جهاز الملاحة عبر الأقمار الصناعية

تُدمج أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التقليدية إشارات GPS المُستقبلة لنفس مدة دورة رمز C/A الكاملة ، وهي 1  مللي ثانية. ينتج عن ذلك القدرة على التقاط الإشارات وتتبعها حتى  مستوى -160 ديسيبل واط تقريبًا. أما أجهزة استقبال GPS عالية الحساسية، فتستطيع دمج الإشارات الواردة لمدة تصل إلى 1000 ضعف هذه المدة، وبالتالي التقاط إشارات أضعف منها بـ 1000 مرة، مما يُحقق كسبًا في الدمج يصل إلى 30  ديسيبل. يستطيع جهاز استقبال GPS عالي الحساسية التقاط إشارات تصل إلى -185  ديسيبل واط، ويمكن مواصلة التتبع حتى مستويات تقارب -190  ديسيبل واط.

يُمكن لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) عالي الحساسية تحديد المواقع في العديد من الأماكن الداخلية ، ولكن ليس جميعها . إذ تتعرض الإشارات إما لتوهين كبير بفعل مواد البناء أو للانعكاس كما في ظاهرة تعدد المسارات . ونظرًا لأن أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) عالية الحساسية قد تكون أكثر حساسية بما يصل إلى 30 ديسيبل ، فإن هذا يكفي لتتبع الموقع عبر ثلاث طبقات من الطوب الجاف، أو ما يصل إلى 20 سم (8 بوصات) من الخرسانة المسلحة بالفولاذ، على سبيل المثال. ومن أمثلة رقائق الاستقبال عالية الحساسية رقاقة SiRFstarIII ورقاقة MTK II من شركة MediaTek . ^{[ 16 ]}    

يتتبع جهاز استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التسلسلي الأقمار الصناعية اللازمة باستخدام قناة أو قناتين من قنوات الجهاز. ^{[ 17 ]} يتتبع الجهاز قمرًا صناعيًا واحدًا في كل مرة، ويضيف علامات زمنية للقياسات، ثم يجمعها عند قياس المسافات الزائفة للأقمار الصناعية الأربعة. تُعد هذه الأجهزة من بين الأقل تكلفةً، لكنها لا تعمل بكفاءة في ظروف ديناميكية عالية، وتتميز بأبطأ أداء من حيث زمن تحديد الموقع الأولي (TTFF) .

تتفاوت الأجهزة المخصصة في درجة سهولة التنقل. فالأجهزة المحمولة ، أو المخصصة للاستخدام الخارجي ، أو الرياضية ، مزودة ببطاريات قابلة للاستبدال تدوم لعدة ساعات، مما يجعلها مناسبة للمشي لمسافات طويلة ، وجولات الدراجات ، وغيرها من الأنشطة التي تتطلب التواجد بعيدًا عن مصادر الطاقة الكهربائية. تتميز هذه الأجهزة بتصميم مريح ، وشاشات صغيرة، وبعضها لا يعرض الألوان، جزئيًا لتوفير الطاقة. كما تستخدم بعضها شاشات عرض بلورية سائلة عاكسة ، مما يسمح باستخدامها تحت أشعة الشمس الساطعة. وتتميز هياكلها بالمتانة، وبعضها مقاوم للماء.

تُصمَّم أجهزة الاستقبال الأخرى، والتي تُسمى غالبًا بالأجهزة المحمولة، للاستخدام في السيارة بشكل أساسي، ولكنها مزودة ببطارية داخلية صغيرة قابلة لإعادة الشحن تُمكنها من العمل لمدة ساعة أو ساعتين بعيدًا عن السيارة. أما الأجهزة الخاصة بالاستخدام في السيارة، فقد تكون مثبتة بشكل دائم وتعتمد كليًا على النظام الكهربائي للسيارة. ويحتوي العديد منها على شاشات تعمل باللمس كوسيلة إدخال. ويمكن تخزين الخرائط على بطاقة ذاكرة . كما توفر بعضها وظائف إضافية مثل مشغل موسيقى بسيط ، وعارض صور ، ومشغل فيديو . ^{[ 18 ]}

لم تكن البرامج المدمجة المثبتة مسبقًا لأجهزة الاستقبال المبكرة تعرض الخرائط؛ أما أجهزة القرن الحادي والعشرين فتعرض عادةً خرائط شوارع تفاعلية (لمناطق معينة) والتي قد تعرض أيضًا نقاط الاهتمام ومعلومات الطريق وتوجيهات التوجيه خطوة بخطوة، وغالبًا ما تكون في شكل منطوق مع ميزة تسمى " تحويل النص إلى كلام ".

تشمل الشركات المصنعة ما يلي:

• منتجات نافمان
• منتجات توم توم
• منتجات جارمن
• منتجات ميو
• منتجات نافيجون
• منتجات ماجلان للملاحة الاستهلاكية
• شركة ساتماب سيستمز المحدودة
• منتجات التليتايب

تتضمن معظم الهواتف الذكية الآن أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS ) ^{[ 19 ]} . وقد حفز هذا التوجه كل من طلب المستهلكين ومقدمي الخدمات. يوجد حاليًا العديد من تطبيقات الهواتف التي تعتمد على خدمات تحديد المواقع، مثل تطبيقات الملاحة، بالإضافة إلى فرص تجارية متعددة، كالإعلانات المحلية. في بدايات تطويرها، كان الوصول إلى خدمات تحديد مواقع المستخدمين مدفوعًا بخدمات الطوارئ الأوروبية والأمريكية للمساعدة في تحديد مواقع المتصلين. ^{[ 20 ]}

تُقدّم جميع أنظمة تشغيل الهواتف الذكية خدمات خرائط وملاحة مجانية تتطلب اتصالاً بالإنترنت؛ بعضها يسمح بشراء الخرائط مسبقًا وتنزيلها، لكن الطلب على هذه الخدمة آخذ في التضاؤل ​​نظرًا لإمكانية تخزين الخرائط التي تعتمد على اتصال الإنترنت مؤقتًا. تتوفر العديد من تطبيقات الملاحة، ويتم إصدار نسخ جديدة منها باستمرار. من أبرز هذه التطبيقات: خرائط جوجل للملاحة ، وخرائط أبل ، وويز ، والتي تتطلب اتصالاً بالإنترنت، بالإضافة إلى iGo لنظام أندرويد، وMaverick، و HERE لنظام ويندوز فون، والتي تستخدم الخرائط المخزنة مؤقتًا وتعمل بدون اتصال بالإنترنت. وبالتالي، يُمكن اعتبار أي هاتف ذكي تقريبًا مساعدًا شخصيًا للملاحة .

تجاوز استخدام الهواتف المحمولة كأجهزة ملاحة استخدام أجهزة نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) المستقلة. ففي عام 2009، وجدت شركة التحليلات المستقلة "بيرغ إنسايت" أن عدد الهواتف المحمولة المزودة بتقنية GNSS والتي تعمل بنظامي GSM/WCDMA في الولايات المتحدة الأمريكية وحدها بلغ 150 مليون وحدة، ^{[ 21 ]} مقابل بيع 40 مليون جهاز استقبال GNSS مستقل فقط. ^{[ 22 ]}

يستخدم نظام تحديد المواقع العالمي المُعزز (A-GPS) مزيجًا من بيانات الأقمار الصناعية وبيانات أبراج الاتصالات لتقليل وقت تحديد الموقع الأولي ، والحد من الحاجة إلى تنزيل بيانات الأقمار الصناعية بشكل دوري، والمساعدة في تحديد الموقع بدقة عند تداخل إشارات الأقمار الصناعية بسبب قرب المباني الكبيرة. قد تنخفض دقة تحديد الموقع للهاتف الذي يستخدم نظام A-GPS عند الخروج من نطاق تغطية برج الاتصالات. يمكن للهواتف المزودة بنظام تحديد مواقع هجين قائم على A-GPS الحفاظ على دقة الموقع عند ضعف إشارات GPS، وذلك باستخدام تقنية التثليث عبر أبراج الاتصالات ومواقع نقاط اتصال Wi-Fi. تقوم معظم الهواتف الذكية بتنزيل بيانات الأقمار الصناعية عند الاتصال بالإنترنت لتسريع عملية تحديد الموقع عبر GPS عند الخروج من نطاق تغطية برج الاتصالات. ^{[ 23 ]}

قد لا تزال بعض الهواتف القديمة التي تدعم Java والتي تفتقر إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المدمج تستخدم أجهزة استقبال GPS خارجية عبر اتصالات تسلسلية أو بلوتوث ، ولكن الحاجة إلى ذلك نادرة الآن.

من خلال ربط الهاتف بجهاز كمبيوتر محمول ، يمكن لبعض الهواتف توفير خدمات تحديد الموقع الجغرافي للكمبيوتر المحمول أيضًا. ^{[ 24 ]}

أتاحت شركات البرمجيات برامج ملاحة GPS للاستخدام داخل المركبات على أجهزة الكمبيوتر المحمولة. ^{[ 25 ]} تشمل مزايا نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على الكمبيوتر المحمول عرضًا أوسع للخريطة، وإمكانية استخدام لوحة المفاتيح للتحكم في وظائف نظام تحديد المواقع، كما توفر بعض برامج GPS لأجهزة الكمبيوتر المحمولة ميزات متقدمة لتخطيط الرحلات غير متوفرة على منصات أخرى، مثل التوقفات في منتصف الطريق، وإمكانية إيجاد طرق بديلة ذات مناظر خلابة، بالإضافة إلى خيار الطريق السريع فقط.

يمكن تزويد أجهزة بالم ^{[ 26 ]} وأجهزة الكمبيوتر الكفية بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS). ^{[ 27 ]} ويختلف الكمبيوتر الكفي عن جهاز الملاحة المخصص في أنه يحتوي على نظام تشغيل خاص به ويمكنه أيضًا تشغيل تطبيقات أخرى.

تتطلب بعض أجهزة تحديد المواقع العالمية (GPS) الاتصال بجهاز كمبيوتر لكي تعمل. قد يكون هذا الكمبيوتر منزليًا ، أو محمولًا ، أو جهازًا مساعدًا رقميًا شخصيًا (PDA) ، أو كاميرا رقمية ، أو هاتفًا ذكيًا . وبحسب نوع الكمبيوتر والمنافذ المتاحة، يمكن إجراء الاتصالات عبر كابل تسلسلي أو USB ، بالإضافة إلى تقنية البلوتوث ، وبطاقات الذاكرة CompactFlash و SD و PCMCIA ، وبطاقة ExpressCard الأحدث . ^{[ 28 ]} كما تتضمن بعض وحدات تحديد المواقع العالمية (GPS) التي تعمل بتقنية PCMCIA/ExpressCard مودمًا لاسلكيًا . ^{[ 29 ]}

لا تأتي الأجهزة عادةً مزودةً ببرامج ملاحة GPS مثبتة مسبقًا ، لذا، بعد الشراء، يتعين على المستخدم تثبيت البرنامج أو كتابته بنفسه. وبما أن المستخدم يستطيع اختيار البرنامج الذي يناسبه، فإنه يستطيع اختيار ما يناسبه بشكل أفضل. من الشائع جدًا أن يأتي جهاز استقبال GPS الخاص بالكمبيوتر مزودًا بمجموعة برامج ملاحة. كما أن وحدات البرامج أرخص بكثير من الأنظمة المستقلة الكاملة (حوالي 50 إلى 100 يورو ). قد يتضمن البرنامج خرائط لمنطقة معينة فقط، أو للعالم بأسره، في حال استخدام برامج مثل خرائط جوجل.

قام بعض الهواة أيضاً بتصنيع أجهزة ملاحة عبر الأقمار الصناعية ونشروا مخططاتها كمصدر مفتوح. ومن الأمثلة على ذلك وحدات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من شركة إليكتور. ^{[ 30 ] [ 31 ]} تعتمد هذه الوحدات على شريحة SiRFstarIII وتُضاهي نظيراتها التجارية. كما تتوفر شرائح أخرى وتطبيقات برمجية. ^{[ 32 ]}

يستمد نظام الملاحة في السيارات موقعه من نظام GNSS، وقد يقدم الخدمات التالية، وذلك حسب البرنامج المثبت:

• رسم الخرائط، بما في ذلك خرائط الشوارع، سواء كانت نصية أو بصيغة رسومية،
• توجيهات الملاحة خطوة بخطوة عبر النص أو الصوت،
• توجيهات تُرسل مباشرة إلى سيارة ذاتية القيادة ،
• خرائط الازدحام المروري، والبيانات التاريخية أو الآنية، والاتجاهات البديلة المقترحة،
• معلومات عن المرافق القريبة مثل المطاعم ومحطات الوقود والمعالم السياحية،
• طرق بديلة.

تتيح التقنيات الحديثة دمج كاميرات مراقبة السيارات المزودة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ^{[ 33 ]} لتسجيل موقع السيارة وسرعتها بدقة. وتُعد هذه المعلومات بالغة الأهمية لتقديم مطالبات التأمين والطعن في مخالفات المرور غير العادلة. ^{[ 34 ]}

يستخدم الطيارون نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية لتحسين الملاحة وتعزيز السلامة وكفاءة الرحلات. وهذا يُمكّن الطيارين من الاستغناء عن أجهزة الملاحة الأرضية، ويُتيح مسارات أكثر كفاءة، ويوفر الملاحة إلى المطارات التي تفتقر إلى معدات الملاحة والمراقبة الأرضية. تتوفر الآن بعض وحدات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التي تُتيح للطيارين رؤية أوضح في المناطق التي تُعزز فيها إشارات الأقمار الصناعية، مما يُمكّنهم من الهبوط الآمن في ظروف الرؤية الضعيفة. وقد طُورت إشارتان جديدتان لنظام GPS، الأولى للمساعدة في الظروف الجوية الحرجة، والأخرى لتعزيز موثوقية نظام GPS كخدمة ملاحة. وقد جعلت العديد من خدمات الطيران استخدام نظام GPS خدمةً إلزامية. ^{[ 35 ]} تشمل تطبيقات الطيران التجاري أجهزة GNSS التي تحسب الموقع وتُرسل هذه المعلومات إلى أجهزة كمبيوتر ملاحة كبيرة متعددة المدخلات لتشغيل الطيار الآلي ، وعرض معلومات المسار وتصحيحه للطيارين، بالإضافة إلى أجهزة تتبع وتسجيل المسار.

تشمل التطبيقات العسكرية أجهزةً مشابهةً لمنتجات الرياضة الاستهلاكية، مُخصصةً للجنود المشاة (القادة والجنود النظاميين)، والمركبات الصغيرة والسفن، وأجهزةً مشابهةً لتطبيقات الطيران التجاري للطائرات والصواريخ. ومن الأمثلة على ذلك المساعد الرقمي للقائد والمساعد الرقمي للجندي في الجيش الأمريكي . ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]} قبل مايو 2000، كان الجيش وحده هو من يمتلك دقة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الكاملة. كانت الأجهزة الاستهلاكية مقيدة بنظام التوافر الانتقائي (SA)، الذي كان من المقرر التخلص منه تدريجيًا، لكن الرئيس كلينتون ألغى هذا النظام فجأةً. ^{[ 40 ] يُعد} نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي (DGPS) طريقةً لإلغاء خطأ التوافر الانتقائي وتحسين دقة نظام تحديد المواقع العالمي، وهو مُتاحٌ بشكلٍ روتيني في التطبيقات التجارية، مثل عربات الغولف. ^{[ 41 ]} تقتصر دقة نظام تحديد المواقع العالمي على حوالي 15 مترًا حتى بدون التوافر الانتقائي، بينما يمكن أن تصل دقة نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي إلى بضعة سنتيمترات. ^{[ 42 ]}

قد تتعرض خصوصية المستخدم للخطر إذا قامت الأجهزة المحمولة المزودة بنظام ملاحة عبر الأقمار الصناعية، كالهواتف المحمولة، بتحميل بيانات الموقع الجغرافي للمستخدم من خلال البرامج المثبتة عليها. يُعد الموقع الجغرافي للمستخدم حاليًا أساسًا لتطبيقات الملاحة مثل خرائط جوجل، والإعلانات القائمة على الموقع ، والتي يمكنها الترويج للمتاجر القريبة، وقد تسمح لوكالات الإعلان بتتبع تحركات المستخدم وعاداته لاستخدامها لاحقًا. تختلف الهيئات التنظيمية بين الدول فيما يتعلق بتصنيف بيانات الموقع الجغرافي، سواء كانت بيانات سرية أم لا. لا يجوز تخزين البيانات السرية أو استخدامها بأي شكل من الأشكال دون موافقة المستخدم. ^{[ 49 ]}

تتيح أنظمة تتبع المركبات لأصحاب العمل معرفة مواقع موظفيهم، مما يثير تساؤلات حول انتهاك خصوصية الموظفين. وقد سُجلت حالات استمر فيها أصحاب العمل بجمع بيانات الموقع الجغرافي حتى عندما كان الموظف خارج أوقات العمل وفي أوقات فراغه. ^{[ 50 ]}

قد تستخدم شركات تأجير السيارات الأسلوب نفسه لتحديد نطاق جغرافي لعملائها يقتصر على المناطق التي دفعوا ثمنها، مع فرض رسوم إضافية على المخالفات. ^{[ 51 ]} في عام 2010، رفع اتحاد الحريات المدنية في نيويورك دعوى قضائية ضد وزارة العمل لفصلها مايكل كانينغهام بعد تتبع أنشطته اليومية ومواقعه باستخدام جهاز ملاحة مثبت في سيارته. ^{[ 52 ]} يستخدم المحققون الخاصون أجهزة تحديد المواقع (GPS) المزروعة لتزويد عملائهم بمعلومات حول تحركات الهدف.