بقلم الدكتورة هيلينا فوس، كبيرة مهندسي الترددات اللاسلكية في شركة NavShield Global (15 عامًا من الخبرة في مجال حماية أنظمة تحديد الموقع والوقت (PNT) وتصميم أجهزة الاستقبال متعددة الأقمار الصناعية). تمت المراجعة الفنية من قبل فريق الترددات اللاسلكية في NavShield.

عندما يقول الناس “GPS”، فإنهم عادةً ما يقصدون نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية بشكل عام. وفي الواقع، توجد عدة مجموعات من الأقمار الصناعية العالمية، ويصبح الفرق بينها مهمًا بمجرد تحديد جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي (GNSS) أو أ هوائي CRPA المضاد للتشويش. تشمل هذه المقارنة الأنظمة العالمية الثلاثة الرئيسية — نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) (الولايات المتحدة)، ونظام غلوناس (GLONASS) (روسيا)، ونظام غاليليو (Galileo) (الاتحاد الأوروبي) — وتشرح سبب جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي (GNSS) متعدد الأقمار الصناعية هو الإعداد الافتراضي المرن.

ما هو نظام GNSS؟

نظام الملاحة العالمي (GNSS) (النظام العالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعية) هو مصطلح شامل يشير إلى كل مجموعة من الأقمار الصناعية المخصصة للملاحة. أ جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي (GNSS) الذي يتتبع عدة مجموعات من الأقمار الصناعية، فيتمكن من رصد عدد أكبر من الأقمار الصناعية في آن واحد، مما يؤدي بشكل مباشر إلى تحسين الدقة، وتوافر الخدمة، ومقاومة التداخل. وتبث الأنظمة الثلاثة المذكورة أدناه إشارات مدنية مجانية ومفتوحة إلى جانب رموز عسكرية محظورة.

GPS — النسخة الأصلية (الولايات المتحدة)

الميدان	القيمة
المشغل	القوة الفضائية الأمريكية
النطاقات المدنية	L1 C/A، L2C، L5
الحالة	ناضجة، ومتاحة عالميًا
الأفضل لـ	الخط الأساسي الشامل

المصدر: برنامج تحديث نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الأمريكي. الإشارة المدنية L1 C/A هي الإشارة الأساسية التي يستخدمها معظم أجهزة الاستقبال تقريبًا؛ أما L5 فهي الإشارة المخصصة لسلامة الأرواح والمُعتمدة في مجال الطيران.

GLONASS — النظام الروسي

الميدان	القيمة
المشغل	روسكوزموس
الفرق الموسيقية	G1، G2 (FDMA)، L3 CDMA
التغطية	قوية في خطوط العرض الشمالية العالية
ملاحظة	أدت الأقمار الصناعية الحديثة من نوع «جلوناس-كي» إلى تحسين الدقة

المصدر: ISS ريشيتنيف / غلوناس. كان نظام «جلوناس» التقليدي يستخدم تقنية توزيع القنوات بتقنية FDMA في القنوات G1 وG2؛ أما الأقمار الصناعية الأحدث من طراز «جلوناس-K» فتضيف إشارة L3 بتقنية CDMA التي تتعقبها أجهزة الاستقبال الحديثة.

غاليليو — النظام الأوروبي

الميدان	القيمة
المشغل	الاتحاد الأوروبي / وكالة الفضاء الأوروبية
الفرق الموسيقية	E1، E5a، E5b، E6
القوة	رسالة تفيد بدقة معلنة عالية وسلامة البيانات
الأفضل لـ	الاستخدام المدني عالي الدقة

المصدر: مواصفات إشارة القمر الصناعي غاليليو (GSA). ينقل جهاز E6 من «غاليليو» خدمات تجارية وخدمات معتمدة، كما أن رسالة «سلامة الخدمة المفتوحة» (Open Service Integrity) التي يرسلها تنبه المستقبلين إلى أخطاء الإشارة.

نظرة عامة على نظام GPS مقابل نظام GLONASS مقابل نظام Galileo

النظام	المشغل	النطاقات الرئيسية	الأفضل لـ
GPS	الولايات المتحدة الأمريكية	المستوى السفلي / المستوى العلوي / المستوى الخامس	الخط الأساسي الشامل
جلوناس	روسيا	الصف الأول / الصف الثاني / الصف الثالث	خطوط العرض الشمالية
غاليليو	الاتحاد الأوروبي	الشرق / الشرق / الشرق	أعمال مدنية عالية الدقة

الإشارات العادية مقابل الإشارات المشفرة

تُرسل كل مجموعة من الأقمار الصناعية طبقتين. الإشارة المدنية المفتوحة متاحة مجانًا لأي شخص جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي (GNSS) للاستخدام؛ أما الطبقة العسكرية المشفرة فهي مقيدة الاستخدام. ونظرًا لأن الطبقات المفتوحة تشترك في النطاق L وتتداخل في التردد — حيث تقع كل من GPS L1 وGalileo E1 وBeiDou B1C بالقرب من 1575 ميجاهرتز — فإن هوائيًّا واحدًا يمكنه خدمة جميع هذه الأنظمة، وهو ما يجعل تصميمات الأنظمة متعددة الأقمار الصناعية عملية.

الدقة والتوافر

عادةً ما تكون دقة تحديد الموقع باستخدام نظام GPS بمفرده في حدود بضعة أمتار. وتؤدي إضافة الترددات المزدوجة E5a/E5b لنظام «غاليليو» ونظام «غلوناس» إلى توسيع نطاق التوزيع الهندسي للأقمار الصناعية، مما يعزز أداء نظام مصمم جيدًا جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي (GNSS) متعدد الأقمار الصناعية من أجل تحقيق دقة تقل عن المتر والحفاظ على تحديد الموقع حتى عندما تحجب المباني أو التضاريس إحدى مجموعات الأقمار الصناعية. وفي «الوادي الحضري»، حيث تعكس ناطحات السحاب الإشارات وتضعفها، غالبًا ما يكون هذا العدد الإضافي من الأقمار الصناعية هو الفارق بين تحديد موقع مستقر وانحراف في الموقع.

ماذا يعني ذلك للمشترين؟

إذا كانت عمليتك تعمل بالقرب من مصادر التداخل أو في بيئة ترددات لاسلكية متنافسة، فاستخدم بشكل افتراضي جهاز استقبال يتتبع المجموعات الثلاث جميعها بدلاً من نظام GPS وحده. فالأقمار الصناعية الإضافية تحافظ على إمكانية حل معادلة الملاحة عندما يتم حجب أحد الأنظمة، كما أنها تجبر أي جهاز تشويش على تغطية نطاق ترددي أوسع بكثير. أما بالنسبة للمنصات التي يكون تحديد الموقع فيها أمرًا بالغ الأهمية للسلامة، فيجب دمج جهاز الاستقبال هذا مع هوائي إبطال التداخل بحيث يتم رفض التداخل في المرحلة الأولية بدلاً من معالجته برمجيًا بعد أن تكون الإشارة قد اختفت بالفعل.

لماذا يقاوم جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي (GNSS) متعدد الأقمار الاصطناعية التشويش؟

A جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي (GNSS) متعدد الأقمار الصناعية توزع الطاقة التي تتعقبها على العديد من النطاقات والأقمار الصناعية. قد يلتقط جهاز استقبال GPS L1 واحد ما بين 8 إلى 12 قمراً صناعياً؛ وبإضافة أنظمة «جلوناس» و«غاليليو»، يمكن أن يتجاوز هذا العدد 30 قمراً، لذا حتى لو أدى التشويش إلى إزالة بعضها، تظل معادلة الملاحة قابلة للحل. كما يتعين على جهاز التشويش أن يغطي نطاقاً ترددياً أوسع بكثير ليشمل كل النطاقات — مما يرفع التكلفة التي يتحملها المهاجم. وترد تفاصيل الحسابات المتعلقة بالنطاقات الكامنة وراء هذا التوزيع في دليل نطاقات ترددات GNSS, ، ويتم شرح آلية الإبطال التي تحمي تلك النطاقات في كيفية عمل نظام منع التشويش في نظام GNSS.

خلاصة القول

لا تكفي أي مجموعة أقمار صناعية بمفردها للعمليات المعرضة للتداخل. إن جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي (GNSS) متعدد الأقمار الصناعية — نظام GPS بالإضافة إلى GLONASS بالإضافة إلى Galileo — يمثل الحد الأدنى المطلوب، أما الهوائي الذي يعمل على إبطال التداخل عبر تلك النطاقات فهو التحديث المطلوب. راجع صفحة تقنية NavShield للاطلاع على طريقة التنفيذ.

بيان شفافية الذكاء الاصطناعي: تمت صياغة هذه المقالة بمساعدة الكتابة بالذكاء الاصطناعي لتسريع عملية التنظيم وتحسين قابلية القراءة، ثم تمت مراجعتها تقنيًّا وتصحيحها من قِبل الدكتورة هيلينا فوس وفريق هندسة الترددات اللاسلكية في NavShield. جميع بيانات المجموعات مستمدة من المصادر الرسمية المرتبطة أعلاه.