أخطاء ساعات القمر الصناعي المستخدمة في تحديد المساحات

ساعات الأقمار الصناعية:

مع أن الساعات الموجودة في الأقمار الصناعیة ھي ساعات ذریة دقیقة جدا،إلا أنھا لیست تامة الدقة وتكون دقتھا في حدود من 8,64 إلي 17,28 نانوثانیة/یوم (النانو ثانیة ھو الجزء من الملیار من الثانیة الواحدة).

هذه الدقة في حساب الوقت على القمر الصناعي تساوي دقة ما بين 2.59 و 5.18 متر في حساب المسافة ما بين القمر الصناعي وجهاز الاستقبال، وتقوم خدمة التحكم والسيطرة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بمراقبة أداء الساعات بالأقمار الصناعية ومعرفة قيمة أي أخطاء، ثم يرسل هذا تصحيح إلى الأقمار الصناعية، والتي تعمل على إعادة بث هذه المعلومات في رسالة الملاحة للمستخدمين لأخذها في الاعتبار.

إلا أن ھذه التصحیحات لا تكون كافیة تماما ویتبقي جزء بسیط من الخطأ، والذي یؤدي لوجود خطأ في حساب إحداثیات أجھزة الاستقبال في حدود أمتار قلیلة.

خطأ مدار القمر الصناعي:

مدار كل قمر صناعي یتم حسابھ بواسطة محطة التحكم والسیطرة وارسالھ للأقمار الصناعیة التي بدورھا ترسلھ للمستخدمین داخل ما یعرف بالرسالة الملاحیة في الإشارات، لكن القوي الحقیقیة في الفضاء الخارجي المؤثرة على حركة القمر الصناعي في مداره، ولا تكون في الصورة المثلي المستخدمة في النماذج الریاضیة لحساب مدار كل قمر صناعي، مما سینتج عنه اختلاف بين المدار المحسوب (أي إحداثیات القمر الصناعي) والمدار الحقیقي، عامة یبلغ خطأ المدار قیمة تتراوح بین 2 و 5 متر.

خطأ ساعة جھاز الاستقبال:

تستخدم أجھزة الاستقبال في قیاس الزمن ساعات أرخص وأقل دقة من الساعات الذریة الموجودة في الأقمار الصناعیة، مما ینتج عنه خطأ في قیاس المسافة لبن القمر والمستقبل تكون قیمتھ أكبر بكثیر من خطأ ساعة القمر الصناعي، لكن أخطاء ساعة جھاز الاستقبال یمكن معالجتھا بعدة طرق منھا: طریقة إضافة مجھول أثناء عملیة حل المعادلات في حسابات إحداثیات جھاز الاستقبال.

خطأ ھوائي جھاز الاستقبال:

من أهم ميزات مستقبل الهوائي تحديد نقطة التقاط الأشعة الآتية من الأقمار الصناعیة بشكل دقيق، والتي تسمى “مركز الطور الهوائي (Center Phase Antenna)، عامة لا ینطبق مركز طور الھوائي مع المركز الھندسي للھوائي، حیث أنه یختلف عنھ بناءا على ارتفاع وانحراف القمر الصناعي أثناء الرصد.

يؤدي هذا إلى اختلاف في خطأ حساب المسافات وقياس إحداثيات جهاز الاستقبال، تختلف قيمة خطأ الهوائي حسب نوع الهوائي نفسه وعادة ما تكون بضعة سنتيمترات، هناك أنواع من الهوائيات لأجهزة المسح العادية وأنواع أخرى من الأجهزة الجيوديسية التي تتطلب دقة عالية في تحديد المواقع.

خطأ تعدد المسار:

خطأ تعدد المسارات أحد أكبر وأخطر مصادر الخطأ في قياسات (GPS)، يحدث هذا الخطأ عند وصول إشارات القمر الصناعي إلى جهاز الاستقبال من خلال عدة مسارات، أي ارتداد الإشارة بعائق (شجرة أو مبنى أو جسم معدني أو سطح مائي على سبيل المثال) ثم ترتد إلى جهاز الاستقبال.

يمكن أن يوصل تأثير هذا الخطأ إلى 5 أمتار عند العمل على قياسات الطور على التردد الأول L1، بينما يمكن أن يصل إلى عشرات الأمتار عند العمل على ارصاد الشفرة، من ھنا جاءت أھمیة اختیار أماكن أجھزة الاستقبال بصورة مناسبة لتفادي ھذا الخطأ وهناك أيضًا أنواع من إشارات، وبيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، حيث تعمل هوائيات جهاز الاستقبال (تسمى Antenna Ring-Chock) على تقليل أخطاء تعدد المسارات بشكل كبير.

تأثیر الوضع الھندسي للأقمار الصناعیة:

بالإضافة لمصادر الأخطاء السابقة (سواء تلك الناتجة من الأقمار الصناعیة أو أجھزة الاستقبال أو الإشارات)، فإن الوضع الھندسي لمواقع الأقمار الصناعیة أثناء فترة الرصد یؤثر أیضا علي دقة الإحداثیات الأرضیة المستنتجة.

إن التوزیع الجید لمواقع الأقمار الصناعیة في السماء یعطي دقة جیدة في حساب مواقع المستقبلات الأرضیة، بینما یتوقع أن یؤثر التوزیع السیئ لمواقع الأقمار على دقة الإحداثیات المستنتجة. كما یتم التعبیر عن تأثیر مواقع الأقمار الصناعیة باستخدام معامل یسمى معامل الدقة (Precision of Dilution) ویرمز لھ بالرمز DOP ویوجد منه عدة أنواع بناء على المستوي المطلوب الحساب به تشتمل معاملات الدقة علي أنواع:

– معامل الدقة الأفقیة وترميزها HDOP.

– معامل الدقة الرأسیة وترميزها VDOP.

– معامل الدقة ثلاثیة الأبعاد وترميزها PDOP.

– معامل الدقة الھندسیة (رباعیة الأبعاد) وترميزها GDOP.

– معامل الدقة الزمنیة وترميزها TDOP.

یمكن حساب الدقة المتوقعة لتحدید المواقع بالجي بي أس من المعادلة:

A_p = DOP x A_m

حیث A_p تعبر عن دقة الموقع و A_m تعبر عن دقة القیاس.