بخشی از مقاله
راهکارهاي عدم وابستگي به سيستم هاي ناوبري الکترونيکي در نبرد دريايي
چکيده:
در اين مقاله سعي بر آن شده پس از بررسي مختصري از سيستم هاي ناوبري فعال که در شناورهاي سطحي و زيرسطحي نيرويهاي دريايي بکار مي روند راهکارهايي براي انجام عمليات ناوبري ارائه گردد تا وابستگي آنها به سيستم هاي مخابراتي ماهوارهاي کمتر و يا صفر باشد و بتواند در شرايط بحراني اعتماد و اطمينان عمل در انجام عمليات ناوبري داشته باشند. در شناورهاي دريايي امروزي بيشتر عمليات ناوبري در يگانهاي شناور سطحي و زيرسطحي با استفاده از سيستم هاي ناوبري الکترونيکي ومخابراتي انجام مي شود که از آن جمله مي توان سيستم هاي راداري، سيستم هاي مکانيابي جهاني GPS، و سيستم هاي ناوبري AIS و navtex و Inmarsat در شناورهاي سطحي و سيستم هاي ارتباطي سونار در شناورهاي زيرسطحي را نام برد. اين سيتسم ها به سيستم هاي جهاني ماهوارهاي و مخابراتي وابسته اند و از طرفي اطلاعات ارتباطي در اختيار ديگر شناورهاي فعال بوده وعلاوه بر عدم اعتماد به اين سيستم ها در شرايط جنگ و بحران، امکان اعمال جمينگ اين سيستم ها از طرف نيروهاي متخاصم امکانپذير است .
اين سيستم ها به دو دسته اصلي راهبري سطحي و زيرسطحي تقسيم بندي مي شوند. در سيستم هاي راهبري سطحي به سيستم جايروي رينگ ليزري و سيستم هاي کنترل هوشمند با اطلاعات ذخيره شده در پردازشگرها، و در سيستم هاي راهبري زيرسطحي به سيستم هاي سونوبوي که طراحي و کنترل آنها توسط نيروي داخلي ساخته شده و قابليت کنترل فرکانسي و توان را داشته باشند اشاره مي شود. اساس کار اين سيستم ها براساس اطلاعات ناوبري بوده که جداول ناوبري در اختيار کليه شناورهاي دريايي است .
نتايج حاصل اين طرح در نيروي دريايي ، امنيت اطلاعات ناوبري، عدم کارآيي سيستم هاي جمينگ دشمن بر سيستم هاي خودي، امکان مسيريابي در بدترين شرايط آب و هوايي دريايي ، کنترل ارسال و دريافت اطلاعات به سيستم هاي خودي در صورت افشاي نحوه ارسال ، قابليت تغيير سيستم هاي ناوبري مختلف در شرايط بحران ، انجام فريب هاي اطلاعاتي به نيروهاي مقابل خواهد بود.
واژه هاي کليدي:
جايروسکوپ- NAVTEX- اينمارست - مخابرات ماهواره اي –سونوبوي
مقدمه
با توجه به پيشرفت تجهيزات نظامي در نبرد هاي امروزي بيشتر کشورها به دنبال راه کاري جهت رهايي از وابستگي هاي شديد به اين تجهيزات اند که در راستاي عدم وابستگي به اين تجهيزات راهکارهايي اساسي ارائه گردد.
شايد تا کنون به صورت پراکنده ارائه شده اما مدل منسجمي براي طرحريزي عملياتي در اين زمينه منظور نشده باشد. در اين مقاله با ارائه مدل ارتباطي بين سيستم هاي ناوبري که کمترين و يا عدم وابستگي به سيستم هاي مخابراتي را دارند ارائه مي گردد که در شرايط بحران بتوان با ايجاد ساختارهاي لازم زمينه اي فراهم کردد تا در مقابل جمينگ سيستم - هاي مخابراتي بتوان به مسير مشخص شده ادامه داده و در حداقل امکان شناور دريايي را به ساحل خودي رسانده تا از خطرات و صدمات ناشي از آن در امان باشيم . در اين طرح با بررسي جايروهاي ليزري و نوري و سيستم هاي جهت ياب و هوشمند کامپيوتري و همچنين سکسانت نقطه يابي طرحي مناسب ارائه مي گردد تا در شرايط اضطرار و جمينگ سيستم هاي مخابراتي و يا ايجاد اشکال در سيستم هاي ناوبري ماهوارهاي بتوان از اين طرح استفاده نمود.
١. ناوبري
ناوبري عبارت است از پيدا نمودن نقطه فعلي براي هر شيئ متحرک, از هواپيما و کشتي گرفته تا موشک و حتي انسان. روشهاي ناوبري مختلفي وجود دارد که از آن ميان مي توان به ناوبري نجومي , ناوبري راديوئي و ... اشاره نمود.
هدف از نابري تعيين نقطه فعلي و موقعين مکاني شناور با استفاده از علائم و نشانه هاي نسبي موجود در اطراف به کمک سيستم ها و دستگاههاي مخابراتي است . به عبارت ديگر تعيين طول و عرض جغرافيايي موقعيت شناورنسبت به مراجع زمين است .
٢. تکنينکهاي ناوبري بدون وابستگي به سيستم هاي مخابراتي
١-٢- ناوبري تمرکزي- تفکري
ناوبري است که به موجب آن يک خلبان يا ناخدا با مهارت خود با بررسي اطلاعات مسير، فاصله و يا ارتفاع، موقعيت خود را تخمين مي زند تا اين به او کمک مي کند تا خطاي ناوبري را به حداقل برساند.
١-١-٢- ناوبري ساحلي
اين ناوبري در مورد شناورهايي است که در آبهاي محدود قرار داشته و نسبت به موقعيت هاي ثابت تعيين مي شود و در چند مرحله موقعيت دقيق آن محاسبه مي گردد. يک ناوبر نظامي با استفاده از کتب سمت و نقاط ثبت شده براي تعيين نقطه ثابت استفاده نمايد اما ناوبر غيرنظامي رکوردها را ثبت ننموده و بايد نقاط را مشخصا ترسيم نمايد.
٢-١-٢- ناوبري ساحلي در روز
در ناوبري ساحلي در هنگام روز از موانع و نقاط ثابت زير استفاده مي - شود.
- موانع طبيعي شامل کوه، تپه ، درياچه و رودخانه
- موانع ساحلي شامل صخره، سنگ و ساحل شني .
- موانع مصنوعي دريايي شامل علائم دريايي ، نشانه هاي خشکي و آنتن هاي راديويي .
- موانع مصنوعي خشکي شامل فرودگاه، شهرها، سد و بزرگراهها.
٣-١-٢- ناوبري ساحلي در شب
در ناوبري ساحلي در هنگام شب از موانع و نقاط ثابت زير استفاده مي شود.
- موانع دريايي مصنوعي شامل فانوس دريايي ، شناورهاي چراغدار
و علايم و چراغ هاي دريايي .
- موانع مصنوعي حشکي شامل فرودگاهها، برج هاي مشخص و ساختمانهاي قابل رويت .
٤-١-٢- ناوبري نجومي
ناوبري نجومي بر اساس مشاهده خورشيد، ماه، سيارات و ستارگان ناوبري انجام مي شود. بنابراين اين سيستم ها براي ناوبري در شناورهايي بهتر است که بر روي زمين باشند. براي هر نقطه روي زمين يک نقطه نجوي در آسمان وجود داردکه با اندازه گيري ارتفاع و مشاهدات افق ، ناوبر مي تواند فاصله خود را از نقطه جانبي تعيين نمايد. از تقويم نجومي و کورنومتر براي محاسبه نقطه جانبي روي زمين و از سکستانت براي تعيين زاويه ارتفاعي نقطه مورد نظر(شکل ١٢) استفاده مي شود.
براي تعيين نقاط جانبي ميتوان از سکستانت استفاده نمود بايد در نظر داشت که خطاي يک ثانيه در تعيين زاويه ارتفاع معادل ١٥ ثانيه خطا در طول جغرافيايي و اين نيز خطايي باري ٠.٣ مايل دريايي خواهد داشت .
٢-٢- ناوبري اينري (مغناطيسي )
اگر فرفره کوچکي را با کمک نيروي انگشتان خود بچرخانيم فرفره حول محورش و روي نوک تيز خود شروع به چرخش مي کند. اين مبناي کارکرد ژيروسکوپ هاي مکانيکي مي باشد و از آن منظر، زمين نيز يک ژيروسکوپ است که به علت دوران، محور خودرا در فضا ثابت نگه مي دارد. طبق اصل بقاي اندازه حرکت زاويه اي، هرجسم متقارن در حال چرخش سعي دارد جهت خود را همواره در فضا حفظ کند.از اين رو اگريک جسم متقارن را با دور بالا بچرخانيم و اطراف آنرا با ياتاقان و بلبرينگ آزاد بگذاريم که نيروهاي خارجي بر آن اعمال نشود، يا چرخش قابي که جسم درون آن دورانمي کند، جهت چرخش جسم دوار تغيير نمي کند. لذا با موقعيت زاويه اي و محاسبه سرعت ، تغيير سرعت زاويه اي را بدست مي آوريم .
از مهمترين ژيروسکوپ ها، ژيروسکوپهاي ليزري مي باشند که بطور گسترده در سيستم هاي ناوبري هواپيما، دستگاهها و تجهيزات نظامي ، روباتيک وحتي اتومبيل ها بکار رفته اند.
قطب نماي ژيروسکوپي مي تواند همواره جهت شمال حقيقي را نشان دهد و نسبت به تاثيرات ميادين جاذبه مغناطيسي بي تفاوت است . اين قطب نما در واقع نخستين وسيله دقيق هدايت در راهيابي استکه بر اساس اصول اينرسي عمل مي کند.
ناوبري عبارت است از پيدا نمودن نقطه فعلي براي هر شيئ متحرک, از هواپيما و کشتي گرفته تا موشک و حتي انسان. روشهاي ناوبري مختلفي وجود دارد که از آن ميان مي توان به ناوبرينجومي , ناوبريراديوئي و ... اشاره نمود. يکي از روشهاي ناوبري متداول روش ناوبري اينرسي مي باشد. در اين روش موقعيت متحرک با استفاده از متغيرهاي اينرسي شيئ، نظير سرعت و شتاب مشخص مي گردد.
ژيروسکوپ ازنظرساختمان به دو دسته يک درجه آزادي و دو درجه آزادي تقسيم مي شود. اگرروتور علاوه بر حرکت دوراني خود حول محور چرخش ، بتواند حول يک محور ديگر دوران کند، به آن ژيروسکوپ يک درجه آزادي مي گويند و چنان چه بتواند حول دو محور ديگر دوران کند، به آن ژيروسکوپ دو درجه اي اطلاق مي شود. (شکل ١).
ژيروسکوپ يک درجه آزادي، نوع تکميل شده ژيروسکوپ دو درجه آزادي بوده و پس از آن به وجود آمده است . دراين نوع ژيروسکوپ (شکل ٢)، سه محور متعامد شامل محور ورودي(که بدنه حول آن دوران مي کند)محورخروجي (که محور دوران طوقه نسبت به بدنه است )و محور چرخش در ابتدا اين سه محور کاملا بر هم عمودند.
شکل ٢: ساختمان اصلي ژيروسکوپ يک درجه آزادي
ژيروسکوپ يک درجه آزادي در حالت کلي به سه دسته زيرتقسيم مي گردد:
-ژيروسکوپ ها سرعتي ٢
که عامل بازگرداندن طوقه مجموعه دوار به وضعيت اوليه ، يک عنصرالاستيک مانند فنر است .
- ژيروسکوپهاي انتگرالي ٣
دراين نوع، عامل اصلي مقاومت در برابر دوران طوقه مجموعه دوارحول محور خودش نسبت به بدنه ژيروسکوپ،گشتاور ناشي از دمپينگ سيالي با لزجت بالا است و براي اندازه گيري جابجايي دوراني بکار مي رود.
- ژيروسکوپ هايمقيد٤
چنانچه در ژيروسکوپانتگرالي از سيال با لزجت کم و يا گاز استفاده مي شود، دراين صورت واکنش قابل توجهي به عنوان گشتاور ناشي از دمپينگ سيال نداريم وتنها عاملي که سعي مي کند از خارج شدن طوقه از وضعيت اوليه جلوگيري کند، واکنش اينرسي مجموعه دوار است .
ژيروسکوپ ها از نظرفرکانس ورودي به چهار رده تقسيم مي شوند:
١- هدايت و ناوبري٥
وظيفه اصلي اين ژيروسکوپ ها، ايجاد امتداد هايي معين در فضاي اينرسي است . اين نوع ژيروسکوپ ها، بسيار دقيق بوده و توانايي حس کنندگي بالايي دارند.
٢- پايداري و کنترل٦
وظيفه اين نوع ژيروسکوپ ها، حس کردن و کنترل حرکات زاويه اي است .اين ژيروسکوپها نياز به دقت هاي بکار رفته در ژيروسکوپ هاي نوع اول را ندارد .اين نوع ژيروسکوپها در هواپيماها و موشکها بکار مي رود.
٣- ردگيري،هدف يابي ، پايداري و کنترل آنتن وسائل فضايي اين نوع ژيروسکوپ،در موشکهايي که صفحه رادار آنها روي هدف
قفل مي شود و به اين ترتيب ، موشک را تا رسيدن به هدف هدايت مي کند،کاربرد دارد .
٤-تجزيه تحليل اطلاعاتپروازي(در حين پرواز يا پس از آن )٨
استفاده از اطلاعات خروجي جايرو پس از پرواز مي تواند براي اهداف مختلفي از قبيل تست و کنترل رفتار يک متحرک پس از پرواز و يا انجام آزمايش روي يک متحرک آزمايشي بدون سر نشين و غيره بکار رود.
از لحاظ عملکرد نيز به انواع زير تقسيم بندي مي شوند:
- ژيروسکوپ هايDTG
اين ژيروسکوپ که براساس اندازه حرکت زاويه اي عمل مي کند(سال ١٩٦٠)، عامل اصلي دوران، يک موتور الکتريکي است که محور دوار آن توسط زوج ميله ديگري با خاصيت فنر پيچشي ، به طوقه متصل شده است .خود طوقه نيز توسط زوج ميله ديگري با خاصيت فنرپيچشي به روتور، که بر خلاف انواع پيشين که در قسمت بيروني طوقه قراردارد، متصل است .خاصيت اين دو زوج ميله هاي فنري اين است که در يک سرعت خاص ازدوران ، که به آن حالت تشديد مي گويند، عملکرد آنها به گونه اي است که دستگاه مانند يک ژيروسکوپ روتور آزاد عمل مي کند.
- ژيروسکوپهاي ليزري
اين ژيروسکوپ، بر خلاف ژيروسکوپهاي قبلي داراي هيچ جسم متحرکي که ايجاد اندازه حرکت خطي يا زاويه اي کند نيست . دراين ژيروسکوپ از دو پرتو نورليزردر يک مسير بسته و در دو جهت مخالف استفاده مي شود. .مزيت آن، درقابليت اطمينان بيشتر، دامنه ديناميکي وسيع تر و مقاومت خوب در مقابل شتابهاي زياد است .
- نوري
اين ژيروسکوپ،تحقق آخرين انديشه هاي بشردر ساخت ژيروسکوپ است .چرا که در نوع خود کوچک بوده و بطورآني روشن مي شود، عمر طولاني دارد،احتياجي به خدمات نگهداري نداشته و ارزان است . همچنين احتياج به سامانه تعليق طوقه اي ندارند. مبناي عملکرد اين ژيروسکوپ، (شکل (٣)) شبيه ژيروسکوپ ليزري است ، با اين تفاوت که در آن به جاي ليزر از يک نور پولاريزه استفاده مي شود.
بر اساس حفظ تعادل دو عضو غضروفي مرتعش کوچک که در طرفين بدن حشرات شان قراردارد، و به آنژيروسکوپ دياپازوني يا ژيروسکوپ ارتعاشي ميگويند. روي پايه اصلي اين ژيروسکوپ ،دوشاخک فلزي (شبيه دياپازون ) قرار دارد که توسط آهنرباي الکتريکي به نوسان در مي آيد. اين نوسانات در جهت عکس يکديگر است يعني يا از هم دور مي شود يا بهم نزديک ميشوند. در اثر اين دو حرکت ، هر ذره مادي از شاخک ها،داراي مولفه شتاب کوريوليس خواهدشد که راستاي اين شتاب در امتداد محور xاست . طبق اصل بقاياندازه حرکت زاويه اي هر جسم در حال چرخش متقارني دارد جهت خود را همواره در فضا حفظ کند. لذا اگر يک جسم با وزن زياد متقارن رابا دور بالا بچرخانيم و اطراف آنرا با ياتاقان و بلبرينگ آزاد بگذاريم که نيروهاي خارجي بر آن اعمال نشود، با چرخش قاب سيستم جهت چرخش جسم دوار تغييرنميکند. طبق قانون دوم نيوتن ، مجموعه گشتاورهاي خارجي وارد برسيستم دوار حول يک نقطه مانند ٠ برابر است با تغييرات زماني اندازه حرکت زاويه اي سيستم حول همان نقطه ، لذا چون اندازه حرکت زاويه اي سيستم برابر صفر است ، مقدار و جهت بردار اندازه حرکت زاويه اي ژيروسکوپ در فضاياينرسي ثابت ميماند .
٣- ناوبري وابسته به سيستم هاي مخابراتي
١-٣- ناوبري راديويي
