليون يورو، وهو بديل وممثال لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الأمريكي والنظام الروسي گلوناس GLONASS (المتوقع عودته للعمل في 2009)، ونظام الملاحة كومپاس COMPASS navigation system الصيني المقترح، ونظام السواتل الملاحية الإقليمي الهندي IRNSS. في 30 نوفمبر 2007، توصل وزراء النقل والمواصلات في دول الاتحاد الاوروبي إلى اتفاقية ضرورة عمل النظام بحلول 2013.[10]
عند بدء النظام في العمل، يجب أن يكون هناك مركزان أرضيان للعمليات، أحدهما بالقرب من ميونخ، ألمانيا، والآخر في فوتشينو، 130 كم شرق روما، ايطاليا.[11] منذ 18 مايو 2007، بناء على توصية مفوض النقل جاك باروت، أخذ الاتحاد الاوربي الإدارة المباشرة لمشروع گاليليو من مجموعة من ثمانية شركات خاصة تسمى الصناعات للسواتل الملاحية الاوروبية، والتي تركت المشروع في أوائل 2007.
كومپاس
نظام كومپاس (ويعرف أيضا باسم بيدو-2)، هو مشروع صيني لإنشاء نظام سواتل الملاحة العالمية Global Navigation Satellite System (GNSS) عالمي مستقل. [12] وهو ليس إمتداد للمشروع السابق بيدو-1.
مقارنة بين أنظمة السواتل الملاحية
| صورة | النظام | البلد | التكويد | تاريخ الإطلاق | عدد الأقمار | التكلفة السنوية | الارتفاع والدورة المدارية | عدد السواتل | الحالة |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 |
نظام التموقع العالمي |  الولايات المتحدة
|
CDMA | 1983 | 24 | 750 م. $ | 22,200 كم، 12.0 س | ≥ 24 | يعمل |
 |
گلوناس |  روسيا
|
FDMA | 1993 | 17 | 380 م. $ | 19,100 كم، 11.3 س | يعمل بقيود، يتم تحضير CDMA | |
 |
گاليليو |  الاتحاد الاوروبي
|
CDMA | 2012 | 30 | 4.2 م. $ | 23,222 كم، 14.1 س | ≥ 27 | في مرحلة التحضير |
 |
كومپاس |  الصين
|
CDMA | 2003 | 4 | 787 م. $ | 21,150 كم، 12.6 س | في مرحلة التحضير | |
 |
Quasi Zenith Satellite System | .svg){kind=small} اليابان
|
3 | 21,150 كم، 12.6 س | في مرحلة التحضير | ||||
 |
نظام السواتل الملاحية الإقليمي الهندي |  الهند
|
منظمة أبحاث الفضاء الهندي | 2012 | 4 | م. $ | في مرحلة التحضير |
أنظمة السواتل الملاحية الاقليمية الأخرى
بيدو-1
هو شبكة اقليمية صينية يتم العمل على تطويرها حاليا تحت اسم نظام كومپاس الملاحي|كومپاس.
دوريس
نظام دوپلر المداري وتحديد المواقع الراديوية المتكامل عن طريق السواتل (DORIS) هو نظام ملاحة دقيق فرنسي.[13]
نظام السواتل الملاحية الإقليمي الهندي
نظام السواتل الملاحية الإقليمي الهندي (IRNSS)، هو نظام سواتل ملاحي اقليمي تم تطويره من قبل منظمة أبحاث الفضاء الهندية [14] والتي تعمل بالكامل تحت إدارة الحكومة الهندية. وظهرت الحاجة لهذا النوع من أنظمة الملاحة بعد إكتشاف أن إمكانية استخدام نظام تحديد المواقع العالمي ليست مضمونة إذا ما حدث أي خلافات سياسة أو حروب.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
QZSS
نظام سواتل شبه السمت (QZSS)، هو نظام مقترح ثلاثي السواتل لتحويل الزمن وتعزيز لـ GPS يغطي اليابان. وقد أُطلق أول ساتل تجريبي في 2009.[15]
تعزيز نظام السواتل الملاحية العالمية
يتضمن تعزيز GNSS استخدام معلومات خارجية، غالباً ما تكون مدمجة في عملية الحساب، لتحسين دقة إشارة الملاحة الساتلية أو توفرها أو موثوقيتها. هناك العديد من هذه النظم في مكانها ويتم تسميتها أو وصفها بشكل عام بناءً على كيفية تلقي مستشعر GNSS للمعلومات. ترسل بعض الأنظمة معلومات إضافية حول مصادر الخطأ (مثل انجراف الساعة أو التقويم الفلكي أو التأخير الأيونوسفير)، بينما يوفر البعض الآخر قياسات مباشرة لمدى توقف الإشارة في الماضي، بينما توفر مجموعة ثالثة معلومات ملاحية أو معلومات مركبة إضافية ليتم دمجها في عملية الحساب.
تتضمن أمثلة أنظمة التعزيز نظام تعزيز واسع النطاق، خدمة التراكب الملاحية الأوروبية الثابتة بالنسبة إلى الأرض، نظام تعزيز السواتل متعدد الوظائف، ن ت ع تفاضلي ونظام ملاحة بالقصور الذاتي.
شبكات الاتصال الهاتفي على طريق سواتل المدار الأرضي المنخفض
لشبكتي المدار الأرضي المنخفض التشغيليتين الحاليتين satellite phone القدرة على تتبع وحدات الإرسال والاستقبال بدقة بضعة كيلومترات باستخدام حسابات إزاحة دوپلر من الساتل. يتم إرسال الإحداثيات مرة أخرى إلى وحدة الإرسال والاستقبال حيث يمكن قراءتها باستخدام AT command أو واجهة مستخدم رسومية[16][17].يمكن أيضاً استخدام بوابة لفرض قيود على خطط الاتصال المرتبطة جغرافياً.
موضوعات متعلقة
انظر ايضا
المصادر
- ^ "A Beginner's Guide to GNSS in Europe" (PDF). IFATCA.
- ^ Jury, H, 1973, Application of the Kalman Filter to Real-time Navigation using Synchronous Satellites, Proceedings of the 10th International Symposium on Space Technology and Science, Tokyo, 945-952.
- ^ خطأ استشهاد: وسم
<ref>غير صحيح؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماةNYT_article - ^ "Galileo goes live!". europa.eu. 14 December 2016.
- ^ "Boost to Galileo sat-nav system". BBC News. 25 August 2006. Retrieved 2008-06-10.
- ^ "Commission awards major contracts to make Galileo operational early 2014". 2010-01-07. Retrieved 2010-04-19.
- ^ "GIOVE-A launch News". 2005-12-28. Retrieved 2015-01-16.
- ^ خطأ استشهاد: وسم
<ref>غير صحيح؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماةautogenerated2 - ^ خطأ استشهاد: وسم
<ref>غير صحيح؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماةautogenerated1 - ^ BBC NEWS | Science/Nature | 'Unanimous backing' for Galileo
- ^ http://www.physorg.com/news115630526.html
- ^
"Compass due Next year". Magazine article (in English). Asian Surveying and Mapping. May 1, 2009. Retrieved 2009-05-05.
{{cite web}}: CS1 maint: unrecognized language (link) - ^ DORIS information page
- ^ India to build a constellation of 7 navigation satellites by 2012
- ^ "JAXA Quasi-Zenith Satellite System". JAXA. Retrieved 2009-02-22.
- ^ Globalstar GSP-1700 manual
- ^ http://www.skyhelp.net/acrobat/jan_05/Iridium%20SBD-FAQ%201-05.pdf
وصلات خارجية
معلومات حول أنظمة محددة لسواتل الملاحة العالمية
- ESA information on EGNOS
- Information on the Beidou system
- German Federal Waterways Administration Traffic Technologies Centre Information on GPS / DGPS
منظمات ذات علاقة بنظام السواتل الملاحية العالمية
- United Nations International Committee on Global Navigation Satellite Systems (ICG)
- Korean GNSS Technology Council (GTC)
- Institute of Navigation (ION) GNSS Meetings
- The International GNSS Service (IGS), formerly the International GPS Service
- International Global Navigation Satellite Systems Society Inc (IGNSS)
- International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) International GNSS Service (IGS)
- National Geodetic Survey Orbits for the Global Positioning System satellites in the Global Navigation Satellite System
- UNAVCO GNSS Modernization
- Asia-Pacific Economic Cooperation (APEC) GNSS Implementation Team
- Fédération Aéronautique Internationale (FAI) GNSS Flight Recorder Approval Committee (GFAC)
مصنوعون سواتل الملاحة
مواقع توضيحية أو داعمة
- GPS and GLONASS Simulation (Java applet) Simulation and graphical depiction of the motion of space vehicles, including DOP computation.
- GPS Forums Discussion forums relating to GPS.
خطأ استشهاد: وسوم <ref> موجودة لمجموعة اسمها "lower-alpha"، ولكن لم يتم العثور على وسم <references group="lower-alpha"/>