سیستم‌های کنترل پهپاد

 

سیستم های مورد نیاز پهپاد :

۱ – خلبان خودکار (  AUTOPILOT )

۲ – حسگرهای AUTOPILOT

۳ – دستگاه او اس دی (  OSD  )

۴ – سنسور جی پی اس (  GPS )

۵ – سرعت سنج هوایی  (  AIR SPEED )

۶ – دوربین (  CAMERA )

۷ -سیستم ارسال کننده تصویر (  VIDEO SENDER ) و گیرنده

خلبان خودکار / استبلایزر:

یک  stabilizer فقط پایدارکننده پرواز است یعنی  توانایی ان را دارد که پرنده را فقط به یک وضعیت از پیش تعیین شده در آورده و با ثبات کند . ولی نمیتواند به صورت هدفمند و مشخص از مکانی به مکان دیگری برود و به نوعی کمک خلبان است تا خود خلبان ، اما Autopilot نه تنها یک stabilizer بلکه بسیار فراتر از ان هم هست و توانایی برنامه ریزی شدن برای یک عملیات خاص و توانایی تصمیم گیری طبق الگوریتمهایی پیشبینی شده را دارد .

به تعریف دیگر :

خلبان اتوماتیک ( خودکار ) سامانه ای است در هواپیما که به خلبان امکان میدهد بسیاری از امور مربوط به کنترل هواپیما را توسط آن انجام دهد از قبیل کنترل ارتفاع – سمت – گردش – سرعت و حتی تقرب و فرود .

حسگر IMU

بر پایه inertial measurement units کار میکند .

مزایا : دقت زیاد ، وزن کم ، قابلیت توسعه نرم افزاری بسیار بالا ، سادگی ساختمان ، مجتمع بودن

معایب : عدم توانایی استفاده در پرنده ها با ارتعاش زیاد و مشکل در پروازهای طولانی مدت یک نواخت

تصویر میکرو حسگر اینرسی

این تکنولوژی بر اساس تشخیص دقیق حرکات ( تغییر زاویه) به وسیله شتاب سنج و جایرو بنا نهاده شده است ، این حسگر توانایی هدایت مدل های مختلف پرنده از جمله هواپیما / هلیکوپتر / کواد کوپتر و …. را دارد . اما به ارتعاش حساس بوده و دقت آن به صورت صعودی با ارتعاش کاهش می یابد .

در اکثر IMU های مرغوب قابلیت افزودن سنسور های جدید هم وجود دارد هدف از افزودن این سنسور ها افزایش دقت وسیله است از این قبیل میتوان به سنسور فشار (برای تشخیص ارتفاع) ، سنسور تفاضلی فشار (برای تشخیص سرعت) و مگنو متر برای تشخیص دقیقتر حرکات در عمود پرواز ها و … (تشخیص حرکات کوچک و سریع) اشاره کرد اما وظیفه اصلی بر دوش شتاب سنج (برای تشخیص حرکت) و جایرو (برای تشخیص زاویه) است .

حسگرهایAHRS :

این ابزار بر اساس همان روش IMU کار میکند با این تفاوت تشخیص زوایا دقیقتر میشود ، البته این تکنولوژی هنوز نو پا است و به صورت گسترده استفاده نمیشود ولی تمامی سیستم های حال حاظر دارند به سمت استفاده از این تکنولوژی حرکت میکنند .

تصویر حسگر AHRS

حسگر GPS :

همان موقعیت یاب جهانی است. سنسور های جی پی اس از قطعات لاینفک خلبان است و به آن کمک میکند تا در هر لحظه موقعیت پرنده از لحاظ سرعت زمینی ، ارتفاع ، جهت حرکت و مختصات جغرافیایی را دریافت کند .ابعاد سنسورهای جی پی اس متفاوت و فرکانس کاری آنها نیز متفاوت است.دنیای مدرن به سمت حسگرهای جی اپی اس بیسار کم وزن می رود.

سیستم جی پی اس میکرو

سیستم جایگزین GPS

یکی از نگرانی‌های مهم درمورد GPS‌ این است که سیگنال‌های آن ممکن است توسط قوای دیگر کشورها با پارازیت بلوک شود. کشورهای مختلف به دنبال جایگزینی برای این سیستم در آینده هستند.

مکانیاب اتمی

به همین دلیل DARPA از سال ۲۰۱۰ روی برنامه‌هایی کار می‌کند که هدف آن‌ها توسعه فناوری‌های جدید موقعیت‌یابی و ناوبری است. هدف اولیه این تلاش‌ها این بود که دامنه کارایی این فناوری‌ها به جاهایی کشیده شود که سیگنال‌های ماهواره‌ای قدرت نفوذ به آن‌جاها را ندارند. نبردهای زیر آب نمونه‌ای از این جاها هستند.

اما اکنون، با وجود ترس از وابستگی زیاد و آسیب‌پذیری‌های احتمالی ماهواره‌های موقعیت‌یابی، متخصصین به فکر ساخت جایگزینی برای GPS افتاده‌اند. محققین DARPA و دانشگاه میشیگان سیستم جدیدی را ساخته‌اند که بدون نیاز به ماهواره می‌تواند موقعیت، زمان و جهت را تعیین کند. جالب‌تر این‌که همه این قابلیت‌ها در تراشه‌ای با حجم ۸ میلیمتر مربع جای داده شده است.

مکانیاب اتمی کوچک

این تراشه کوچک سه ژیروسکوپ، سه شتاب‌سنج و یک ساعت اتمی دارد که در کنار یکدیگر به صورت یک سیستم خودمختار ناوبری کار می‌کنند. DARPA در فکر استفاده از این فناوری برای کارهایی نظیر ردیابی افراد یا استفاده در مهمات با کالیبر پایین است.

مکانیاب فرکانسی

فناوری دیگری که توسط BAE Systems ابداع شده، از فرکانس های شبکه های رادیویی متداول مانند وای – فای ، دکل های پخش تلویزیونی و رادیویی، سیگنال های تلفن همراه و … برای محاسبه موقعیت مکانی کاربر با ضریب خطای چند متر استفاده می کند.

با توجه به اینکه فناوری جی پی اس برای موقعیت یابی متکی به سیگنال های ضعیف ماهواره ای است و در برابر اختلال و خرابکاری هم آسیب پذیرتر است، پیش بینی می شود فناوری جدید به جای آن به کار گرفته شود.

این فناوری که Navigation via Signals of Opportunity یا ( NAVSOP) نام گرفته در برابر انواع اختلال و خرابکاری اعم از ارسال پارازیت یا تلاش برای دستکاری اطلاعات مقاومت خوبی دارد.

نحوه عملکرئ مکانیاب فرکانسی

مزیت دیگر این فناوری دقت بیشتر آن است که تشخیص دقیق تر موقعیت مکانی کاربران را ساده تر می کند. این سیستم حتی در مکان های دورافتاده ای که خدمات جی پی اس در دسترس نیست عمل می کند که از جمله آن می توان قطب شمال اشاره کرد.

مکان یاب کوانتومی

با استفاده از فناوری مورد نظر که قادر است از طریق تاثیرات جاذبه به شناسایی محل کاربر کمک کند، می‌توان در هر نقطه و مکانی محل خود را روی نقشه مشاهده کرد، در این صورت هیچ‌یک از محدودیت‌های کنونی که شامل وجود نقاط کور است را شاهد نخواهیم بود.

طرح مکانیاب کوانتومی

در این سیستم ابری از اتم‌ها در محفظه‌ای به دام انداخته شده و دمای آن‌ها به صفر کلوین کاهش داده می‌شود. در دمای صفر کلوین که برابر 273 درجه زیر صفر است، اتم‌های به حالتی از حساسیت می‌رسند که تاثیر شتاب و جاذبه روی این گروه محسوس است. با استفاده از واکنش این اتم‌ها روی نقشه‌ی زمین و مقایسه‌ی نتایج حاصل می‌توان به محاسبه‌ی دقیق مکان پرداخت.

دوربین :

دار یکی از ملزومات بدیهی یک پهپاد دوربین است . همیشه یک دوربین تصاویر هوایی از منطقه در حال گشت زنی تهیه میکند . در بعضی از موارد هم لازم است تصاویر دوربین علاوه بر رکورد شدن همزمان ارسال شوند . که در آن صورت  دوربین باید به یک ارسال کننده همزمان تصویر نیز مجهز شود.

امروزه دوربین ها به سمت کیفیت بالاتر و اندازه کوچکتر می روند . تا جایی که در ریز پرنده ها نیز از دوربین های میکرو استفاده می شود.

ریز ترین دوربین

این دوربین ها با قابلیت های اضافه شده مانند حسگرهای گرمایی پیشرفته تر شده و در عملیات های نظامی به صورت گسترده در آینده به کار خواهند رفت:

میکرو دوربین در هلیکوپتر

نکته مهم دیگر در مورد دوربین های آینده قابلیت وضوح تصویر در حین حرکت است و اینکه تصاویر لرزش نداشته باشند که در این زمینه نیز تحقیقات وسیعی در حال انجام است. در این راه دانشمندان در عرصه ارتعاشات و کنترل با نوشتن الگوریتم های خاص ارتعاشات وسیله پرنده را خنثی می کنند به صورتی که بر عملکرد دوربین اثر نداشته باشد

ILS-5000-SD™ Video Stabilization  تصحیح کننده تصویر

این قطعات الکترونیکی با اتصال به دوربین به صورت هوشمند تصویرها را در زمان لرزش و تکان های ناگهانی تصحیح می کند.

فرستنده ویدئو VIDEO SENDER :

دامه همان ارسال کننده تصویر است که با توانها و بردهای متفاوت عرضه میشود و وظیفه آن دریافت تصویر از دوربین و ارسال آن بصورت امواج رادیویی به صورت هم زمان می باشد تا گیرنده زمینی همزمان بتواند محوطه موردنظر را مشاهده کند .

فرستنده ویدئو وایرلس

ایستگاه زمینی قابل حمل برای پهپادها

شرکت UAV Factory دومین ایستگاه کنترل زمینی (GCS) قابل حمل (پرتابل)  پهپادها این شرکت تکمیل و آماده سرویس دهی می باشد. ایستگاه کنترل زمینی معمولا در دو قالب ثابت و یا قابل حمل می‌باشد.

دستگاه هدایت زمینی

برای پهپادهای کوچک با برد محدود معمولا از ایستگاه کنترل زمینی قابل حمل استفاده می‌شود. ایستگاه‌های کنترل قابل حمل پهپادها معمولا یک لپ تاب است که نرم‌افزارهای لازم برای کنترل پهپاد بر روی آن یکپارچه شده است و کاربر در هنگام برخواستن، فرود و پرواز از آن استفاده می‌نماید. شرکت UAV Factory یکی از بزرگترین شرکت‌ها در ساخت ایستگته‌های کنترل زمینی برای پهپادها می‌باشد.

اندازه دستگاه

این ایستگاه کنترل زمینی با داشتن اجزای الکترونیکی زیاد و پلتفورم منعطف قابلیت مناسبی برای کنترل زمینی پهپادها فراهم می‌کند. این ایستگاه دارای دو خروجی داده 12 ولتی است و توان آن توسط دو باتری لیتیومی که در هنگام روشن بودن وسیله نیز قابل تعویض هستند تامین می شود. این سیستم برای نمایش داده ها از دو نمایشگر 17 و 12 اینچی لمسی با وضوح بالا که بر پایه‌ی سیستمی نمایشگر پاناسونیک توسعه داده شده است بهره می برد. GCS درست مانند یک چمدان دارای دسته و چرخ برای حمل آسان می باشد. مشخصات فنی مکانیکی این سیستم در جدول زیر آورده شده است:

 

مقدار	پارامتر
170 x 420 x 1000	ابعاد (میلی‌متر)
18.9	وزن (کیلوگرم)
20- تا 60+	دمای عملکرد (سانتی‌گراد)
16از جنس پلاستیک با مقاومت بالا با دستگیره و چرخ	جعبه خارجی

این سیستم برای کاربردهای گوناگون سازگار می‌شود و به کاربر اجازه می‌دهد سخت افزارهای جانبی از جمله مودم رادیوکنترل خلبان خودکار، دریافت کننده‌ی ویدئویی، ذخیره کننده و لینک ارتباطی داده و وسایل ضبط کننده را بر روی آن نصب نماید. با داشتن دو باتری لیتیومی 10-32 ولتی این سامانه می‌تواند دو ساعت بدون نیاز به تعویض باتری کار نماید. ویژگی‌های الکترونیکی این سیستم در جدول زیر آورده شده است:

مقدار	پارامتر
10 – 32 VDC	ورودی DC
108	ظرفیت باتری (وات ساعت)
12V 5A fused, 50 W	خروجی DC شماره 1
1612V 5A fused, 50 W	خروجی DC شماره 2
2	زمان عملکرد (ساعت)

نرم افزاری جدید برای کنترل پهپادها

شرکت تولید سیستم‌های هوایی بدون سرنشین MAVinci در نمایشگاه هوایی هانوفر آلمان از یک نرم افزار پیشرفته برنامه پروازی و کنترل پهپادها رونمایی خواهد کرد. این نرم افزار که MAVinci Desktop نام دارد می‌تواند در محدوده وسیعی از وظایف ساده تا پیچیده را انجام دهد. از جمله قابلیت‌های این نرم افزار می‌توان به سازگار شدن خودکار برنامه پروازی با پرنده، جلوگیری از برخورد پرنده به صخره‌ها در مناطق کوهستانی و انتخاب یک مسیر پرواز بهینه به صورت خودکار اشاره نمود. همچنین این نرم افزار قابلیت پس پردازش (post processing) داده‌های خروجی با کیفیت مناسب را برای کاربران امکان پذیر می‌سازد.

نرم افزار هداست خودکار

طراحی این نرم افزار به‌گونه‌ای است که می‌تواند به طور همزمان نرخ بارش باران در نواحی اروپا، آسیا و آفریقا را تحت پوشش خود قرار داده و به صورت انیمیشن نمایش دهد. یکی دیگر از توانایی‌های MAVinci تهیه مدل‌های سه بعدی از نواحی پرواز پهپاد برای ایجاد دید بهتر می‌باشد. از دیگر توانایی‌های این نرم افزار می‌توان به مشاهده تصاویر به طور مستقیم بعد از پرواز و بدون نیاز به پس پردازش و بدون ایجاد محدودیت در سرعت عملکرد نرم افزار اشاره کرد. در بخش پس پردازش نیز این نرم افزار دارای واسط‌هایی برای پردازش دسترسی به نرم افزارهای دیگر می‌باشد و قابلیت بارگذاری ابزارهای شخصی بر روی نرم افزار به طور مستقیم وجود دارد.

رله‌های ارتباطی کوچک و سبک بوئینگ برای پهپادها

شرکت بوئینگ کوچک‌ترین و سبک‌ترین نسخه از رله ارتباطی فشرده تاکتیکی (TCCR) جهت افزایش برد ارتباطی پرنده های بدون سرنشین را در دست تولید دارد. این رله با وزن یک پاوند برای کار در باندهای باریک و نسخه 6/1 پوندی این رله جهت استفاده نیروهای ناتو در افغانستان توسعه داده شده است. این رله کاربردهای مناسبی در میادین جنگ در پهپادهای نظامی دارد. TCCR به گروه های کوچک نیروها اجازه می‌دهد صدا و تصویر را به‌صورت‌های رمزگذاری شده و بدون رمزگذاری به فواصل دور و مناطقی که دسترسی به آن‌ها دشوار است ارسال نمایند.

طرح پهپاد بوئینگ

شرکت بوئینگ اعلام کرده با این رله جدید شعاع مخابره داده‌ها از کمتر از ده ناتیکال‌مایل به بیش از 150 ناتیکال‌مایل افزایش خواهد یافت. این سیستم تا کنون بر روی پرنده های گوناگونی از جمله CAMCOPTER S-100 نصب شده است و قابل جانمایی در شکاف (slot) پهپاد ScanEagle در فضای پنج در پنج در یک اینچ می‌باشد. بوئینگ قصد دارد در ماه نوامبر از یک نسخه دیگر این رله با قابلیت استفاده در زمینه کاربردهای تجاری و پاسخ در شرایط اضطراری رونمایی کند.