خلال حرب عاصفة الصحراء عام 1991م فوجئت قوات التحالف بسقوط قذائف ونيران عليها مصدرها قوات صديقة ضلت طريقها في الصحراء العراقية، مما أدى إلى تزايد ضحايا قوات التحالف، فما كان من وزارة الدفاع الأمريكية إلا أن عمَّمت استخدام أجهزة استقبال GPS أو النظام العالمي لتحديد المواقع (Global Positioning System (GPS على جميع وحدات، وأفراد الجيش الأمريكي ؛ وذلك لتفادي الوقوع في تلك الأخطاء الفادحة الناتجة عن الجهل بالمواقع، والأهداف، وقد بدأ استخدام هذا النظام في الأغراض العسكرية، إلا أنه تطور، وانتشر في العديد من المجالات بعد ذلك نظرًا لأهمية وظيفته ودقته البالغة.

استخدامات نظام التتبع
ففي المجال العسكري تستخدم الطائرات المقاتلة وقاذفات القنابل الـ(GPS) في تحديد أهدافها كما يوجد كعنصر أساسي في وحدات التوجيه على متن الصواريخ بعيدة المدى، وكذلك الأسلحة الذكية، والغواصات، والسفن الحربية، والدبابات، والعربات العسكرية، والمشاة حيث يحدد مصادر النيران، ومواقع العدو، وموقع من يستخدمه.

وفي المجال المدني نجد للنظام تطبيقات عديدة، ففي الملاحة الجوية تستخدمه الطائرات لتحديد الطرق الجوية، ومناطق الاقتراب من المطار، وعملية الهبوط الآلي على الممرات. ويستخدم في المطارات ذوات الأجواء الضبابية، والرؤى المنعدمة، وتم اعتماده بشكل كلي في المطارات الأمريكية للدقة العالية، وتفاديًا للأخطاء البشرية. كما أفاد شركات الطيران؛ إذ وفر لها كثيرًا من نفقات التشغيل لرحلاتها الجوية إذ يعطي أقصر الطرق الجوية لمطارات الوصول، ويستخدم في حالات التصوير والمسح الجويين، والرش الجوي للزراعات. أما في المجال البحري فيستدل على أماكن السفن المفقودة في البحار، وتقوم شركات النقل البحري بمتابعة حركة سفنها، ومساراتها في البحار، وفي قوارب النزهات أيضًا. كما تستخدمه شركات النقل، والشحن لتتبع سياراتها، وتوجيهها إذ إنه في اليابان يوجد 500.000 سيارة بكل منها جهاز GPS يساعد على تحديد مواقعها، واتجاهات سيرها.

كما يستخدم في تخطيط، ورسم الخرائط، ومسح الأراضي، ولكل منها GPS خاص حسب نوعية التطبيق المستخدم. كما تستفيد منه شركات الاتصالات اللاسلكية في عمل التزامن بين محطات الشبكة الرقمية الأرضية والأقمار الصناعية.

ظهور النظام
ظهر (GPS) كفكرة بعد أن أطلق الروس القمر الصناعي Sputnik للفضاء عام 1957م، وقد استخدموا الإزاحة الترددية أو ما يعرف بإزاحة دوبلر في التحكم في القمر ومتابعته (ومفهومها ببساطة: حين ترسل موجة تردد معين على جسم ثابت؛ فالإشارة المرتدَّة كصدى تكون بنفس التردد، أما إذا أرسلت الموجة، وتردد معين على هدف متحرك كالأقمار الصناعية؛ فإنها تستقبل كصدى، لكن بتردد مختلف عن تردد الإرسال، وهذه هي الإزاحة الترددية أو إزاحة دوبلر)، وذلك عن طريق الإشارات التي يتم إرسالها، واستقبالها من/ وإلى القمر. وقد استغلت البحرية الأمريكية هذه الفكرة لتحديد مواقع سفنها وغواصاتها، وأنشأت نظام Transit سنة 1964م وأطلقته للفضاء.

ونتيجة للتقدم المذهل في تصنيع الدوائر الإلكترونية المتكاملة Integrated Circuit والحاسبات الآلية في بداية السبعينيات أنشأت وزارة الدفاع الأمريكية نظام Navstar GPS، وأطلقته للفضاء عام 1973م، ويعمل هذا النظام بصورة مستمرة على مدى الأربع والعشرين ساعة، وتحت جميع أحوال الطقس المختلفة ويزوِّد مستخدميه في أي مكان في العالم بمعلومات دقيقة عن مواقعهم، وسرعاتهم، التوقيت الزمني في كل منطقة.

مكونات النظام

ويتكون هذا النظام من جزء فضائي يتكون من أربعة وعشرين قمرًا تدور حول الأرض في ستة مدارات دائرية على ارتفاع 10.900 ميلاً، وبكل مدار أربعة أقمار، ويميل المدار على خط الاستواء بزاوية قدرها خمس وخمسون درجة حتى تغطي مناطق القطبين الشمالي والجنوبي، وتزود الأقمار بالطاقة عن طريق ألواح خلايا شمسية، وبكل قمر أربع ساعات ذرية تعطي زمنًا بالغ الدقة بأجزاء من المليون من الثانية، ويفيد ذلك في حساب المدى بين القمر وجهاز GPS، ويشمل هذا الجزء صواريخ إطلاق الأقمار للفضاء Delta ويتم التحكم في Navstar GPS من محطة التحكم الرئيسة في قاعدة الصقر الجوية بولاية كولورادو، وتتم مراقبة وتتبع الأقمار عن طريق خمس محطات حول العالم في كل من:

كولورادو

·هاواي

جزيرة الإسراء في المحيط الأطلنطي

جزيرة دييجو جارسيا في المحيط الهندي

جزيرة كواجالين جنوب المحيط الهادي

وتقوم تلك المحطات بتجميع بيانات تنبؤية عن مدارات الأقمار، والساعات الذرية، وترسلها إلى محطة التحكم، والتي بدورها ترسلها إلى الأقمار لإرسالها إلى مستخدمي GPS.

وتختلف أجهزة استقبال GPS حسب أوجه تطبيقاتها ودرجات دقتها، فمنها ما يحمل باليد وهو للملاحة، وتتراوح دقته من 30 إلى مائة متر، وهناك نوع من أجهزة الاستقبال الجديدة التي تعرف بالمميزة (Differential GPS) التي تعطي درجة دقة عالية في حال استخدامها للملاحة تتراوح من متر واحد إلى خمسة أمتار، تصل في أجهزة تخطيط ورسم الخرائط إلى أقل من متر واحد، بينما في أجهزة المساحة تصل الدقة إلى مليمترات.

ويعمل GPS بشكل مبسط عن طريق حساب الفرق في زمن إرسال الإشارات من القمر وزمن الاستقبال في GPS، وبمعالجة هذه البيانات تحسب المسافة بين القمر وGPS، وحين يستقبل GPS إشارات من أربعة أقمار؛ فإنه يحدد خطوط الطول، ودوائر العرض، والارتفاع، والزمن بالنسبة لموقعه.

وترسل الأقمار إشاراتها على ترددين من النطاق الترددي (L)، حددهما الاتحاد الدولي للاتصالات International Telecommunications وهما:

التردد الأول 1575.42 ميجا هرتز.

التردد الثاني 1227.6 ميجا هرتز.

ويوفر GPS نوعين من الخدمة:

- خدمة تحديد المواقع الأصلية Standard Positioning Service (SPS)

وتعمل على التردد الأول، وتوفر هذه الخدمة البيانات للمستخدمين دون أي تكلفة.

- أما خدمة تحديد المواقع الدقيقة Precise positioning Service (PPS)

فيصرح بها للجيش الأمريكي وحلفائه، وتستعمل نظام الشفرة السرية، وتعمل على الترددين: الأول، والثاني.

يخضع نظام(GPS) لسياسة مطبقة باستمرار تتحكم في تشغيله والاستفادة منه وتتمثل هذه السياسة فيما يلي:
1 تقييد الاستفادة من النظام
2 منع التقليد او المحاكاة
3 إرسال اشارات تحديد المواقع على مستويين للدقة هما: PPS,SPS0
تقوم سياسة تقييد الإستفادة (S A) على تخفيض درجة الزمن المقاس بالساعة والبيانات الفلكية (المدارية) الواردة من القمر الصناعي، حيث إن الهدف من تطبيق مبدأ تقييد الإستفادة هو إحداث تأثير عكسي على درجة الدقة في تحديد المواقع للأغراض الملاحية navigation وكذلك درجة التحديد للمواقع لأغراض المساحة، ويؤدى ذلك إلى تراجع في دقة تحديد المواقع إلى حد يصل 100 متر (زيادة أو نقصاناً) بينما تكون الدقة بدون هذه الاعاقة في حدود 20 مترآ (زيادة أو نقصانا) هذا فيما يتعلق بتقديرات الدقة الملاحية. أما بالنسبة للتطبيقات المساحية فإن تأثير تقييد الإستفادة يؤدى إلى تغيير طرق العمل وإلى تضييق الوقت المخصص للعمل وبالتالى إلى خفض السرعة والتكلفة.
وقد ابتدعت سياسة أو مبدأ تقييد الاستفادة(SA) في أواخر الستينات الميلادية (1960م) يوم كانت الحرب الباردة في أوجها، ولم يكن أحد يتوقع يومئذ أن تظهر التطبيقات المدنية المتعددة التي أصبحت معروفة الآن لنظام.(GPS)
والهدف من تطبيق مبدأ تقييد الاستفادة(SA) كونها مناسبة للبيئة الأمنية السائدة حالياً كما أنها تتيح في نفس الوقت الاستفادة من مجموعة واسعة من التطبيقات الأمنية. وحيث إن نظام(GPS) قد خصص في الأصل ليكون أداة توجيه ملاحية لوزارة الدفاع الامريكية فإن الاشارات العسكرية الدقيقة التي يرسلها النظام العسكري تمثل ميزة عسكرية خاصة لمن يستقبلونها، وبذلك تحقق كفالة الحماية اللازمة لميزة الاستخدام العسكري للاشارات الدقيقة وكذلك منع الاستفادة المباشرة غير المقيدة من هذه الاشارات عمن يحظر عليهم استقبالها.
بعد اكتمال اطلاق مجموعة الاقمار الصناعية لنظامGPS) ) أصبح لابد أن يتعايش المستخدمون لهذا النظام ليس فقط مع مبدأ تقييد الاستفادة بل مع مبدأ آخر من المبادئ المعوقة للدقة، هو مبدأ منع التقليد أو المحاكاة وقد ابتدع هذا المبدأ وأدخل على نظام (GPS) كوسيلة لتجنب المشاكل التي تسببها الحرب الإلكترونية، إذا تمكن هذه الوسيلة من تغيير البث بحيث تحل الشفرة المحمولة(y) محل الشفرة الأصلية.
إن المستعملين العسكرين أو حلفاء الولايات المتحدة هم القادرون وحدهم على حل رموز الشفرة ومن ثم الحصول على تحديدات الموقع بدقة 20 مترًا عن طريق الحصول على جهاز فك الشفرة(Auxiliary Output Chips AOC) ويمكن زيادة مستوى تقييد الاستفادة من نظام(GPS) اذا كان ذلك يتفق مع المصالح القومية للولايات المتحدة الأمريكية.
ترسل الأقمار الصناعية البيانات الخاصة بتحديد المواقع للمستخدمين على ذبذبتين (موجات حاملة(Carrier Waves) تسمى الذبذبة العليا(L1) بتردد 1575 ميجا هيرتز تحمل الشفرتين معاً، بينما الذبذبة الأدنى وتسمى(L2 ) بتردد 1227 ميجا هيرتز تحمل فقط الشفرة(P) التي هي شفرة مخصصة للإستعمالات العسكرية (Almanac) تختص بالمواقع التقريبية لجميع الأقمار العاملة في هذا النظام، ومعلومات أخرى أدق عن مدار القمر الصناعي ومعلومات عن حالة القمر وتصحيح الضبط الزمني الخاص بالغلاف الجوى(Ionospher) لا أحد يستطيع حل الرموز الشفرية الا المستقبلون الذين لديهم امكانية الحصول على نسخة مطابقة للشفرة. وتسمى عملية تحويل الشفرة إلى رموز (تلغرافية) ضجة عرضية زائفة .(Psudo - Randon Noise)
تستخدم شفرتان هما الشفرة التقريبية (Coarse Aquisition C/A Code) والشفرة الدقيقة ((Precise Pcode وتسمى الأخيرة بالشفرة ((y عند تحويلها المعلومات المتضمنة في الشفرتين هي نفس المعلومات تقريبًا الا أن استعمال الشفرة ((C/A فقط يمكن المستعمل من الحصول على مستوى التحديد العادي (Standard Positioning Service SPS) بدقة تصل إلى 100 متر أفقيًا بنسبة احتمالية مقدارها 95% وتحديد الإرتفاعات بدقة 300 متر بنسبة احتمالية مقدارها 99,99 % وتكون دقة تحديد التوقيت في حدود 340 جزءًا من البليون من الثانية بنسبة 95% أما استخدام الشفرة (P) فيمكن المستخدمين من الاستفادة من مستوى التحديد الدقيق (Precise Positioning Service PPS) بحيث قد تصل الدقة في تحديد الموقع إلى 20 مترًا تقريباً بنسبة 95%0
الجدير بالذكر أن الشفرة(P) تكون موجودة أثناء تكون الصور الفلكية لنظام(GPS) إلا أنه يمكن أن تتغير فجأة وبدون سابق إنذار ولاتعود في متناول المستعملين الذين ليست لديهم مفاتيح الشفرة اللازمة0