نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية

الموسوعة الحرة
كان نظام تحديد المواقع العالمي التابع لقوة الفضاء الأمريكية أول نظام ملاحة عبر الأقمار الصناعية عالمي وأول نظام يتم تقديمه كخدمة عالمية مجانية.

الملاحة عبر الأقمار الصناعية ( ساتناف ) أو تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية هي استخدام الأقمار الصناعية للملاحة أو تحديد المواقع الجغرافية . يوفر نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية ( GNSS ) تغطية لأي مستخدم على سطح الأرض، بما في ذلك الجو والبر والبحر. توجد أربعة أنظمة GNSS عاملة: نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التابع للولايات المتحدة، ونظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية ( GLONASS ) التابع لروسيا، ونظام بيدو للملاحة عبر الأقمار الصناعية (BDS) التابع للصين [ 1 ] ، ونظام غاليليو التابع للاتحاد الأوروبي [ 2 ] . علاوة على ذلك، يوجد نظامان إقليميان للملاحة عبر الأقمار الصناعية ( RNSS ) هما نظام شبه سمتي الأقمار الصناعية (QZSS) التابع لليابان [ 3 ] ، ونظام الملاحة الإقليمي عبر الأقمار الصناعية الهندي (IRNSS، المعروف أيضًا باسم NavIC) [ 4 ] [ 5 ] .

نظام تعزيز الملاحة عبر الأقمار الصناعية (SBAS) هو نظام مصمم لتحسين دقة أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية (GNSS). [ 6 ] تشمل أنظمة SBAS نظام QZSS الياباني، [ 6 ] ونظام GAGAN الهندي ، ونظام EGNOS الأوروبي ، وجميعها تعتمد على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

تحدد أجهزة الملاحة عبر الأقمار الصناعية موقعها ( خط الطول ، وخط العرض ، والارتفاع ) بدقة عالية (في حدود بضعة سنتيمترات إلى أمتار) باستخدام إشارات زمنية تُرسل عبر خط الرؤية بواسطة موجات الراديو من الأقمار الصناعية. يُمكن استخدام هذا النظام لتحديد الموقع، أو الملاحة، أو لتتبع موقع جسم مزود بجهاز استقبال (تتبع الأقمار الصناعية). كما تُمكّن هذه الإشارات جهاز الاستقبال الإلكتروني من حساب التوقيت المحلي الحالي بدقة عالية، مما يسمح بمزامنة الوقت. تُعرف هذه الاستخدامات مجتمعةً باسم تحديد الموقع والملاحة والتوقيت (PNT). تعمل أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية بشكل مستقل عن أي استقبال هاتفي أو إنترنت، على الرغم من أن هذه التقنيات يُمكن أن تُحسّن من فائدة معلومات تحديد الموقع المُولّدة.

تُغطى كل منظومة بشكل عام بمجموعة من الأقمار الصناعية تتراوح بين 18 و30 قمراً صناعياً في مدار أرضي متوسط ​​(MEO) موزعة على عدة مستويات مدارية . وتختلف المنظومة الفعلية، لكنها جميعاً تستخدم ميولاً مدارية تزيد عن 50 درجة وفترات مدارية تقارب 12 ساعة (على ارتفاع حوالي 20,000 كيلومتر أو 12,000 ميل ).

تصنيف

تصنف أنظمة GNSS التي توفر دقة محسّنة ومراقبة سلامة قابلة للاستخدام في الملاحة المدنية على النحو التالي: [ 7 ]

يمكن تصنيف الأنظمة حسب أدوارها في نظام الملاحة على النحو التالي:

نظراً لأن العديد من أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية (وأنظمة تعزيزها) تستخدم ترددات وإشارات متشابهة حول تردد L1، فقد تم إنتاج العديد من أجهزة استقبال "أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية المتعددة" القادرة على استخدام أنظمة متعددة. وبينما تسعى بعض الأنظمة إلى التوافق مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بأفضل شكل ممكن من خلال توفير نفس التوقيت، فإن أنظمة أخرى لا تفعل ذلك. [ 10 ]

تاريخ

يعود تاريخ الملاحة الراديوية الأرضية إلى عقود مضت. استخدمت أنظمة ديكا ولوران وجي وأوميغا أجهزة إرسال راديوية أرضية طويلة الموجة ، تبث نبضة راديوية من موقع "رئيسي" معروف، تليها نبضة مكررة من عدد من المحطات "التابعة". سمح التأخير بين استقبال الإشارة الرئيسية وإشارات المحطات التابعة لجهاز الاستقبال بحساب المسافة إلى كل محطة تابعة، مما يوفر تحديد الموقع .

كان نظام ترانزيت أول نظام للملاحة عبر الأقمار الصناعية، وقد نشره الجيش الأمريكي في ستينيات القرن الماضي. اعتمد نظام ترانزيت على تأثير دوبلر : حيث كانت الأقمار الصناعية تسلك مسارات معروفة وتبث إشاراتها على ترددات راديوية معروفة . يختلف التردد المُستقبَل قليلاً عن تردد البث بسبب حركة القمر الصناعي بالنسبة لجهاز الاستقبال. من خلال مراقبة هذا التغير في التردد خلال فترة زمنية قصيرة، يستطيع جهاز الاستقبال تحديد موقعه على أحد جانبي القمر الصناعي، ويمكن لعدة قياسات من هذا القبيل، بالإضافة إلى معرفة دقيقة بمدار القمر الصناعي، تحديد موقعه بدقة. تنتج أخطاء تحديد موقع القمر الصناعي في مداره عن انكسار الموجات الراديوية ، وتغيرات مجال الجاذبية (نظرًا لعدم انتظام مجال جاذبية الأرض)، وظواهر أخرى. وقد توصل فريق بقيادة هارولد إل جوري من قسم بان آم للفضاء في فلوريدا، خلال الفترة من 1970 إلى 1973، إلى حلول أو تصحيحات للعديد من مصادر الخطأ. باستخدام البيانات في الوقت الفعلي والتقدير المتكرر، تم تضييق نطاق الأخطاء المنهجية والمتبقية إلى دقة كافية للملاحة. [ 11 ]

مبادئ

استقبال واستخدام متزامن لإشارات الأقمار الصناعية لنظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GPS، GLONASS، Galileo، وBeiDou) ونظام تعزيز نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (QZSS) على هاتف ذكي في جنوب تانجيرانج ، إندونيسيا (2025). مفتاح حقل "الأعلام":
  • E - تم استلام التقويم الفلكي
  • U - مستخدمة بنشاط

يتضمن جزء من بث القمر الصناعي في مداره بياناته المدارية الدقيقة. في الأصل، كان المرصد البحري الأمريكي (USNO) يراقب باستمرار المدارات الدقيقة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وعندما ينحرف مدار القمر الصناعي، يرسل المرصد البحري الأمريكي المعلومات المحدثة إليه. وتحتوي عمليات البث اللاحقة من القمر الصناعي المحدث على أحدث بياناته المدارية .

تتميز الأنظمة الحديثة بطابعها المباشر. يبث القمر الصناعي إشارة تحتوي على بيانات مدارية (يمكن من خلالها حساب موقعه) والوقت الدقيق لبث الإشارة. تشمل البيانات المدارية تقويمًا تقريبيًا لجميع الأقمار الصناعية لتسهيل تحديد مواقعها، وجدولًا مداريًا دقيقًا لهذا القمر الصناعي (يُحدد بمساعدة المحطات الأرضية). يُرسل الجدول المداري في رسالة بيانات مُدمجة مع رمز يُستخدم كمرجع زمني. يستخدم القمر الصناعي ساعة ذرية للحفاظ على تزامن جميع الأقمار الصناعية في المجموعة. يقارن جهاز الاستقبال وقت البث المُشفّر في إرسال ثلاثة أقمار صناعية (عند مستوى سطح البحر) أو أربعة أقمار صناعية (مما يسمح بحساب الارتفاع أيضًا)، ويقيس زمن انتقال الإشارة إلى كل قمر صناعي. يمكن إجراء عدة قياسات من هذا القبيل في الوقت نفسه لأقمار صناعية مختلفة، مما يسمح بتحديد الموقع باستمرار في الوقت الفعلي باستخدام نسخة مُعدّلة من التثليث : راجع حساب تحديد المواقع عبر نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) لمزيد من التفاصيل.

في كل قياس للمسافة، بغض النظر عن النظام المستخدم، يتم وضع جهاز الاستقبال على غلاف كروي مركزه جهاز الإرسال، عند المسافة المقاسة منه. ومن خلال إجراء عدة قياسات من هذا القبيل، ثم البحث عن نقطة التقاء الأغلفة، يتم تحديد الموقع. مع ذلك، في حالة أجهزة الاستقبال سريعة الحركة، يتغير موقع جهاز الاستقبال مع استقبال الإشارات من عدة أقمار صناعية. إضافةً إلى ذلك، تتباطأ الإشارات اللاسلكية قليلاً أثناء مرورها عبر طبقة الأيونوسفير، ويتغير هذا التباطؤ بتغير زاوية جهاز الاستقبال بالنسبة للقمر الصناعي، لأن هذه الزاوية تتوافق مع المسافة التي تقطعها الإشارة عبر طبقة الأيونوسفير. وبالتالي، تحاول الحسابات الأساسية إيجاد أقصر خط موجه مماس لأربعة أغلفة كروية مفلطحة مركزها أربعة أقمار صناعية. تعمل أجهزة استقبال الملاحة عبر الأقمار الصناعية على تقليل الأخطاء باستخدام توليفات من الإشارات من أقمار صناعية متعددة وأجهزة ارتباط متعددة، ثم استخدام تقنيات مثل ترشيح كالمان لدمج البيانات المشوشة والجزئية والمتغيرة باستمرار في تقدير واحد للموقع والوقت والسرعة.

تُطبَّق نظرية النسبية العامة لأينشتاين على تصحيح التوقيت في أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية (GNSS). والنتيجة النهائية هي أن التوقيت على ساعة قمر GPS الصناعي يتقدم أسرع من التوقيت على الأرض بحوالي 38 ميكروثانية في اليوم. [ 12 ]

يمكن دمج أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية المتعددة لتحديد الموقع. ولأن هذه الأنظمة تستخدم مراجع زمنية مختلفة، كان على جهاز الاستقبال في الأصل تقدير مُعامل إضافي لفرق التوقيت بين الأنظمة لكل نظام إضافي، مما يزيد من عدد الأقمار الصناعية اللازمة لتحديد الموقع الهجين. [ 13 ] [ 14 ] منذ أوائل العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، يتضمن جيل جديد من رسائل الملاحة التي تبثها العديد من الأقمار الصناعية مُعاملات "إزاحة توقيت نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية" للتحويل بين المراجع الزمنية، مما يسمح لأجهزة الاستقبال بالاستغناء عن هذا التقدير عند الحاجة. [ 15 ] [ 16 ] وتستند مُعاملات البث إلى تقديرات مالكي الأقمار الصناعية، وتختلف دقتها باختلاف الأنظمة. [ 17 ]

التطبيقات

كان الدافع الأصلي وراء استخدام الملاحة عبر الأقمار الصناعية هو التطبيقات العسكرية. فهي تتيح دقة عالية في توجيه الأسلحة إلى الأهداف، مما يزيد من فتكها بشكل كبير ويقلل من الخسائر غير المقصودة الناتجة عن الأسلحة الموجهة بشكل خاطئ. (انظر: القنبلة الموجهة ). كما تُسهّل الملاحة عبر الأقمار الصناعية توجيه القوات وتحديد مواقعها، مما يقلل من ضبابية الحرب .

يُستخدم الآن نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية، مثل نظام غاليليو ، لتحديد موقع المستخدمين ومواقع الأشخاص أو الأشياء الأخرى في أي لحظة. إن نطاق تطبيقات الملاحة عبر الأقمار الصناعية في المستقبل واسع للغاية، ويشمل القطاعين العام والخاص في العديد من قطاعات السوق، مثل العلوم والنقل والزراعة، وغيرها. [ 18 ]

إن القدرة على توفير إشارات الملاحة عبر الأقمار الصناعية تعني أيضاً القدرة على حجبها. فمشغل نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية يملك القدرة على تقليل أو إزالة خدمات الملاحة عبر الأقمار الصناعية في أي منطقة يرغب بها.

صورة تفاعلية تُبرز مدارات متوسطة الارتفاع حول الأرض ، [ أ ] من مدار الأرض المنخفض إلى أدنى مدار أرضي مرتفع ( المدار الثابت بالنسبة للأرض ومداره المهجور ، على بُعد تسع المسافة المدارية للقمر )، [ ب ] مع أحزمة فان ألين الإشعاعية والأرض بمقياس رسم مناسب.
إطلاق أقمار GNSS الصناعية من عام 1978 إلى عام 2014

حسب ترتيب سنة الإطلاق الأولى:

نظام تحديد المواقع العالمي (1978)

يتألف نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التابع للولايات المتحدة من 32 قمراً صناعياً في مدار أرضي متوسط ، موزعة على ستة مستويات مدارية مختلفة . ويتغير العدد الدقيق للأقمار الصناعية مع إخراج الأقمار القديمة من الخدمة واستبدالها. يُعد نظام GPS، الذي بدأ تشغيله عام 1978 وأصبح متاحاً عالمياً منذ عام 1994، نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية الأكثر استخداماً في العالم.

غلوناس (1982)

نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GLONASS)، الذي كان سابقًا نظامًا سوفيتيًا ، وهو الآن نظام روسي ، هو نظام ملاحة فضائي يوفر خدمة الملاحة الراديوية عبر الأقمار الصناعية للمدنيين، كما تستخدمه القوات الجوية الروسية. يتمتع نظام GLONASS بتغطية عالمية كاملة منذ عام 1995، ويضم 24 قمرًا صناعيًا نشطًا.

بيدو (2000)

بدأ نظام بيدو كشبكة محلية لمنطقة آسيا والمحيط الهادئ على مدارات ثابتة بالنسبة للأرض، والتي تم إيقاف تشغيلها لاحقًا، Beidou-1. وبدأ تشغيل الجيل الثاني من النظام، BeiDou-2، في الصين في ديسمبر 2011. [ 19 ] ومن المقترح أن يتكون نظام BeiDou-3 من 30 قمرًا صناعيًا في مدار أرضي متوسط ​​( MEO) وخمسة أقمار صناعية في مدار ثابت بالنسبة للأرض (IGSO). وقد اكتملت نسخة إقليمية مكونة من 16 قمرًا صناعيًا (تغطي منطقة آسيا والمحيط الهادئ) بحلول ديسمبر 2012. واكتملت الخدمة العالمية بحلول ديسمبر 2018. [ 20 ] وفي 23 يونيو 2020، اكتمل نشر كوكبة BDS-3 بالكامل بعد إطلاق القمر الصناعي الأخير بنجاح من مركز شيتشانغ لإطلاق الأقمار الصناعية . [ 21 ]

غاليليو (2005)

اتفق الاتحاد الأوروبي ووكالة الفضاء الأوروبية في مارس 2002 على إطلاق نظام بديل لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، يُسمى نظام غاليليو لتحديد المواقع . بدأ تشغيل غاليليو في 15 ديسمبر 2016 (الوصول العالمي إلى مرحلة التشغيل المبكر). [ 22 ] بتكلفة تقديرية بلغت 10 مليارات يورو، [ 23 ] كان من المقرر أصلاً أن يبدأ تشغيل النظام المكون من 30 قمراً صناعياً في مدار أرضي متوسط ​​في عام 2010. وكان من المقرر تشغيله في الأصل عام 2014. [ 24 ] أُطلق أول قمر صناعي تجريبي في 28 ديسمبر 2005. [ 25 ] من المتوقع أن يكون غاليليو متوافقاً مع نظام GPS المُحدَّث . ستتمكن أجهزة الاستقبال من دمج الإشارات من أقمار غاليليو وGPS لزيادة الدقة بشكل كبير. تتكون كوكبة غاليليو الكاملة من 24 قمرًا صناعيًا نشطًا، [ 26 ] تم إطلاق آخرها في ديسمبر 2021. [ 27 ] [ 28 ] التعديل الرئيسي المستخدم في إشارة خدمة غاليليو المفتوحة هو تعديل حامل الإزاحة الثنائي المركب (CBOC).

أنظمة الملاحة الإقليمية عبر الأقمار الصناعية

نظام نافيك (الملاحة باستخدام الكوكبة الهندية) هو نظام ملاحة فضائي إقليمي مستقل، طوّرته منظمة أبحاث الفضاء الهندية (ISRO). وقد وافقت الحكومة الهندية على المشروع في مايو 2006. ويتألف النظام من كوكبة تضم سبعة أقمار صناعية للملاحة. [ 29 ] ثلاثة من هذه الأقمار في مدار ثابت بالنسبة للأرض (GEO)، والأربعة المتبقية في مدار متزامن مع الأرض (GSO)، وذلك لتوفير تغطية إشارة أوسع مع عدد أقل من الأقمار الصناعية لرسم خريطة المنطقة. ويهدف النظام إلى توفير دقة تحديد موقع مطلقة في جميع الأحوال الجوية، أفضل من 7.6 متر (25 قدمًا)، في جميع أنحاء الهند وضمن منطقة تمتد حوالي 1500 كيلومتر (900 ميل) حولها. [ 30 ] تقع منطقة خدمة موسعة بين منطقة الخدمة الأساسية ومنطقة مستطيلة محصورة بين خط العرض 30 جنوبًا وخط العرض 50 شمالًا، وخط الطول 30 شرقًا وخط الطول 130 شرقًا ، على مسافة تتراوح بين 1500 و6000 كيلومتر (900 إلى 3700 ميل) خارج الحدود. [ 31 ] وقد تم الإعلان عن هدف السيطرة الهندية الكاملة، حيث سيتم بناء قطاع الفضاء والقطاع الأرضي وأجهزة استقبال المستخدمين بالكامل في الهند. [ 32 ]     

كانت الكوكبة في مدارها اعتبارًا من عام 2018، وأصبح النظام متاحًا للاستخدام العام في أوائل عام 2018. [ 33 ] يوفر نظام NavIC مستويين من الخدمة: "خدمة تحديد المواقع القياسية"، المتاحة للاستخدام المدني، و"خدمة مقيدة" (مشفرة ) للمستخدمين المصرح لهم (بما في ذلك العسكريين). وتوجد خطط لتوسيع نظام NavIC بزيادة عدد الأقمار الصناعية في الكوكبة من 7 إلى 11. [ 34 ]

تعتزم الهند جعل نظام الملاحة العالمي (NavIC) عالميًا بإضافة 24 قمرًا صناعيًا إضافيًا في المدار المتوسط ​​(MEO) . وسيكون نظام الملاحة العالمي (NavIC) متاحًا مجانًا للاستخدام العام في جميع أنحاء العالم. [ 35 ]

نظام بيدو المبكر

تم تصميم الجيلين الأولين من نظام الملاحة الصيني "بيدو" لتوفير تغطية إقليمية.

زيادة

يُعد تعزيز نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) طريقة لتحسين سمات نظام الملاحة، مثل الدقة والموثوقية والتوافر، من خلال دمج المعلومات الخارجية في عملية الحساب، على سبيل المثال، نظام تعزيز المنطقة الواسعة ، وخدمة التراكب للملاحة الجغرافية الثابتة الأوروبية ، ونظام تعزيز الأقمار الصناعية متعدد الوظائف ، ونظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي (DGPS )، والملاحة المعززة الجغرافية الثابتة بمساعدة نظام تحديد المواقع العالمي (GAGAN)، وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي .

QZSS

نظام الأقمار الصناعية شبه السمتية (QZSS) هو نظام إقليمي لنقل الوقت ، يتألف من أربعة أقمار صناعية، ويُعدّ إضافةً لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ويغطي اليابان ومنطقة آسيا وأوقيانوسيا . أُتيحت خدمات QZSS تجريبياً في 12 يناير 2018، وبدأ تشغيلها رسمياً في نوفمبر 2018. أُطلق أول قمر صناعي في سبتمبر 2010. [ 36 ] ومن المخطط إطلاق نظام ملاحة فضائي مستقل (مستقل عن نظام تحديد المواقع العالمي GPS) يتألف من سبعة أقمار صناعية في عام 2023. [ 37 ]

إيغنوس

خريطة شبكة إيغنوس الأرضية

نظام الملاحة الجغرافية الثابتة الأوروبي ( EGNOS) هو نظام تعزيز قائم على الأقمار الصناعية (SBAS) طورته وكالة الفضاء الأوروبية وهيئة يوروكنترول نيابةً عن المفوضية الأوروبية . ويُكمّل هذا النظام حاليًا نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من خلال الإبلاغ عن موثوقية ودقة بيانات تحديد المواقع وإرسال التصحيحات. وسيُكمّل النظام نظام غاليليو في الإصدار 3.0 القادم.

يتألف نظام EGNOS من 40 محطة رصد سلامة المدى، ومركزين للتحكم بالمهام، و6 محطات أرضية للملاحة، وشبكة EGNOS واسعة النطاق (EWAN)، و3 أقمار صناعية ثابتة بالنسبة للأرض . [ 38 ] تحدد المحطات الأرضية دقة بيانات أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية وتنقلها إلى الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض؛ ويمكن للمستخدمين الحصول على هذه البيانات مجانًا من تلك الأقمار باستخدام جهاز استقبال يدعم نظام EGNOS، أو عبر الإنترنت. ويُستخدم النظام بشكل رئيسي في مجال الطيران .

بحسب المواصفات، يجب أن تكون دقة تحديد الموقع الأفقي عند استخدام التصحيحات التي يوفرها نظام EGNOS أفضل من سبعة أمتار. أما عملياً، فتكون دقة تحديد الموقع الأفقي في حدود المتر.

يتم توفير خدمة مماثلة في أمريكا الشمالية بواسطة نظام تعزيز المنطقة الواسعة (WAAS)، وفي روسيا بواسطة نظام التصحيحات التفاضلية والمراقبة (SDCM)، وفي آسيا بواسطة نظام تعزيز الأقمار الصناعية متعدد الوظائف الياباني (MSAS) ونظام الملاحة المعزز بالجغرافيا الثابتة بالنسبة للأرض الهندي (GAGAN).

حصل مشروعا غاليليو وإيغنوس على ميزانية قدرها 14.6 مليار يورو لفترة البحث والتطوير التي تمتد لست سنوات، من 2021 إلى 2027. [ 39 ]

مقارنة

نظامبيدوجاليليوغلوناسنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)نافيكQZSS
مالكالصينالاتحاد الأوروبيروسياالولايات المتحدةالهنداليابان
التغطيةعالميعالميعالميعالميإقليميإقليمي
البرمجةCDMACDMAFDMA و CDMACDMACDMACDMA
الارتفاع (كم/ميل)21,150 (13,140)23,222 (14,429)19,130 ​​(11,890)20180 (12540)36000 (22000)32600–39000 (20300–24200) [ 40 ]
فترة12.88  ساعة (12  ساعة و53  دقيقة)14.08  ساعة (14  ساعة  و5  دقائق)11.26  ساعة (11  ساعة و16  دقيقة)11.97  ساعة (11  ساعة و58  دقيقة)23.93  ساعة (23  ساعة و56  دقيقة)23.93  ساعة (23  ساعة و56  دقيقة)
يوم القيامة / الأحد13/7 (1.86)17/10 (1.7)17/8 (2.125)211
الأقمار الصناعيةبيدو-3: 30 نظامًا مصممًا، 35 نظامًا قيد التشغيل. بيدو-2: 16 نظامًا قيد التشغيل.24 حسب التصميم 26 تشغيلي24 عاملة و1 احتياطية [ 41 ]24 حسب التصميم 30 تشغيلي [ 42 ]7 حسب التصميم 3 تشغيلية4 قيد التشغيل (3 في المدار الأرضي الثابت، 1 في المدار الأرضي الثابت) 7 في المستقبل
التردد جيجاهرتز1.561098  (B1) 1.589742  (B1-2) 1.20714  (B2) 1.26852  (B3)1.559–1.592 (E1) 1.164–1.215 (E5a/b) 1.260–1.300 (E6)1.593–1.610 (G1) 1.237–1.254 (G2) 1.189–1.214 (G3)1.563–1.587 (L1) 1.215–1.2396 (L2) 1.164–1.189 (L5)1.57542 (L1) 1.17645 (L5) 2.49202 (S)1.57542 (L1C/A, L1C, L1S) 1.22760 (L2C) 1.17645 (L5, L5S) 1.27875 (L6) [ 43 ]
حالة[ 44 ] تشغيليبدأ التشغيل منذ عام 2016، واكتمل في عام 2020 [ 45 ]تشغيليتشغيليغير مستقلغير مستقل
الدقة بالمتر (القدم)3.6 (12) (عام) 0.1 (0.33) (مشفر)0.2 (0.66) (عام) 0.01 (0.033) (مشفر)2–4 (6.6–13.1)0.3–5 (0.98–16.40) (بدون DGPS أو WAAS)1 (3.3) (عام) 0.1 (0.33) (مشفر)1 (3.3) (عام) 0.1 (0.33) (مشفر)
نظامبيدوجاليليوغلوناسنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)نافيكQZSS
المصادر: [ 9 ] [ 46 ] [ 47 ]

يؤدي استخدام أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية المتعددة لتحديد موقع المستخدم إلى زيادة عدد الأقمار الصناعية المرئية، وتحسين دقة تحديد الموقع النقطي (PPP)، وتقليل متوسط ​​زمن التقارب. [ 48 ] بلغ خطأ تحديد المدى في الفضاء (SISRE) في نوفمبر 2019، 1.6  سم لنظام غاليليو، و2.3  سم لنظام GPS، و5.2  سم لنظام GLONASS، و5.5  سم لنظام بيدو، عند استخدام تصحيحات في الوقت الفعلي لمدارات الأقمار الصناعية وساعاتها. [ 49 ] بلغ متوسط ​​أخطاء تحديد المدى في الفضاء (SISRE) لأقمار BDS-3 MEO وIGSO وGEO، 0.52 متر و0.90 متر و1.15 متر على التوالي. بالمقارنة مع أنظمة الملاحة الفضائية العالمية الأربعة الرئيسية التي تتكون من أقمار صناعية في مدار أرضي متوسط، كان خطأ نظام تحديد المواقع العالمي (SISRE) لأقمار BDS-3 في المدار الأرضي المتوسط ​​أقل بقليل من 0.4 متر لنظام غاليليو، وأعلى بقليل من 0.59 متر لنظام GPS، وأعلى بشكل ملحوظ من 2.33 متر لنظام GLONASS. بلغ خطأ نظام تحديد المواقع العالمي (SISRE) لأقمار BDS-3 في المدار الثابت بالنسبة للأرض 0.90 متر، وهو ما يعادل تقريبًا خطأ نظام تحديد المواقع العالمي (SISRE) لأقمار QZSS في المدار الثابت بالنسبة للأرض 0.92 متر. ومع ذلك، نظرًا لأن أقمار BDS-3 في المدار الثابت بالنسبة للأرض كانت حديثة الإطلاق ولم تكن تعمل بكامل طاقتها في مدارها، فقد كان متوسط ​​خطأ نظام تحديد المواقع العالمي (SISRE) الخاص بها أسوأ بشكل طفيف من 0.91 متر لأقمار QZSS في المدار الثابت بالنسبة للأرض. [ 6 ]

دوريس

نظام تحديد المواقع الراديوي المتكامل بتقنية دوبلر المدارية عبر الأقمار الصناعية (DORIS) هو نظام ملاحة فرنسي دقيق. على عكس أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية الأخرى، يعتمد هذا النظام على محطات بث ثابتة موزعة حول العالم، بينما توجد أجهزة الاستقبال على متن الأقمار الصناعية، وذلك لتحديد موقعها المداري بدقة متناهية. يمكن استخدام النظام أيضًا لأجهزة استقبال متنقلة على الأرض، ولكن بتغطية محدودة. عند استخدامه مع أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية التقليدية، يرفع هذا النظام دقة تحديد المواقع إلى مستوى السنتيمتر (وإلى مستوى المليمتر للتطبيقات المتعلقة بقياس الارتفاع، كما يسمح برصد التغيرات الموسمية الطفيفة جدًا في دوران الأرض وتشوهاتها)، وذلك بهدف بناء نظام مرجعي جيوديسي أكثر دقة. [ 50 ]

أقمار صناعية في مدار أرضي منخفض

تستطيع شبكتا الهاتف الفضائي العاملتان حاليًا في المدار الأرضي المنخفض (LEO) تتبع وحدات الإرسال والاستقبال بدقة تصل إلى بضعة كيلومترات باستخدام حسابات إزاحة دوبلر من القمر الصناعي. تُرسل الإحداثيات إلى وحدة الإرسال والاستقبال حيث يمكن قراءتها باستخدام أوامر AT أو واجهة مستخدم رسومية . [ 51 ] [ 52 ] ويمكن أيضًا استخدام هذه المعلومات من قِبل البوابة لفرض قيود على خطط المكالمات ذات النطاق الجغرافي المحدد.

التنظيم الدولي

يُعرّف الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) خدمة الملاحة الراديوية عبر الأقمار الصناعية ( RNSS ) بأنها " خدمة تحديد المواقع الراديوية عبر الأقمار الصناعية المستخدمة لأغراض الملاحة الراديوية . وقد تشمل هذه الخدمة أيضًا روابط التغذية اللازمة لتشغيلها". [ 53 ]

تعتبر خدمة RNSS خدمة سلامة الأرواح وجزءًا أساسيًا من الملاحة يجب حمايتها من التداخلات .

يُعرَّف نظام الملاحة الراديوية عبر الأقمار الصناعية ( ARNSS ) - وفقًا للمادة 1.47 من لوائح الراديو (RR ) للاتحاد الدولي للاتصالات (ITU ) [ 54 ] - بأنه « خدمة ملاحة راديوية توجد فيها محطات أرضية على متن الطائرات ».

خدمة الملاحة الراديوية عبر الأقمار الصناعية البحرية ( MRNSS ) هي – وفقًا للمادة 1.45 من لوائح الراديو (RR ) للاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) [ 55 ] – تُعرَّف بأنها « خدمة الملاحة الراديوية عبر الأقمار الصناعية التي توجد فيها محطات أرضية على متن السفن ».

تصنيف

تصنف لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية (المادة 1) خدمات الاتصالات الراديوية على النحو التالي:

أمثلة على استخدام نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية (RNSS)

تخصيص التردد

يتم تخصيص الترددات الراديوية وفقًا للمادة 5 من لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية (إصدار 2012). [ 56 ]

لتحسين التنسيق في استخدام الطيف الترددي، تُدرج معظم تخصيصات الخدمات في جداول وطنية لتخصيصات واستخدامات الترددات، ضمن مسؤولية الإدارة الوطنية المختصة. وتشمل هذه التخصيصات ما يلي:

  • أساسي: يُشار إليه بالكتابة بأحرف كبيرة
  • ثانوي: يُشار إليه بأحرف صغيرة
  • الاستخدام الحصري أو المشترك: يقع ضمن مسؤولية الإدارات.
تخصيص الخدمات
المنطقة 1    المنطقة 2        المنطقة 3    
5000–5010  ميجاهرتز
قمر صناعي متنقل للملاحة الجوية (R) قمر صناعي للملاحة الراديوية للملاحة الراديوية (من الأرض إلى الفضاء)

البدائل

يشير مصطلح تحديد المواقع والملاحة والتوقيت البديل ( AltPNT ) إلى مفهوم بديل لنظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS). وتشمل هذه البدائل ما يلي: [ 57 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ يتم حساب فترات المدار والسرعات باستخدام العلاقتين 4π²R³ = T²GM و V²R = GM ، حيث R هو نصف قطر المدار بالأمتار ؛ و T هي فترة المدار بالثواني؛ و V هي سرعة المدار بالمتر/ثانية؛ و G هو ثابت الجاذبية،تقريبًا    6.673 × 10 −11  نيوتن متر مربع /كجم مربع ؛ M هي كتلة الأرض، حوالي 5.98 × 10 24  كجم (1.318 × 10 25  رطل).
  2. ↑ حوالي 8.6 مرات عندما يكون القمر في أقرب نقطة ( أي 363,104 كم / 42,164 كم ) ، إلى 9.6   مرات عندما يكون القمر في أبعد نقطة (أي 405,696 كم / 42,164 كم )  

مراجع

  1. ↑ «نظام بيدو، المنافس الصيني لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، يعمل بكامل طاقته الآن بعد إطلاق القمر الصناعي الأخير» . cnn.com. 24 يونيو 2020. تاريخ الاطلاع: 26 يونيو 2020 .
  2. ↑ «غاليليو هو نظام الملاحة العالمي الأوروبي القائم على الأقمار الصناعية» . www.euspa.europa.eu . 26 يناير 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يناير 2024 .
  3. ^ كيشيموتو ، موتوهيسا (2024/12/13). "حالة QZSS" . عالم جي بي اس . تم الاسترجاع 2025-10-09 .
  4. ↑ "برنامج IRNSS" . www.isro.gov.in. تاريخ الاسترجاع: 9 أكتوبر 2025 .
  5. ↑ "IRNSS" . www.ursc.gov.in. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-10-09 .
  6. 1 2 3 كرينينغ، تورستن (23 يناير 2019). "اليابان تستعد لعطل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) باستخدام أقمار صناعية شبه سمتية" . SpaceWatch.Global . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أغسطس 2019 .
  7. 1 2 3 4 "دليل المبتدئين لأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية في أوروبا" (ملف PDF) . الاتحاد الدولي لأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية (IFATCA). مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 27 يونيو 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 مايو 2015 .
  8. ↑ "مقدمة عامة عن غاليليو - نافيبيديا" . gssc.esa.int . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-11-2018 .
  9. 1 2 "إشارة نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية - Navipedia" . gssc.esa.int . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-11-2018 .
  10. ↑ نيكوليني، لوكا؛ كابورالي، أليساندرو (9 يناير 2018). "دراسة حول الأطر المرجعية وأنظمة التوقيت في أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية المتعددة" . الاستشعار عن بعد . 10 (2): 80. Bibcode : 2018RemS...10...80N . doi : 10.3390/rs10010080 . hdl : 11577/3269537 .
  11. ↑ Jury, H, 1973, تطبيق مرشح كالمان على الملاحة في الوقت الحقيقي باستخدام الأقمار الصناعية المتزامنة، وقائع الندوة الدولية العاشرة حول تكنولوجيا وعلوم الفضاء، طوكيو، 945-952.
  12. ↑ "التأثيرات النسبية على ساعة القمر الصناعي" . جامعة ولاية بنسلفانيا.
  13. ↑ "انحراف التوقيت في نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية: تأثيراته على أداء التوافق بين نظامي تحديد المواقع العالمي (GPS) وجاليليو" (ملف PDF) . InsideGNSS (5): 61. أكتوبر 2007.
  14. ↑ أوجازيو، سابرينا؛ بيترز، برايان سي؛ كرواسان، كيفن؛ جينكينز، غريغوري؛ ماكنايت، رايان؛ فان غراس، فرانك (24 يناير 2020). تقديرات فرق التوقيت بين أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية وتأثيرها على الرؤية السطحية على ارتفاعات عالية . وقائع الاجتماع الفني الدولي لعام 2020 لمعهد الملاحة. الصفحات 320-330 . doi : 10.33012/2020.17146 . ISSN 2330-3646 .  {{cite conference}}يتطلب ( مساعدة )|access-date=​|url=
  15. ↑ باورز، إدوارد (2015). مرجع التوقيت لأنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية وأنظمة تحديد المواقع العالمية (ملف PDF) . المؤتمر الدولي للتخطيط 2015. unoosa.org .
  16. ^ مونتنبروك، أوليفر. ستيجنبرجر، بيتر؛ برانج، لارس. دنغ ، تشيجو. تشاو، كيل؛ بيروسانز، فيليكس. روميرو، اجناسيو. نول، كاري. ستورز، أندريا؛ ويبر، جورج. شميد، رالف. ماكلويد، كين. شاير ، ستيفان (أبريل 2017). “تجربة GNSS المتعددة (MGEX) لخدمة GNSS الدولية (IGS) – الإنجازات والآفاق والتحديات”. التقدم في أبحاث الفضاء . 59 (7): 1671–1697 . دوى : 10.1016/j.asr.2017.01.011 .
  17. ↑ شو، لونغشيا؛ ليو، يا؛ لي، شياوهوي (2024). "تحليل معلمات إزاحة الوقت لنظام GNSS" . مجلة الجيوديسيا والديناميكا الأرضية . 44 (4): 350-353 .
  18. ↑ "الطلبات" . www.gsa.europa.eu . 18-08-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-10-2019 .
  19. ↑ "منافس الصين في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) جاهز للعمل" . بي بي سي نيوز . 8 مارس 2012. تاريخ الاطلاع: 23 يونيو 2020 .
  20. ↑ «اكتمل النظام التجريبي BDS-3 لتقديم خدمات عالمية» . news.dwnews.com . تاريخ الاطلاع: 27 ديسمبر 2018 .
  21. ↑ "التطبيقات - النقل" . en.beidou.gov.cn . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-06-2020 .
  22. ↑ "انطلاق نظام غاليليو!" . europa.eu. 14 ديسمبر 2016.
  23. ↑ "تحسين نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية جاليليو" . بي بي سي نيوز. 25 أغسطس 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 يونيو 2008 .
  24. ↑ "المفوضية تمنح عقودًا رئيسية لتشغيل نظام غاليليو في أوائل عام 2014" . 7 يناير 2010. تاريخ الاطلاع: 19 أبريل 2010 .
  25. ↑ "أخبار إطلاق القمر الصناعي GIOVE-A" . 28-12-2005 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-01-2015 .
  26. ^ "جاليليو يبدأ في خدمة العالم" . INTERNATIONALES VERKEHRSWESEN (باللغة الألمانية). 23 ديسمبر 2016.
  27. ↑ «تأجيل إطلاق مركبة سويوز من كورو إلى عام 2021، بينما ستُستكمل عمليتا إطلاق أخريان» . سبيس ديلي . 19 مايو 2020.
  28. ↑ "خدمات غاليليو الأولية" . gsa.europa.eu . 9 ديسمبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 سبتمبر 2020 .
  29. ↑ "الهند ستطور نسختها الخاصة من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)" . Rediff.com . تاريخ الاسترجاع: 30 ديسمبر 2011 .
  30. ↑ س. أناندان (10 أبريل 2010). "إطلاق أول قمر صناعي لنظام الملاحة الإقليمي الهندي بالأقمار الصناعية العام المقبل" . Beta.thehindu.com . تاريخ الاسترجاع: 30 ديسمبر 2011 .
  31. ↑ "برنامج IRNSS - ISRO" . www.isro.gov.in. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2022-03-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2018-07-14 .
  32. ↑ «الهند تعتزم بناء كوكبة من 7 أقمار صناعية للملاحة بحلول عام 2012» . Livemint.com. 5 سبتمبر 2007. تاريخ الاطلاع: 30 ديسمبر 2011 .
  33. ↑ روهيت كيه في إن (28 مايو 2017). "نظام الملاحة الهندي IRNSS NavIC، الذي طورته منظمة أبحاث الفضاء الهندية (ISRO)، سيبدأ العمل في أوائل عام 2018" . صحيفة إنترناشونال بيزنس تايمز . تاريخ الاطلاع: 29 أبريل 2021 .
  34. ↑ وكالة الأنباء الهندية (IANS) (10 يونيو 2017). "ساعات نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية تدق؛ سيتم توسيع النظام: وكالة الفضاء الهندية (ISRO)" . صحيفة إيكونوميك تايمز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 يناير 2018 .
  35. ↑ كوشي، جاكوب (26 أكتوبر 2022). "منظمة أبحاث الفضاء الهندية (ISRO) تعزز نظام NavIC وتوسع قاعدة مستخدمي نظام تحديد المواقع" . صحيفة ذا هندو . مؤرشف من الأصل في 20 سبتمبر 2023.
  36. ↑ "حول QZSS" . وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA). مؤرشف من الأصل بتاريخ 14 مارس 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 فبراير 2009 .
  37. ↑ هنري، كاليب (15 مايو 2017). "اليابان تدرس نظام QZSS بسبعة أقمار صناعية كنسخة احتياطية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)" . SpaceNews.com . تاريخ الاسترجاع: 10 أغسطس 2019 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  38. ^ "نظام إجنوس" . مارس 2016.
  39. ↑ "برنامج الفضاء الأوروبي - الأداء - المفوضية الأوروبية" . commission.europa.eu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-06-2024 .
  40. ↑ غراهام، ويليام (9 أكتوبر 2017). "طائرة H-2A اليابانية تُجري عملية إطلاق QZSS-4" . NASASpaceFlight.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 أكتوبر 2017.
  41. ↑ "مركز المعلومات والتحليل لتحديد المواقع والملاحة والتوقيت" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-02-2026 .
  42. ↑ "قطاع الفضاء لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-07-2015 .
  43. ^ “送信信号一覧” . تم الاسترجاع 2019-10-25 .
  44. ↑ «الصين تطلق القمر الصناعي الأخير في نظام بيدو الشبيه بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)» . phys.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 يونيو 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 يونيو 2020 .
  45. ↑ إيرين كلوتز؛ توني أوزبورن؛ برادلي بيريت (12 سبتمبر 2018). "صعود أقمار الملاحة الجديدة" . شبكة أسبوع الطيران . مؤرشف من الأصل في 25 أكتوبر 2023.
  46. ^ أسوال ، دينيش ك. ياداف، سانجاي؛ تاكاتسوجي، توشيوكي؛ راشاكوندا، بريم؛ كومار ، حريش (23/08/2023). دليل المقاييس والتطبيقات . طبيعة سبرينغر. ص. 512. ردمك  978-981-99-2074-7.
  47. ↑ "إشارة نافيك في الفضاء ICD لخدمة تحديد المواقع القياسية بتردد L1" (ملف PDF) . منظمة أبحاث الفضاء الهندية (ISRO ). أغسطس 2023. تاريخ الاطلاع: 20 سبتمبر 2024 .
  48. ↑ شيا، فينغيو؛ يي، شيرونغ؛ شيا، بنغفي؛ تشاو، ليوين؛ جيانغ، نانا؛ تشين، ديتشونغ؛ هو، غوانغباو (2019). "تقييم أحدث أداء لتقنية تحديد المواقع الدقيقة باستخدام نظام غاليليو فقط ومساهمة غاليليو في تقنية تحديد المواقع الدقيقة باستخدام أنظمة الملاحة العالمية المتعددة" . مجلة أبحاث الفضاء المتقدمة . 63 (9): 2784-2795 . Bibcode : 2019AdSpR..63.2784X . doi : 10.1016/j.asr.2018.06.008 . S2CID 125213815 . 
  49. ↑ كازميرسكي، كاميل؛ زايدل، رادوسلاف؛ سوسنيكا، كريستوف (2020). "تطور جودة المدار والساعة لحلول GNSS المتعددة في الوقت الحقيقي" . حلول GPS . 24 (111): 111. Bibcode : 2020GPSS...24..111K . doi : 10.1007/s10291-020-01026-6 .
  50. ↑ "صفحة معلومات دوريس" . Jason.oceanobs.com . تم الاطلاع عليها بتاريخ 30-12-2011 .
  51. ↑ "دليل استخدام جهاز Globalstar GSP-1700" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 11 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 ديسمبر 2011 .
  52. ↑ ريكرسون، دون (يناير 2005). "رسائل نصية قصيرة ورسائل نصية قصيرة عبر نظام إيريديوم" (ملف PDF) . شبكة الأقمار الصناعية الشخصية. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 9 نوفمبر 2005.
  53. ↑ لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية، القسم الرابع: محطات وأنظمة الراديو - المادة 1.43، التعريف: خدمة الملاحة الراديوية عبر الأقمار الصناعية
  54. ↑ لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية، القسم الرابع. محطات وأنظمة الراديو – المادة 1.47، التعريف: خدمة الملاحة الراديوية الجوية
  55. ↑ لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية، القسم الرابع. محطات وأنظمة الراديو – المادة 1.45، التعريف: خدمة الملاحة الراديوية البحرية عبر الأقمار الصناعية
  56. ↑ لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية، الفصل الثاني - الترددات، المادة 5 تخصيصات الترددات، القسم الرابع - جدول تخصيصات الترددات
  57. ↑ جورمان، شون (2 يوليو 2024). "هل يمكن لـ "AltPNT" أن يحل محل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) حقًا؟" .

للمزيد من القراءة

معلومات عن أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية (GNSS) المحددة

مواقع داعمة أو توضيحية

بدائل لنظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)