بخشی از مقاله
چکیده :
در پرنده های بدون سر نشین به هنگام پروازهای طولانی مدت، به دلیل خطاهای جمع شونده سامانه ناوبری اینرسی، وجود یک سامانه کمک ناوبری جهت بهبود دقت ناوبری در مقاطع خاصی از زمان ضروری است. سامانه کمک ناوبری ترکام از جمله این سامانه های کمک ناوبری می باشد که در آن انتخاب مدل ارتفاعی زمین از نظر نوع و کیفیت مناسب در نرم افزار طراحی مسیر پرنده امری ضروری است. در نتیجه انتخاب قسمت هایی مناسبی از مدل ارتفاعی رقومی جهت ورود به این سامانه یکی از پارامترهایی می باشد که در طراحی مسیر پرنده بایستی لحاظ گردد.
بررسی کیفی پچ ها با در نظر گرفتن تمامی جوانب در نرم افزار طراحی مسیر پرنده امکان پذیر نیست واز طرف دیگر حجم این پردازش بسیار بالا و زمان بر می باشد. به همین دلیل در این مقاله با به کارگیری انواعی از تحلیل های مکانی و مدل تصمیم گیری تاپسیس، سامانه ای جهت فراهم نمودن پچ های مناسب جهت ورود به این الگوریتم ایجاد شده است. نتایج به دست امده نشان می دهد که این سامانه کمک زیادی به انتخاب پچ های مناسب می کند .
-1 مقدمه
امروزه، هواپیماهای بدون سرنشین در طیف گستردهای از مأموریتها به خصوص کاربردهای شهری، جایگزین نمونه های سرنشین دار شده اند. دلایل اصلی به کارگیری این وسایل، قابلیت استفاده از آن ها در مناطق خطرناک و صرفه جویی در هزینه های مربوط به تجهیزات مالی و نیروی انسانی است. اما همچون سایر فناوری های نوین، هواپیماهای بدون سرنشین نیز با چالشهایی روبرو هستند که مهمترین آنها، مسئله ناوبری است.[1]
بنابراین کمک به عملکرد مستقل هواپیما از طریق بهبود ناوبری، باید مورد توجه قرار گیرد. راه کارهای متفاوتی جهت جلوگیری از رشد خطای سیستم ناوبری اینرسی موجود می باشد. از جمله تلفیق بهینه اطلاعات سیستم ناوبری اینرسی با اطلاعات موقعیتی GPS برای ناوبری یک جسم پرنده با استفاده از فیلتر کالمن انجام شده است .[2] ماموریت هایی که به اهداف نقطه ای یا نواحی خاص منتهی می شوند، معمولا نیازمند طراحی مسیر بهینه برای رسیدن به هدف هستند. مساله طراحی مسیر به لحاظ کاربردهای متعدد آن در سیستم های هوشمند نقل و انتقال[10,15] ،روباتیک[7]، سیستم های هدایت و ناوبری خودگردان[3,9] بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته است. ملزومات این مسئله باعث شده است در رده مسائل پیچیده قرار گیرد.
روشهای متعددی برای طراحی مسیر بهینه مورد بررسی قرار گرفته است از جمله الگوریتم های طراحی مسیر، الگوریتم های تکاملی [14] ، همچنین سیستم ها ی نیز ارائه شده اند که می توان به سیستم های CLOAR و ARMS اشاره کرد.[4] این روشها هر کدام معایبی دارند از جمله اینکه بعضی از انها قابلیت استفاده در سیستم های بلادرنگ را ندارند ، بعضی بسیار زمان بر هستند و بعضی جواب بهینه تولید نمی کنند.
در این مقاله یک روش نو با استفاده از سامانه اطلاعات مکانی و تصمیم گیری پیشنهاد شده است. هدف اصلی این تحقیق پیاده سازی یک سامانه توصیه گری برای آماده سازی اطلاعات مورد نیاز سامانه های کمک ناوبری بر مبنای عوارض زمین از جمله ترکام، می باشد . به طوریکه بتوان از طریق این سامانه مدت زمان لازم جهت پردازش را کاهش داده و همچنین داده های لازم از جوانب مختلف کیفی بررسی شوند.
-2 مواد و روشها
سیستم ناوبری موقعیت، سرعت و وضعیت وسیله پرنده را نسبت به یک دستگاه مرجع محاسبه می کند و در اختیار سیتم هدایت قرار می دهد. سیستم های ناوبری وسایل پرنده دارای تنوع فراوانی هستند. مهمترین سیستم های ناوبری عبارتند از : ناوبری اینرسی1، ناوبری رادیویی، ناوبری تصویری، ناوبری سماوی، ناوبری مغناطیسی. یکی از مهمترین سیستم های ناوبری، سیستم ناوبری اینرسی است. در یک سیستم ناوبری اینرسی از حسگرهای اینرسی - شامل شتاب سنج و ژیرسکوپ ها - ، برای اندازه گیری شتاب ها و سرعت های زاویه ای پرنده نسبت به فضای اینرسی می کند.
به مجموعه شتاب سنج ها و ژیرسکوپ ها IMU گفته می شود. اطلاعات خروجی از IMU وارد کامپیوتر سیستم ناوبری شده و در آنجا با انجام محاسبات ناوبری شده و در آنجا با انجام محاسبات ناوبری، سرعت، موقعیت و وضعیت وسیله پرنده نسبت به دستگاه مرجع در هر لحظه از پرواز محاسبه می شود. ناوبری اینرسی دارای مزایایی است که آن را از سایر سیستم های ناوبری متمایز می کند که عبارتند از: بی نیاز بودن از تجهیزات نظامی، عدم تاثیر پذیری از عوامل خارجی همچون اختلالات رادیویی و راداری، امکان استفاده در بردهای زیاد. از جمله معایب سیستم ناوبری اینرسی می توان به هزینه ساخت، نیاز به تراز کردن اولیه، افزایش خطای ناوبری با گذشت زمان اشاره کرد.
یکی از این راه کارها ذخیره کردن نقشه عوارض جغرافیایی در حافظه پرنده و مقایسه مقادیر اندازه گیری شده ارتفاع پرنده از سطح زمین و سطح دریا با مقادیری است که بر اساس خروجی سیستم ناوبری اینرسی و نقشه های موجود در حافظه پرنده، پیش بینی می شود. مقایسه این مقادیر امکان تخمین مقدار لحظه ای خطای سیستم ناوبری اینرسی و حذف این خطا را فراهم می کند. به هر روش ناوبری که از عوارض زمین به عنوان یک وسیله کمک ناوبری استفاده کند TAN2 گفته می شود. سیستم TERCOM3 نمونه ای از یک سیستم ناوبری اینرسی مبتنی بر عوارض است. در این سیستم از یک ارتفاع سنج بارومتریک برای اندازه گیری ارتفاع از سطح دریا در نقاط معینی از مسیر استفاده میشود.
ارتفاع سنج بارومتریک برای اندازه گیری ارتفاع از سطح دریا در نقاط معینی از مسیر استفاده می شود. به این ترتیب ارتفاع مورد نظر از سطح دریا بدست می آید و با محتوای نقشه ها مطابقت داده می شود. به این ترتیب هر گونه انحراف از مسیر قابل تشخیص و تصحیح خواهد بود. در اوایل مسیر، بازبینی های اصلاحی TERCOM ممکن است هرچند دقیقه یکبار انجام شودو با نزدیک شدن پرنده به هدف، بازبینی ها بیشتر خواهد شد.
در سیستم های ناوبری مبتنی بر عواض، نیاز به اندازه گیری فاصله - ارتفاع - از سطح عوارض می باشد. این کار معمولا توسط ارتفاع سنج های رادری یا لیزری انجام می شود. از این ارتفاع ستج ها در فرود و برخاست اتوماتیک وسایل پرنده نیز استفاده می شود .[2] برای اندازه گیری فاصله های بسیار کم - در حد چند متر - می توان از سنسورهای التراسونیک نیز استفاده کرد. در این سنسور از اختلاف زمانی بین ارسال و دریافت امواج صوتی برای تعیین فاصله - مثلا ارتفاع از سطح زمین - استفاده می شود.[16]
-1-2 سامانه کمک ناوبری ترکام
الگوریتم ترکام با استفاده از تطبیق داده های عوارض زمینی و ارتفاع سنج راداری برای یافتن موقعیت دقیق پرنده و در نتیجه به عنوان سیستم کمک ناوبری استفاده می شود. الگوریتم ترکام روی هر نوع عوارضی کار نمی کند. مثلا هر چقد عوارض ناهموارتر باشد، ترکام بهتر کار می کند . اما عوارض خوب باید ویژگی دیگری نیز به جز ناهمواری داشته باشد. عوارض باید یکتا باشد - به عبارت دیگر یک پروفیل خارج از نقشه ترکام نباید مشابه هیچ نقشه دیگری باشد - . ناهمواری عوارض به صورت انحراف استاندارد نمونه های ارتفاع عوارض تعریف می شود. این مقدار را با نمایش می دهند که با رابطه 1 تعریف می شود [5]
