خبرگزاری علم و فناوری

به همت پژوهشگر دانشگاه علوم پایه زنجان صورت گرفت؛

کاربردهای GPS در تعیین وضعیت سامانه های ناوبری

در هوانوردی GPS از اهمیت بالایی برخوردار است و از این تکنولوژی در هواپیماها به منظور تعیین موقعیت دقیق، محاسبه سرعت و جهت­یابی استفاده می­شود.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری از زنجان، تعیین وضعیت با استفاده از GPS (سامانه تعیین موقعیت جهانی) یک تکنیک رو به رشد با طیف وسیعی از کاربردهای چالش برانگیز در زمین، دریا، هوا و فضا نظیر هدایت وسایل نقلیه زمینی، پهلو گرفتن کشتی­ها، کمک در فرود هواپیماها یا دیگر وسایل هوایی، هواپیماهای بدون سرنشین و هدایت و کنترل سکوهای فضایی است. حسگرهای متنوع و زیادی وجود دارند که می‌توانند وضعیت یک سکو را محاسبه کنند. در این ارتباط می­توان به حسگرهای افق یا حسگرهای زمینی، ژیروسکوپ­ها، حسگرهای خورشیدی، ردگیر‌های ستاره اشاره کرد.


در سال‌های اخیر به علت گسترش روزافزون کاربردهای سامانه تعیین موقعیت جهانی، استفاده از این سامانه نیز به منظور محاسبه پارامترهای وضعیت رایج شده است. سامانه تعیین موقعیت جهانی از اهمیت زیادی در هوانوردی برخوردار است. از تکنولوژی GPS در هواپیماها به منظور تعیین موقعیت دقیق، محاسبه سرعت و جهت­یابی استفاده می­شود. ناوبری هواپیما با استفاده از GPS یکی از ابزارهای جایگزین برای سامانه‌های مرسوم قدیمی است. استفاده از این سامانه، دستیابی سریع، صحیح و دقیق به موقعیت را امکان پذیر می­کند. علاوه بر این، در کاربرد­ها و الگوریتم­های جدید، از گیرنده­های زمینی (ایستگاه­های GPS که روی زمین قرار دارند) نیز در کاربردهای حساسی مانند فرود و هدایت دقیق هواپیما استفاده می­شود.

 

*تعیین وضعیت با GPS

تعیین وضعیت به وسیله GPS مبتنی بر روش تداخل سنجی است. در این روش حداقل از دو آنتن استفاده می‌شود. سیگنال­های سیستم GPS با سرعت نور انتشار می‌یابند. با محاسبه اختلاف فاز بین سیگنال­های دریافت شده در دو آنتن فاصله نسبی بین آنتن‌ها را می­توان تعیین کرد. سپس می‌توان پارامترهای وضعیت را محاسبه کرد. محاسبه بردار موقعیت نسبی بین آنتن‌ها به وسیله مشاهدات شبه فاصله کد یا به وسیله اندازه­گیری­های فاز موج حامل انجام می­شود. در کاربردهای دقیق از اندازه­گیری فاز استفاده می­شود.

 

تعیین وضعیت با استفاده از GPS موضوع مطالعه و تحقیقات گسترده­ای در گذشته بوده است. تاکنون محققان زیادی در زمینه ارزیابی قابلیت به کارگیری گیرنده­های GPS در تعیین پارامترهای وضعیت یک سکوی متحرک تلاش کرده­اند. تعیین وضعیت با استفاده از GPS ابتدا به وسیله اسپینی در سال 1976 پیشنهاد شد. در سال 1988 یک نمونه اولیه از گیرنده­های چند آنتنی GPS ساخته شد و کرازینسکی اولین آزمایش آنی را در یک محیط دریایی برای بدست آوردن پارامترهای وضعیت انجام داد. در سال 1995 لو به بررسی و توسعه سامانه­های چند آنتنی GPS برای تعیین وضعیت پرداخت و آزمایش‌هایی را در محیط دریا انجام داد. این پژوهش و مطالعه نیز به همت دکتر مهین جعفری مدرس دانشگاه زنجان و دکتر مسعود مشهدی حسینعلی مدرس دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی  انجام شده است که در کنفرانس ملی ناوبری ارائه شده است.

 


*تعیین پارامترهای وضعیت با استفاده از GPS

اگرچه دقت تعیین وضعیت با GPS قابل ‌قبول است اما در مقایسه با برخی از حسگرهای ذکرشده پایین است. از جمله مزایای این سامانه این است که نسبتاً ارزان است. با استفاده از حسگر خورشیدی نمی‌توان پارامترهای وضعیت را به طور کامل محاسبه کرد. چرا که این حسگر نمی‌تواند دوران حول محوری را که به سمت خورشید است، تشخیص دهد. همچنین حسگرهای خورشیدی و افقی تنها می‌توانند یک بردار اندازه‌گیری را تشکیل دهند؛ در صورتی که GPS معمولاً می­تواند در هر لحظه چندین بردار اندازه‌گیری را تشکیل داده و از آن­ها برای تعیین پارامترهای وضعیت استفاده نماید. برای تعریف وضعیت یک سکو معمولاً از دو دستگاه مختصات استفاده می­شود. دستگاه مختصات نخست دستگاه مختصات تراز محلی و دستگاه مختصات دوم دستگاه مختصات جسم مرجع نامیده می­شود.


یکی از مسائل مطرح در ناوبری، تعیین وضعیت یا توجیه یک متحرک نسبت به دستگاه مختصات مرجعی تعریف شده است. حسگرهای مختلفی برای تخمین وضعیت وجود دارند. در این ارتباط تعیین وضعیت با استفاده از GPS اخیراً رشد چشمگیری را نشان می­دهد. همچنین با تلفیق GPS با سامانه IMU در مواردی که به دلایل مختلف ارتباط گیرنده با ماهواره قطع می‌شود می­تواند به تعیین وضعیت با GPS کمک کند. اگرچه صحت تعیین وضعیت با سامانه GPS به تنهایی قابل مقایسه با حسگرهای تعیین وضعیت مدرن دیگر نیست، اما تعیین وضعیت با استفاده از GPS از مزایای زیادی برخوردار است که از جمله آن‌ها می‌توان به ارزان بودن، قابل دسترس بودن و دقت قابل توجه آن اشاره کرد.

 

بنابراین پیشنهاد می­شود برای تعیین وضعیت و جهت­یابی وسایل نقلیه متحرک با نصب حداقل 3 آنتن بر روی بدنه، تعیین وضعیت را با مشاهدات فاز که از دقت بالاتری در مقایسه با مشاهدات کد و مشاهدات کد نرم شده با فاز برخوردارند انجام شود. در صورتی که از 4 آنتن و روش کمترین مربعات برای تعیین وضعیت استفاده شود نتایج دارای صحت و دقت بیشتری خواهند بود.

انتهای پیام/۲۴۵۰

 

زمان انتشار: یکشنبه ۱۴ آبان ۱۳۹۶ - ۱۵:۵۱:۱۷

شناسه خبر: 39094

دیدگاه ها و نظرات :
نام کامل وارد شود
دقیق و صحیح وارد شود
لطفا فارسی و خوانا باشد
captcha
ارسال
اشتراک گذاری مطالب