كيف يحسب نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية المسافة من الوقت ؟
لنفترض أنك تحمل هاتفا محمولا يعمل بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو بنظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية في سيارتك، كيف تعرف المسافة الدقيقة إلى الأقمار الصناعية الثلاثة أو الأربعة التي تستخدمها لحساب موقعك؟ يقوم كل قمر صناعي بإشعاع الإشارات التي تكون في الواقع، وسجلات مختومة بالوقت لموقعه في ذلك الوقت، ونظرا لحملها بواسطة موجات الراديو، يجب أن تنتقل الإشارات بسرعة الضوء (300000 كم أو 186000 ميل في الثانية)، من الناحية النظرية، إذا قام جهاز الإستقبال بالتقاط الإشارات في وقت لاحق، ولديه ساعة خاصة به، فإنه يعرف كم من الوقت استغرقت الإشارات للوصول من القمر الصناعي والمسافة التي قطعتها (لأن المسافة = السرعة ×الزمن)، ويبدو هذا حلا لطيفا وبسيطا، ولكنه يقدم مشكلتين إضافيتين.
أولا، كم تستغرق الإشارة للإنتقال؟ ألم نتبادل مشكلة واحدة بأخرى (وقت المسافة)؟ يتضمن حل هذا إصدارا عالي التقنية من مزامنة الساعات، ويحمل كل قمر صناعي أربع ساعات ذرية دقيقة للغاية (اثنان سيزيوم واثنان روبيديوم ، وعادة ما تكون دقيقة لشيء مثل ثانية واحدة في 100000 سنة)، وفي حين أن أجهزة الإستقبال (التي لديها أقل الساعات الدقيقة الخاصة بهم) تستقبل إشاراتهم وتعوض الوقت الذي يستغرقه سفرهم لأسفل من الفضاء، وهذا يعني أن كل جهاز استقبال يمكنه معرفة الوقت الذي استغرقته كل إشارة للوصول إليه وبالتالي إلى أي مدى تنتقل.
ثانيا، على الرغم من أن موجات الراديو تنتقل بالفعل بسرعة الضوء، إلا أنها تفعل ذلك فقط في فراغ (في مساحة فارغة تماما)، ولا تنتقل الإشارات الراديوية التي تنطلق إلينا من الأقمار الصناعية الفضائية عبر الفضاء الخالي ولكن من خلال الغلاف الجوي للأرض، بما في ذلك الغلاف الجوي المتأين (المنطقة العليا من الغلاف الجوي للأرض، والتي تحتوي على جزيئات مشحونة، والتي تساعد الموجات الراديوية على السفر) والغلاف الجوي (المضطرب، منطقة غير مشحونة من الغلاف الجوي حيث يحدث الطقس، والتي تمتد حوالي 50 كيلومترا أو 30 ميلا فوق سطح الأرض)، ويشوه الغلاف الجوي المتأين والتروبوسفير إشارات الأقمار الصناعية ويؤخرها بطرق معقدة للغاية، ولأسباب مختلفة تماما، ويجب على أجهزة استقبال نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية (GPS) أن تعوض لضمان قدرتها على إجراء قياسات دقيقة للمسافة
28 - 07 - 2020, 03:47 PM
العرض العادي
