تعزيز نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

يُعدّ تعزيز نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) أسلوبًا لتحسين خصائص هذا النظام، كالدقة والموثوقية والتوافر، من خلال دمج معلومات خارجية في عملية الحساب. وتوجد العديد من هذه الأنظمة، وتُسمى أو تُوصف عادةً بناءً على كيفية استقبال مستشعر GNSS للمعلومات الخارجية. تُرسل بعض الأنظمة معلومات إضافية حول مصادر الخطأ (مثل انحراف الساعة ، أو بيانات المدار ، أو تأخير الغلاف الأيوني ؛ "تمثيل فضاء الحالة")، بينما تُقدّم أنظمة أخرى قياسات مباشرة لمدى انحراف الإشارة في الماضي (نظام تحديد المواقع التفاضلي GPS؛ "تمثيل فضاء الملاحظة")، في حين تُقدّم مجموعة ثالثة معلومات إضافية عن المركبة ليتم دمجها في عملية الحساب ( دمج المستشعرات ).

نظام تعزيز قائم على الأقمار الصناعية

مناطق خدمة أنظمة تعزيز الملاحة عبر الأقمار الصناعية (SBAS)
قائمة بأقمار GNSS وSBAS التي يستقبلها الهاتف الذكي

تدعم أنظمة التعزيز القائمة على الأقمار الصناعية ( SBAS ) التعزيز واسع النطاق أو الإقليمي من خلال استخدام رسائل البث عبر الأقمار الصناعية الإضافية.

تصف مواد منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) نظام تعزيز الملاحة عبر الأقمار الصناعية (SBAS) بأنه نظام واسع النطاق لتعزيز نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، حيث يتلقى المستخدم معلومات التصحيح والسلامة من جهاز إرسال فضائي، مع تضمين المعايير والممارسات الموصى بها (SARPs) لنظام SBAS في الملحق 10. يصف هذا الملحق تنسيق بيانات قياسيًا للاستخدام في مجال الطيران، بالإضافة إلى بثها على التردد L1 (ومؤخرًا L5). [ 1 ] كما توفر العديد من أقمار SBAS الصناعية إشارات التوقيت/المدى الخاصة بها، ما يجعلها بمثابة أقمار صناعية إضافية لتحديد المواقع. [ 2 ]

باستخدام القياسات من المحطات الأرضية، تُنشأ رسائل تصحيح فضاء الحالة وتُرسل إلى قمر صناعي واحد أو أكثر لبثها إلى المستخدمين النهائيين كإشارة تفاضلية. تتضمن هذه الرسائل قيمًا منفصلة للتصحيحات المستقلة عن الموقع (ساعة القمر الصناعي، والتقويم الفلكي، وحالة القمر، إلخ) والتصحيحات المعتمدة على الموقع (التأخير الأيوني). [ 1 ] طُرحت فكرة نظام SBAS لأول مرة عام 1991 تحت مسمى " نظام تحديد المواقع التفاضلي واسع النطاق " (WADGPS)، ولكن على عكس نظام تحديد المواقع التفاضلي التقليدي (DGPS)، يوفر WADGPS والعديد من تطبيقات SBAS اللاحقة تصحيحات فضاء الحالة [ 3 ] بدلاً من تصحيحات فضاء الملاحظة التي تتكون من أخطاء الموقع أو المدى الزائف في محطات محددة.

تشمل أنظمة SBAS الحالية والمستقبلية التي تطبق معيار الطيران (ICAO) بتنسيق فضاء الحالة ما يلي: [ 1 ] : B-128

تشمل أنظمة SBAS الحالية الإضافية ما يلي:

  • خدمة غاليليو عالية الدقة (HAS)، وهي خدمة منفصلة لحالة الفضاء لتحديد المواقع الدقيقة يتم بثها مباشرة بواسطة أقمار غاليليو الصناعية (E6).
  • بدأ نظام الأقمار الصناعية شبه السمتية (QZSS)، الذي تشغله اليابان، عملياته الأولية في نوفمبر 2018. وتُعرف خدماته الخاصة بنظام تعزيز الأقمار الصناعية (SBAS) باسم SLAS (خدمة تصحيح المدى الزائف في فضاء الرصد، L1S)، وCLAS، وMADOCA-PPP (خدمتان في فضاء الحالة، L6D وL6E). كما يعمل نظام QZSS في وضع غير SBAS يُسمى PNT، حيث يعمل بشكل أساسي كأقمار صناعية إضافية لنظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS).
  • يحتوي نظام بيدو الصيني على خدمة رصد الفضاء وخدمة تحديد المواقع الشخصية في فضاء الحالة (PPP-B2b). [ 9 ] [ 10 ]
  • نظام الملاحة التجاري StarFire ، الذي تشغله شركة John Deere وشركة C-Nav Positioning Solutions (من شركة Oceaneering International ).
  • نظام Starfix DGPS التجاري ونظام OmniSTAR ، الذي تشغله شركة Fugro .
  • نظام خدمة تصحيح النطاق L العالمي التجاري Atlas GNSS ، الذي تشغله شركة Hemisphere GNSS .
  • نظام SBAS الأسترالي الذي يستخدم القمر الصناعي الثابت بالنسبة للأرض Inmarsat 4F1، والذي تعرض لانقطاع في أبريل 2023. [ 11 ] [ 12 ]

تشمل أنظمة دعم الأعمال المتوقفة عن العمل ما يلي:

  • نظام تحسين نظام تحديد المواقع العالمي واسع النطاق (WAGE)، الذي تشغله وزارة الدفاع الأمريكية لاستخدامه من قبل الجيش وأجهزة الاستقبال المعتمدة.
  • كان نظام GPS·C ، وهو اختصار لتصحيح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، مصدر بيانات تفاضلي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لمعظم أنحاء كندا، ويتم صيانته بواسطة نظام التحكم النشط الكندي، وهو جزء من الموارد الطبيعية الكندية - وقد تم إيقاف تشغيله الآن. 

تعزيز قائم على الإنترنت

تُتيح بعض الخدمات الإلكترونية الوصول إلى البيانات التي تبثها أقمار SBAS عبر الإنترنت، وهو أمرٌ مفيدٌ في المناطق ذات التغطية المنخفضة لأنظمة SBAS (مثل الطائرات المسيّرة التي تتنقل في المناطق الحضرية المكتظة بالمباني ). [ 13 ] كما تُتيح بعض الخدمات، مثل خدمة GNSS الدولية (IGS)، الوصول المباشر إلى تصحيحات المدار والساعة المتوقعة لنظام GPS (التي تغطي بضع ساعات). [ 14 ] [ 15 ] ويُعدّ بروتوكول نقل بيانات RTCM عبر الإنترنت (RTCM) بروتوكولًا يُستخدم للوصول إلى هذه البيانات.

تُشغّل وكالة ناسا نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي (GDGPS)، مستخدمةً بيانات من محطات أرضية عديدة موزعة حول العالم. ينشر نظام GDGPS تصحيحات المدار والساعة في الوقت الفعلي، ويدعم نطاقًا واسعًا من شبكات GNSS تتجاوز نظام GPS (مثل GLONASS وBeiDou وGalileo وQZSS). يعتمد نظام WAAS على بيانات التصحيح من نظام GDGPS. ويُستخدم نظام GDGPS عادةً لإنشاء بيانات GNSS مُساعدة . [ 16 ]

تُستخدم المحطات الأرضية عادةً لتجميع بيانات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) بشكل مستمر بهدف إجراء تصحيح لاحق للبيانات بدقة تصل إلى مستوى السنتيمتر. ومن الأمثلة على هذه الأنظمة محطات المرجعية العاملة باستمرار في الولايات المتحدة (CORS) والخدمة الدولية لنظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (IGS). [ 17 ]

نظام تعزيز أرضي

يوفر نظام تعزيز الملاحة الأرضية ( GBAS ) تصحيحات نظام تحديد المواقع التفاضلي (DGPS) والتحقق من سلامة النظام بالقرب من المطار، مما يتيح مسارات هبوط، على سبيل المثال، للمدارج التي لا تحتوي على أنظمة هبوط آلي (ILS) . تقيس أجهزة الاستقبال المرجعية في المواقع التي تم مسحها انحرافات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وتحسب التصحيحات التي تُبث بتردد 2  هرتز عبر بث بيانات VHF (VDB) ضمن نطاق 23 ميلًا بحريًا (43 كيلومترًا) . يدعم نظام GBAS الواحد ما يصل إلى 48 مسار هبوط ويغطي العديد من نهايات المدرج ، مع مرونة أكبر في التركيب مقارنةً بنظام ILS المزود بهوائيات تحديد الموقع والانحدار في كل طرف. يمكن لنظام GBAS توفير مسارات هبوط متعددة للحد من اضطراب الهواء الناتج عن حركة الطائرات وتحسين المرونة ، مما يضمن استمرارية التشغيل وتوافر النظام. [ 18 ]  

في ديسمبر 2008، استثمرت هيئة موانئ نيويورك ونيوجيرسي 2.5 مليون دولار أمريكي لتثبيت نظام GBAS في مطار نيوارك (EWR)، حيث قامت شركة كونتيننتال (التي أصبحت الآن يونايتد ) بتجهيز 15 طائرة مقابل 1.1 مليون دولار، بينما خصصت إدارة الطيران الفيدرالية 2.5 مليون دولار لتقييم هذه التقنية. وقد تمت الموافقة على تصميم نظام SLS-4000 GBAS من شركة هانيويل من قِبل إدارة الطيران الفيدرالية في سبتمبر 2009، ولا يزال النظام الوحيد المعتمد. يوفر هذا النظام هبوطًا آليًا من الفئة الأولى بارتفاع قرار يبلغ 61 مترًا (200 قدم)، ويمكن ترقيته إلى الفئة الثانية بارتفاع 30 مترًا (100 قدم) مع مراقبة فورية لظروف الغلاف الأيوني عبر نظام SBAS، بينما ينتظر نظام SLS-5000 الأكثر دقة من الفئة الثالثة توفر طائرات متوافقة. تمت الموافقة على أولى عمليات التركيب في مطار نيوارك (EWR) عام 2012، وفي هيوستن (IAH) عام 2013. وتوصي هيئة الموانئ بإنشاء نظام GBAS في مطاري نيويورك (JFK) ولاغوارديا (LGA) لتخفيف الازدحام. وقد تم ترقية نظام GBAS في نيوارك وهيوستن إلى الفئة الثانية، ومن المتوقع أن يتم تطبيقه لاحقًا في مطارات سياتل-تاكوما ، وسان فرانسيسكو (SFO) ، وجون كينيدي، ولاغوارديا. [ 18 ]    

من بين 20 نظامًا من أنظمة الهبوط الآلي المدعومة بالطائرات (GBAS) من إنتاج شركة هانيويل حول العالم، تشمل المنشآت الأخرى في الولايات المتحدة: منشأة اختبار هانيويل في مقاطعة جونسون ، كانساس؛ والمركز التقني التابع لإدارة الطيران الفيدرالية في مطار أتلانتيك سيتي الدولي ، نيو جيرسي؛ ومنشأة اختبار بوينغ في مقاطعة غرانت ، واشنطن؛ ومصنع طائرات بوينغ 787 في مطار تشارلستون الدولي ، كارولاينا الجنوبية؛ ومطار مقاطعة أنوكا-بلاين بالقرب من مينيابوليس. أما المطارات المجهزة في أوروبا فهي بريمن ، وفرانكفورت ، ومالقة، وزيورخ . وفي منطقة آسيا والمحيط الهادئ، تشمل المطارات التي تضم هذه الأنظمة: تشيناي ، وكوالالمبور ، وملبورن ، وسيول-جيمبو ، وشنغهاي-بودونغ، وسيدني . ومن المواقع الأخرى: سانت هيلينا في جنوب المحيط الأطلسي، وبونتا كانا في جمهورية الدومينيكان، وريو دي جانيرو-غاليون . ويوجد حوالي 100 نظام هبوط آلي مدعوم بالطائرات من الفئة الأولى (GLS) في روسيا بتقنية روسية خاصة. [ 18 ]

في الولايات المتحدة

في الولايات المتحدة، كان نظام GBAS يُعرف سابقًا باسم نظام تعزيز المنطقة المحلية، بينما يُطلق على نظام SBAS المزود بشبكة مرجعية أرضية توفر تصحيحات GPS اسم WAAS .

في الولايات المتحدة، كان هناك عدد أكبر من عمليات الاقتراب باستخدام نظام WAAS LPV التي تصل إلى ارتفاع 200 قدم (61 مترًا) مقارنة بعمليات الاقتراب باستخدام نظام ILS من الفئة 1 بحلول مارس 2018. تبلغ تكلفة نظام GBAS الواحد 3-4 ملايين دولار؛ وتزيد التكلفة بمقدار 700 ألف دولار لنظام الفئة 2. [ 18 ]  

طائرات الركاب

بحلول ربيع عام 2018، سلمت بوينغ 3500 طائرة ركاب مزودة بنظام الهبوط الأرضي (GLS)، مع وجود طلبات شراء لـ 5000 طائرة أخرى: يُعد نظام الهبوط الأرضي من الفئة 2/3 قياسيًا في طائرات بوينغ 747-8 و787 و777، بينما يُعد نظام الهبوط الأرضي من الفئة 1 اختياريًا في طائرات 737NG/MAX، وسيتم توفير نظام الهبوط الأرضي من الفئة 2/3 بدءًا من عام 2020. وتوفر إيرباص نظام الهبوط الأرضي من الفئة 1 مع الهبوط الآلي في طائرات A320 وA330 وA350 وA380. [ 18 ]

استقبال

يشجع برنامج NextGen التابع لإدارة الطيران الفيدرالية (FAA) استخدام نظامي GBAS وGLS لزيادة سعة المطارات وتقليل الضوضاء وتأخيرات الطقس. وتفضل شركة بوينغ دعم إدارة الطيران الفيدرالية على التمويل، بينما ترى الرابطة الوطنية لمراقبي الحركة الجوية أن اتباع مناهج جامدة سيقلل من مرونة إدارة الحركة الجوية، مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاجية والسعة، وهو رأي تتفق معه شركة دلتا إيرلاينز . ويقوم بعض أعضاء منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) بتقييم خدمات الاقتراب من نوع GBAS-D (GAST-D) التي تدعم الاقتراب والهبوط من الفئة 2/3. [ 18 ]

توجد متطلبات سلامة أكثر صرامة على أنظمة GBAS مقارنةً بأنظمة SBAS، حيث أن نظام GBAS مصمم بشكل أساسي لمرحلة الهبوط حيث تكون الدقة في الوقت الفعلي والتحكم في سلامة الإشارة أمراً بالغ الأهمية، لا سيما عندما تتدهور الأحوال الجوية إلى درجة انعدام الرؤية (ظروف CAT-I/II/III) التي لا يُصمم نظام SBAS لها أو يكون مناسباً لها. [ 19 ]

ما وراء المطارات

كان نظام تحديد المواقع التفاضلي الوطني الأمريكي (NDGPS) نظامًا مساعدًا للمستخدمين على الأراضي والممرات المائية الأمريكية. وقد استخدم شبكة أرضية من المنارات اللاسلكية.

نظام تعزيز قائم على الطائرات (ABAS)

قد يتخذ التحسين شكل دمج معلومات إضافية من مستشعرات الملاحة في حساب الموقع، أو خوارزميات داخلية تُحسّن أداء الملاحة. في كثير من الأحيان، تعمل إلكترونيات الطيران الإضافية وفق مبادئ منفصلة عن نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، ولا تخضع بالضرورة لنفس مصادر الخطأ أو التداخل. يُطلق على هذا النظام اسم نظام التحسين القائم على الطائرة (ABAS) من قِبل منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO). يُعدّ نظام مراقبة سلامة جهاز الاستقبال الذاتي (RAIM) الشكل الأكثر شيوعًا لأنظمة ABAS، حيث يستخدم إشارات GPS احتياطية لضمان سلامة حل الموقع، والكشف عن الإشارات المعيبة. [ 20 ]

قد تشمل أجهزة الاستشعار الإضافية ما يلي:

الخدمات التجارية

إلى جانب المبادرات الحكومية، يقدم القطاع الخاص أيضاًخدمات تصحيح نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) لتحسين الدقة في منطقة تغطية معينة، استنادًا إلى تقنيات مثلDGNSSوRTKوPPP. [ 21 ] [ 22 ] يمكن توفير تصحيحات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية، والتي تسمى أحيانًا "تصحيحات النطاق L"، عبرأقمار الاتصالات(عادةً فيمدار ثابت بالنسبة للأرض) التي تبث في جزء منالنطاق L(من 1525 ميجاهرتز إلى 1560 ميجاهرتز) غير مشغولبإشارات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية، أو بدلاً من ذلك، عبر الإنترنت (NTRIP).

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 "مقترحات لتعديل الملحق 10، المجلد الأول (SBAS) (PDF)" (PDF) . منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) . 6 يوليو 2021. تم الاطلاع عليه في 19 يناير 2026 .
  2. ↑ "شرح تنسيق رسالة EGNOS SBAS - Navipedia" . gssc.esa.int .
  3. ↑ كي، سي.؛ باركنسون، بي دبليو؛ أكسلراد، بي.، بينينا (صيف 1991). "نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي واسع النطاق" . مجلة معهد الملاحة . 38 (2): 123-146 . Bibcode : 1991Navig..38..123K . doi : 10.1002/j.2161-4296.1991.tb01720.x . تاريخ الاسترجاع: 12 يناير 2023 .
  4. ↑ «نظام غاغان معتمد لعمليات RNP0.1» (بيان صحفي). منظمة أبحاث الفضاء الهندية . 3 يناير 2014. مؤرشف من الأصل بتاريخ 3 يناير 2014.
  5. ↑ رادهاكريشنان، إس. أنيل (11 يناير 2014). "نظام غاغان جاهز للتشغيل" . صحيفة ذا هندو .
  6. ↑ "إشارة نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية بيدو في واجهة التحكم في الفضاء، وثيقة خدمة نظام تعزيز الأقمار الصناعية BDSBAS-B1C" (PDF) .
  7. ↑ "تجربة تحديد المواقع بدقة" . هيئة علوم الأرض الأسترالية . 2019-10-05 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2020-04-25 .
  8. ↑ أستراليا، علوم الأرض (24-04-2024). "شبكة تعزيز تحديد المواقع الجنوبية (SouthPAN)" . هيئة علوم الأرض الأسترالية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 05-10-2024 .
  9. ↑ تشن، جونبينغ؛ تشانغ، ييزي؛ يو، تشاو؛ وانغ، أهاو؛ سونغ، زييوان؛ تشو، جيان هوا (ديسمبر 2022). "نماذج وأداء نظامي SBAS وPPP لنظام بيدو للملاحة عبر الأقمار الصناعية" . الملاحة عبر الأقمار الصناعية . 3 (1) 4. Bibcode : 2022SatNa...3....4C . doi : 10.1186/s43020-022-00065-3 .
  10. ^ لي ، روي. تشنغ، شوايونغ؛ وانغ، ارشين؛ تشن، جين بينغ. فنغ، شاوجون. وانغ دون. داي ، ليوين (16 مارس 2020). “التقدم في نظام BeiDou للملاحة عبر الأقمار الصناعية (BDS) وتقنيات تعزيز الملاحة عبر الأقمار الصناعية” . الملاحة عبر الأقمار الصناعية . 1 (1) 12. بيب كود : 2020SatNa...1...12L . دوى : 10.1186/s43020-020-00010-2 . S2CID 212734687 . 
  11. ↑ "نظام تعزيز قائم على الأقمار الصناعية لأستراليا 2017" . 8 يوليو 2020.
  12. ↑ "المزارعون مُجبرون على قيادة سياراتهم بأنفسهم بعد انقطاع خدمة الأقمار الصناعية الذي أدى إلى توقف نظام التوجيه الآلي" . أخبار ABC . ١٨ أبريل ٢٠٢٣.
  13. ↑ يون، هـ؛ سيوك، هـ؛ ليم، ج؛ بارك، ب (27 مايو 2020). "خدمة SBAS عبر الإنترنت لتحسين أداء الملاحة للطائرات بدون طيار في المناطق المرتفعة المحجوبة" . مجلة Sensors (بازل، سويسرا) . 20 (11): 3047. Bibcode : 2020Senso..20.3047Y . doi : 10.3390/s20113047 . PMC 7309144. PMID 32471237 .  
  14. ↑ "المنتجات - خدمة GNSS الدولية" .
  15. ↑ غريفيث، ج. (2019). "المدارات والساعات المدمجة من إعادة معالجة ثانية لبيانات IGS" . مجلة الجيوديسيا . 93 (2): 177-195 . Bibcode : 2019JGeod..93..177G . doi : 10.1007/s00190-018-1149-8 . PMC 6394744. PMID 30880878 .  
  16. ↑ "GDGPS: منتجات وخدمات GNSS في الوقت الحقيقي - دقيقة، عالمية، موثوقة" . gdgps.jpl.nasa.gov .
  17. ↑ صفحة الحكومة الأمريكية حول أنظمة تعزيز نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
  18. 1 2 3 4 5 6 بيل كاري (11 سبتمبر 2018). "تعزيز نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في المطار، لكن المواقع الأمريكية تفتقر إلى النظام" . أسبوع الطيران وتكنولوجيا الفضاء .
  19. ↑ لورانس، ديبورا (5 سبتمبر 2011). "تحديث نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية التابع لإدارة الطيران الفيدرالية، ICG-6" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 نوفمبر 2022 .
  20. ↑ منظمة الطيران المدني الدولي (2005). دليل نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) (PDF) ( الطبعة الأولى). 
  21. ↑ بوسلر، جون (5 مارس 2010). دليل علوم وتكنولوجيا المعلومات الجغرافية المكانية . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-4200-8734-5.
  22. ↑ مورتون، واي. جايد؛ ديجيلين، فرانك فان؛ الابن، جيمس جيه. سبيلكر؛ باركنسون، برادفورد دبليو؛ لو، شيرمان؛ غاو، غريس (17-12-2020). تقنيات تحديد المواقع والملاحة والتوقيت في القرن الحادي والعشرين: الملاحة عبر الأقمار الصناعية المتكاملة، وأنظمة الاستشعار، والتطبيقات المدنية - مجموعة . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-1-119-45842-5.