GNSS: كل ما تحتاج إلى معرفته.

مقدمة

قبل أن ننظر في تاريخ النظام العالمي للملاحة بالأقمار الصناعية (GNSS ، GNSS ؛ المشار إليه فيما يلي باسم GNSS) أو ) الحركية في الوقت الحقيقي (RTK أو Real Time Kinematic)

هذه نظرة عامة أساسية عن نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية كما نعرفه ، لكننا اليوم نخطو خطوة إلى الأمام لمناقشة نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية المتقدم المعروف باسم GNSS. يُطلق على أي نظام ملاحة عبر الأقمار الصناعية له قدرة تغطية عالمية نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية أو GNSS. ولكن هذا ليس كل شيء. تمتلك GNSS سلاحًا سريًا...

إحدى التقنيات التي تعتمد عليها GNSS غالبًا هي الحركية في الوقت الحقيقي ، أو RTK. الحركية في الوقت الحقيقي هي تقنية عالمية لتحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية تساعد GNSS على تحسين موثوقية ودقة البيانات المستهدفة. عندما يتعلق الأمر بتحديد المواقع وتحديد المواقع والدقة القصوى ، فإن الجمع بين GNSS و RTK يزيد من مستوى الدقة على عكس أي شيء آخر. يقوم RTK بتضخيم إشارة الطور المتبادلة بين المرسل والمستقبل ، مما يوفر دقة على مستوى السنتيمتر وتصحيح الإشارة في الوقت الفعلي.

ما هو GNSS أو النظام العالمي للملاحة بالأقمار الصناعية؟

تم تطوير أنظمة الأقمار الصناعية للملاحة العالمية في الأصل من قبل القوات الجوية الأمريكية عندما كانت هذه التقنية تسمى نظام تحديد المواقع العالمي ، أو GPS ، ولا يمكن استخدامها إلا من قبل الجيش الأمريكي.بمرور الوقت ، أصبحت تقنية GPS متاحة للجميع على هذا الكوكب. الآن وبعد أن أصبح كل هاتف ذكي مزود بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في متناول الجميع ، قررت حكومات العديد من البلدان نقل هذه التكنولوجيا إلى مستوى أكثر تقدمًا ودقة وطويلة المدى. وهكذا ، أصبح ظهور أنظمة الأقمار الصناعية للملاحة العالمية أو GNSS ظاهرة رسمية للمستهلكين من القطاع الخاص.

حاليًا ، بالإضافة إلى الولايات المتحدة ، يعد كل من GLONASS في روسيا و Galileo من الاتحاد الأوروبي هما نظامي GNSS عاملين رئيسيين يعملان على سطح كوكبنا. مع ظهور تقنية GNSS ، بدأت العديد من التقنيات المساعدة ، المعروفة باسم أنظمة الملاحة الإقليمية ، في العمل. مفهوم التكنولوجيا هو نفسه مفهوم GNSS ، لكنه يغطي مناطق جغرافية أقل.

كيف يعمل نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية أو GNSS؟​​

سواتل GNSS لها موجتان حاملة مسجلتان في النطاق L ، وهما L1 (1575.42 ميجاهرتز) و L2 (1227.60 ميجاهرتز). الغرض الرئيسي من هذين النطاقين الموجيين هو إرسال إشارات من قمر صناعي متصل إلى سطح الأرض. وفقًا لـ Techopedia ، يمكن أن يقلل استخدام تقنية L-band من الحمل مع توفير اتصال موثوق به يكون أقل عرضة للانقطاعات. يوفر إدخال نطاقات L مع وضع الهوائي الصحيح عددًا من المزايا لـ طائرة زراعية بدون طيار

من ناحية أخرى ، تتكون مستقبلات GNSS الموجودة على سطح الأرض من هوائي ووحدة معالجة. الغرض من الهوائي هو استقبال الإشارات المشفرة من الأقمار الصناعية المتصلة ، ومهمة وحدة المعالجة هي فك تشفير الإشارات إلى معلومات مفيدة.

ملاحظة: لتحديد موقع جهاز استقبال واحد ، يجب أن يجمع نظام GNSS البيانات من ثلاثة أقمار صناعية منفصلة على الأقل.

يدور كل قمر صناعي تابع لنظام GNSS حول الأرض بفاصل 11 ساعة و 58 دقيقة وثانيتين. يتم إرسال معلومات الوقت التي يرسلها القمر الصناعي باستخدام الرموز حتى يتمكن جهاز الاستقبال من تحديد الفاصل الزمني الذي تم خلاله إرسال الرمز.

تحتوي الإشارات المرسلة من القمر الصناعي على بيانات مشفرة تساعد المستقبِلات على تحديد موقعه بدقة ، ويضع جهاز الاستقبال نفسه بالضبط وفقًا لموقع القمر الصناعي.

يحسب مستقبل الدائرة المتكاملة فرق الوقت بين وقت البث ووقت استقبال الإشارة المشفرة. بمجرد أن يتم وضع جهاز الاستقبال بالنسبة إلى القمر الصناعي تمامًا ، تقوم وحدة المعالجة بترجمة موقع جهاز الاستقبال من حيث خطوط الطول والعرض والارتفاع. لذلك ، بناءً على هذا المفهوم البسيط ، تعمل كل GNSS على سطح هذا الكوكب.

تطبيقات خدمات الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية

أدى ظهور تكنولوجيا GNSS إلى تغيير مفهوم تتبع الموقع بدرجة عالية من الدقة ومجموعة واسعة من التغطية. هناك العديد من تطبيقات GNSS الرئيسية التي ساعدت العالم على رؤية مستقبل أفضل.

GNSS للملاحة

من بين جميع التقنيات الأخرى ، كان لمفهوم GNSS تأثير كبير على تكنولوجيا الملاحة. في الآونة الأخيرة ، تم دمج GNSS في صناعة السيارات ، والآن تقوم كل شركة سيارات تقريبًا بدمج تقنية GNSS في طرازات سياراتهم. يساعد تكامل تقنية GNSS السائق على التنقل بسهولة في الطرق غير المعروفة لاستكشاف طرق العالم.

لا يقتصر استخدام GNSS في أنظمة الملاحة على السيارات ، حيث تُستخدم التكنولوجيا الآن على نطاق واسع في الطائرات أيضًا. تسمح خرائط التضاريس الأولية وتحديثات التضاريس في الوقت الفعلي من GNSS للطيارين بتجنب الاصطدامات في الحركة الجوية. علاوة على ذلك ، يستخدم نظام GNSS المستخدم في قمرة القيادة للطائرات أيضًا تقنيات مثل WAAS أو GBAS (LAAS) لتحسين دقة العنوان.

ما هو WAAS؟

على عكس مساعدات الملاحة الأرضية التقليدية ، يوفر نظام زيادة المساحة الواسعة (WAAS) خدمات الملاحة في جميع أنحاء نظام الفضاء الجوي الوطني ، وفقًا لإدارة الطيران الفيدرالية. النظام أو NAS باختصار). يوفر WAAS معلومات إضافية لأجهزة استقبال GPS / WAAS لتحسين دقة وسلامة تقديرات الموقع الحالي.

ما هو GBAS أو LAAS؟

تاريخيًا ، أشارت إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) ذات مرة إلى ما نسميه الآن GBAS ، LAAS. وفقًا لموقع إدارة الطيران الفيدرالية ، فإن نظام التعزيز الأرضي (GBAS) هو نظام يوفر تصحيحات تفاضلية ومراقبة سلامة أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية (GNSS).

بالإضافة إلى النطاق الواسع لتطبيقات GNSS في السيارات والطائرات ، تُستخدم GNSS أيضًا للإبحار في القوارب / اليخوت والسفن على سطح الماء.

ملاحظة: تستخدم السفن أيضًا كتلة وظيفية لنظام GNSS تسمى "Man Overboard" أو اختصار. تجمهر. تسمح هذه الميزة لطاقم السفينة بتحديد موقع الشخص الذي سقط في البحر.

نظام GNSS للمسح ورسم الخرائط الجيولوجية

يعد المسح الجيوديسي ورسم الخرائط الجيولوجية تطبيقًا مهمًا آخر لنظام GNSS. تستخدم معظم مستقبلات GNSS بيانات الإشارة التي تم إنشاؤها عند تردد الموجة L1 لإجراء رسم الخرائط الجيولوجية. وهي مجهزة بمذبذب بلوري دقيق يساعد الموجة على تقليل أخطاء الساعة عند رسم الخرائط. يمكن للباحثين أيضًا إجراء قياسات عالية الدقة عن طريق حساب الإزاحة المناسبة بين مستشعرات GNSS.

على سبيل المثال ، إذا كانت منطقة مشوهة بشكل نشط (مثل بركان) محاطة بعدة محطات استقبال ، فيمكن أن يكون نظام GNSS مفيدًا للكشف عن أي نوع من تشوه أو حركة الأرض.

تطبيقات GNSS في الصناعات الأخرى

بالإضافة إلى تطبيقات GNSS المذكورة أعلاه ، تشمل التطبيقات المهمة أيضًا:

1. Mobile Satellite
2. خدمات الطوارئ والدقة القائمة على الموقع
3. تحسين تنبؤات الطقس
4. الترميز الجغرافي للتصوير
5. التسويق والمزيد

جهاز القياس بالقصور الذاتي أو مستشعرات INS

تلعب وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) دورًا حيويًا في أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية. كما نوقش أعلاه ، يجمع نظام GNSS إشارات البيانات من ثلاثة على الأقل من الأقمار الصناعية في المدار ، حيث تكون كل إشارة تتلقاها أجهزة الاستقبال دقيقة بشكل لا يصدق.

ومع ذلك ، إذا تم إعاقة الإشارة بواسطة أي عوائق مثل الأشجار أو الصخور أو المباني ، فلن تتمكن الإشارة من توفير تحديد دقيق للمواقع. وحدة القياس بالقصور الذاتي هي نوع من أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي التي تحسب دوران الجسم المتحرك وتسارعه لتحديد موقعه في الفضاء.

دعنا نتعمق قليلاً في التفاصيل

تتكون وحدة IMU من 6 مستشعرات إضافية موجودة على طول ثلاثة محاور متعامدة أخرى ، حيث يتكون كل منهم أيضًا من مقياس تسارع وجيروسكوب. تتمثل مهمة مقياس التسارع في قياس التسارع الخطي لجسم متحرك ، بينما يقيس الجيروسكوب تسارع الدوران. وبالتالي ، من خلال حساب قيم هذين المستشعرين ، يمكن للنظام بسهولة تحديد الموقع الدقيق للجسم المتحرك. جنبًا إلى جنب ، يوفر نظام GNSS و IMU للمستخدمين النهائيين حلول ملاحة أكثر قوة ودقة.

لتلخيص

بفضل التطورات التكنولوجية الحديثة ، غيّرت العديد من المفاهيم والتقنيات بشكل كبير مجال لعب الروبوتات والاتصالات عبر الأقمار الصناعية والملاحة كما نعرفها. يعد النظام العالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعية لاعبًا رئيسيًا بين التقنيات المبتكرة التي حسنت الحياة اليومية كما نعرفها اليوم. علاوة على ذلك ، يوفر RTK لنظام GNSS دقة على مستوى السنتيمتر مع تصحيحات للإشارة في الوقت الفعلي. يوفر الجمع بين GNSS و RTK أعلى دقة وأعلى جودة تتبع تحتاجها. بعد كل شيء ، GNSS و RTK هما أقوى مزيج في السوق اليوم.

في هذه النظرة العامة ، استكشفنا جميع المجالات الممكنة لنظام GNSS وناقشنا بالتفصيل مفاهيمه ومبادئه التشغيلية وتطبيقاته. نأمل أن تكون المواد المقدمة قد أخطرتك بشكل كامل بتكنولوجيا GNSS ، ونوّرتك وألهمتك لتحقيق أهدافك. شكرا لكم على اهتمامكم.