الحساب الدقيق GPS

تحسين دقة مدارات الأقمار الصناعية في حسابات الجي بي إس

تعد الهيئة الدولية لنظم تحديد المواقع International Global Navigation Satellite Systems Service المعروفة اختصارا باسم IGS من أهم الجهات الدولية المتخصصة في تقنية الجي بي إس. كان الاسم القديم للهيئة هو International GPS Service حيث كان هدفها الرئيسي تقديم منتجات تتعلق بتقنية الجي بي إس فقط ، ثم تغير اسم الهيئة (مع الاحتفاظ بنفس الاسم المختصر IGS ) بعد أن بدأت تقديم خدمات تتعلق بتقنية الجلوناس الروسية أيضا، ومن الممكن أن تمتد خدماتها إلي تقنية جاليليو الأوروبية عند اكتمالها.
الصفحة الرئيسية:
http://igscb.jpl.nasa.gov/

تتعدد منتجات IGS لتشمل:
1. تصحيح مدارات الأقمار الصناعية لتقنية GPS الأمريكية
2. تصحيح مدارات الأقمار الصناعية لتقنية GLONASS الروسية
3. تصحيح أخطاء ساعة القمر الصناعي لتقنية GPS
4. تصحيح أخطاء ساعة جهاز الاستقبال GPS عند كل محطة من المحطات الأرضية لشبكة IGS
5. الإحداثيات الدقيقة Positions لكل محطة من المحطات الأرضية لشبكة IGS
6. سرعة تحرك القشرة الأرضية Velocities عند كل محطة من المحطات الأرضية لشبكة IGS
7. عناصر دوران الأرض حول محورها Earth Rotation Parameters
8. عناصر تصحيح أخطاء الغلاف الجوي Atmospheric Parameters لكلا طبقتي الايونوسفير و التروبوسفير

أنظر الرابط التالي لمزيد من المعلومات:
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html

ويتم الحصول علي هذه المنتجات من خلال شبكة ضخمة من المحطات الأرضية الموزعة حول العالم (حوالي 300 محطة) يوجد في كلا منها جهاز استقبال GPS عالي الدقة يرصد جميع الأقمار الصناعية طوال 24 ساعة يوميا. ويتم إرسال أرصاد كل المحطات إلي مراكز التشغيل Processing Centers المتعاونة مع الهيئة لتحليل كل هذه القياسات من خلال برامج Scientific Processing Software عالية الدقة و الكفاءة تعمل علي أجهزة سوبر كمبيوترات ذات مواصفات تقنية عالية. ويتم التواصل و التعاون بين جميع مراكز التشغيل للتأكد من نتائج كل مركز مع المراكز الأخرى حتي يمكن التوصل إلي دقة عاليه للمنتجات عالية الذكر قبل نشرها لجميع المستخدمين مجانا علي موقع الهيئة علي الانترنت.

وسنتحدث – هنا – فقط عن المنتج الأول و كيفية الحصول عليه.

تصحيح مدارات الأقمار الصناعية لتقنية GPS

من المعلوم أن معلومات مدار القمر الصناعي التي يبثها كل قمر من أقمار الجي بي إس تعد أفضل معلومات عن المدار المتوقع للقمر الصناعي. هذه المعلومات مهمة جدا لمستخدم الجي بي إس حيث أنه يعتبرها معلومات أو إحداثيات دقيقة لموقع القمر الصناعي ويعتمد عليها في حساب موقع أو إحداثيات جهاز الاستقبال ذاته. لكن الوضع في الفضاء غير مثالي ومن الممكن حدوث أي عوائق تمنع القمر الصناعي من الدوران في مداره المحدد بكل دقة. يمكن اعتبار أن قيمة الخطأ في مدار القمر الصناعي يبلغ حوالي 160 سنتيمتر (أي المدار الذي يرسله القمر الصناعي لحظيا داخل إشاراته). ومن هنا جاءت الحاجة لحساب مدار أكثر دقة لكل قمر صناعي قبل استخدامه في حساب موقع جهاز الاستقبال. تقوم هيئة IGS بحساب و نشر عدة أنواع من مدارات الأقمار الصناعية GPS تختلف في دقتها و أيضا موعد إتاحتها للمستخدمين علي الانترنت. وفي مجال التطبيقات الهندسية – وخاصة المساحية – التي تتطلب دقة عالية فأننا نعتمد علي أدق نوع من أنواع المدارات وهو المعروف باسم Precise Orbits حتي لو انتظرنا أسبوعين – بعد تاريخ الرصد الحقلي – للحصول عليه من IGS. والجدول التالي يقدم مقارنة بين أنواع مدارات الأقمار الصناعية Orbits التي تتيحها هيئة IGS:

نوع المدار Satellite Orbit .....................الدقة................................الاتاحية
المذاع من القمر الصناعي Broadcast..............حوالي 160 سم..............لحظيا Real Time
السريع جدا Ultra Rapid.........................حوالي 10 سم.................بعد 3 ساعات
السريع Rapid.....................................أقل من 5 سم.................بعد 17 ساعة
الدقيق أو النهائي Precise or Final.............أقل من 5 سم.................بعد حوالي 13 يوم

هناك عدة طرق وأيضا عدة مواقع للحصول علي ملفات المدارات الدقيقة (وكل منتجات هيئة IGS) للأقمار الصناعية GPS وسنتناول منهم احدي الطرق. ويجب ملاحظة أن بعض البرامج التجارية لحسابات الجي بي إس Commercial GPS Data Processing Software – علي سبيل المثال برامج شركة ليكا و شركة ترمبل - بها إمكانيات التحميل المباشر للملفات من داخل البرنامج ، أي لا تحتاج إتباع الخطوات التالية.

التحميل من موقع وكالة الفضاء الأمريكية "ناسا":
باستخدام بروتوكول نقل الملفات عبر الانترنت ftp (بروتوكول مختلف عن نوع http العادي لتصفح الانترنت ، ويجب أن يكون برنامج الانترنت علي جهاز الكمبيوتر يسمح بالتعامل مع هذا البروتوكول وأيضا أن يسمح خادم الانترنت بذلك ، حيث أن بعض الجهات الحكومية – أحيانا – تمنع التعامل مع ftp ) أدخل علي الموقع:
ftp://igscb.jpl.nasa.gov/pub/product/

ستجد مجموعة كبيرة من المجلدات " كل مجلد يحوي ملفات أسبوع معين. مثال: بالضغط علي مجلد 1500
ftp://igscb.jpl.nasa.gov/pub/product/1500/
بالضغط علي المفتاح الأيمن للماوس ستظهر قائمة يمكن اختيار أمر Copy to Folder النسخ لمجلد أو أمر Copy نسخ.

لكن في البداية يجب أن نفهم المصطلحات الموجودة في أسماء الملفات :
أولا:
نوع الملف z (لكل الملفات) = ملف مضغوط
يمكن الحصول علي برنامج لفك الضغط (عن الملفات المضغوطة) من موقع: http://www.gzip.org/ أو استخدام أي برنامج فك الضغط مثل winzip أو winrar .

ثانيا:
نوع الملف sp3 = مدارات الأقمار الصناعية
نوع الملف erp = عناصر دوران الأرض earth rotation parameters
نوع الملف sum = ملف التقرير الملخص summary report
نوع الملف clk وأيضا cls = ملف ساعة القمر clock

ثالثا:
أما مصطلحات بداية اسم كل ملف فهي:
النوع igu في بداية اسم الملف = نوع المدار هو المدار السريع جدا ultra rapid
النوع igr في بداية اسم الملف = نوع المدار هو المدار السريع rapid
النوع igs في بداية اسم الملف = نوع المدار هو المدار الدقيق أو النهائي Precise وهو النوع المطلوب

بالنسبة لنوع sp3 :
يكون اسم الملف مكونا كالآتي:
igswwwwd.sp3.z
حيث:
يدل wwwwعلي رقم الأسبوع لنظام الجي بي إس GPS week
بينما d يدل علي رقم اليوم في هذا الأسبوع day of week وتتراوح قيمته بين الصفر (ليوم الأحد) و 6 (ليوم السبت)

لمزيد من المعلومات أنظر الرابط:
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

أي أننا مطالبون بمعرفة رقم أسبوع الجي بي إس ورقم اليوم المناظرين ليوم الرصد قبل أن نحاول تحميل ملفات المدارات الدقيقة !!

رقم أسبوع الجي بي إس هو النظام الذي بدأ مع إطلاق تقنية الجي بي إس لأسماء ملفات النظام. بدأ هذا التقويم أو العداد من يوم 5 يناير 1980 م وهو بداية أسبوع الجي بي إس رقم 1. ويبدأ كل أسبوع من الساعة 12 منتصف الليل من نهاية يوم السبت وبداية يوم الأحد.

لمعرفة رقم الأسبوع لتقنية الجي بي إس توجد عدة مواقع منهم موقع "تقويم الجي بي إس" من هيئة المساحة الجيوديسية الأمريكية NGS :
http://www.ngs.noaa.gov/CORS/Gpscal.html

الذي يقدم تقويم كامل لعام 2009م ورقم أسبوع الجي بي إس لكل يوم.
أو بالضغط علي يوم معين يظهر لك رقم الأسبوع المناظر له من صفحة:
http://www.rvdi.com/freebies/gpscalendar.html
مثال: بالضغط – في التقويم – علي يوم الاثنين 1 يونيه 2009م نجد المعلومات في أعلي الصفحة مثل:
أي أن رقم الأسبوع سيكون : 1534 ، ورقم اليوم سيكون: 1 ، بحيث أن الرقم الكامل المناظر لهذا اليوم سيكون: 15341 وبالتالي فأن ملف المدار الدقيق المطلوب GPS لهذا اليوم سيكون : igs15341.sp3.z

الآن نعود إلي خطوات تحميل ملفات sp3 من موقع ناسا:

مثال الملف: igs15001.sp3.z حجمه 95 كيلوبايت فقط. ويمكن فك الضغط عنه باستخدام برنامج winzip العادي لينتج لنا ملف أسمه: igs15001,sp3 وحجمه 245 كيلوبايت. وهذا هو الملف الذي سنتعامل معه في أي برنامج حسابات أرصاد الجي بي إس.

الأهم – الآن – و بعد الحصول علي ملف المدار الدقيق sp3 هو كيفية استخدامه أو تطبيقه داخل برنامج حسابات الجي بي إس.

لاحظ أن معظم البرامج تعتمد الوضع الافتراضي default أنها تستخدم المدار المذاع داخل إشارة القمر الصناعي Broadcast Orbits ولا بد من إجبار البرنامج علي التغير إلي استخدام ملفات المدار الدقيق. وبالطبع هذه العملية ستختلف من برنامج لآخر ولكن سنشرح في الجزء التالي أحد الأمثلة.

مثال: برنامج شركة ليكا Lieca Geo Office
[ اختيار البرنامج من شركة ليكا لا يعني أنه الأفضل لكنه هو البرنامج الذي أعتمد أنا بصفة شخصية عليه علي الأقل في الحسابات العادية وليست عالية الدقة]
بعد إنشاء مشروع جديد ، من قائمة Import نختار Precise Ephemeris
ونذهب للمجلد الموجود به ملف sp3 ونختاره
للتأكيد ستظهر رسالة أن تحميل الملف تم بنجاح
لكن الأهم:
في قائمة GPS-Proc
وفي أي مكان في الجزء الأيمن من النافذة نضغط الزر الأيمن للماوس فتظهر قائمة نختار منها Processing Parameters أي عناصر الحساب:
وفي النافذة الجديدة و أمام كلمة نوع المدار Ephemeris لا بد من التغيير من نوع Broadcast (وهو الاختيار الافتراضي للبرنامج) إلي نوع Precise أي المدار الدقيق وذلك لإبلاغ البرنامج أننا نريد استخدام ملف المدار الدقيق أثناء الحسابات:
ثم نكمل الخطوات الحسابية كالمعتاد.

هذا والله أعلي و أعلم.
________________________________

تم رفع ملف الشرح و بالصور في المكتبة الرقمية (0.5 ميجا) في:

http://cid-0259cb4f889eaeb3.skydrive.live.com/self.aspx/Geodesy%20and%20GPS/Dawod%7C_GPS%7C_Orbits%7C_Ar.pdf

_________________
لتحميل أي ملف من المكتبة: أضغط الرابط ثم أضغط أيقونة تنزيل download ثم أختر أمر حفظ save و لا تختر أمر فتح open

السلام عليكم
عاجزيين يا دكتور عن الشكر لهذا الشرح الجميل والمنسق وانا لسعداء بان ننهل من علمكم الغزير وزادكم الله علماً ونفع به المسلمين

هنالك اضافة صغيرة لمستخدمي TGO & TBC
برنامج الTGO
بعد إنشاء مشروع جديد ، من قائمة Import -Survey نختار ( Precise Ephemeris Files (*.sp3 , *.e18
ونذهب للمجلد الموجود به ملف sp3 ونختاره
اما لتغيير Ephemeris نذهب الي قائمةsurvey -GPS processing styles ومن صندوق الحوار نكون استايل جديد ثم نغير ال ephemeris من Broadcast الي Precise


برنامج ال TBC
الجميل في هذا البرنامج انه يحمل ملفات ال(Precise orbits ) من الانترنت مباشرة وذلك من ايكونة Internet Download الموجودة في شريط القوائم الاساسي
اما لتغيير Ephemeris نذهب الي Project - Project Settings - Baseline Processing - General ثم نغير ال ephemeris من Broadcast الي Precise

شكرا دجمعة علي هذا الموضوع القيم ومزيد من الابداع

وشكرا اخي قاسم علي الاضافة

باراك الله فيكم

* شكرا لجهود الكل

و لكن حتى برمجية LGO تستطيع تحميل (Precise data) من الانترنت مباشرة و هناك ايضا عدة خيارات لنوع البيانات المراد تحميلها و ذلك بإختيار اسم النقطة الموجودة في قاعدة بيانات البرنامج او عن طريق تشكيل قاعدة بيانات خاصة بك.

السلام عليكم دكتور جمعه حضرتك انا مش عارف انزل اى كتاب من على موقع .skydrive وكل ماجى انزل كتاب ولا حاجه بتاتى تلك الرساله This item might not exist or is no longer available ارجو المساعده جزاكم الله خيرا

اشرف عبده على عبدربه كتب:السلام عليكم دكتور جمعه حضرتك انا مش عارف انزل اى كتاب من على موقع .skydrive وكل ماجى انزل كتاب ولا حاجه بتاتى تلك الرساله This item might not exist or is no longer available ارجو المساعده جزاكم الله خيرا

السلام عليكم
انظر موضوع المكتبة الرقمية الجديدة للمنتدي