پروژه رشته مکانیک درباره GPS – قسمت دوم

-4-7- كاربرد در مدیریت و كنترل ناوگانها :

این ناوگان می تواند گشتی های اقیانوس پیمای یك شركت حمل و نقل بین المللی، كامیونهای یك شركت باربری زمینی، قطارها ، شبكه تاكسیرانی شهری، خودروهای گشت پلیس ، آمبولانس ها یا خودروهای آتش نشانی باشد. كافی است واحد متحرك را به یك گیرنده GPS و یك كامپیوتر كه در صفحه نمایش خود، مجموعه راههای ممكن را نشان می دهد مجهز كرد و سپس تمام واحدها را با یك شبكه داده به مركز كنترل وصل كرد. در این صورت مركز كنترل همواره شمایی كه كامل از وضعیت و موقعیت و آرایش كلیه واحدها خواهد داشت. پیش بینی می شود در آینده نزدیك حتی خودروهای سواری هم به این تجهیزات مجهز شوند و بتوانند با هدایت صحیح توسط مركزكنترل ترافیك، بهترین مسیر را در هر شرایطی انتخاب كنند. و یا با دزدیده شدن خودرو توسط این سیتم مكان اختفای آن را كشف كرد.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه   کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان   کنید

2-4-8- كاربرد های زیست محیطی:

به عنوان نمونه با بستن یك قلاده مجهز به GPS و یك فرستنده مناسب می توان مسیر مهاجرت دسته های پرندگان و سایر حیوانات را دقیقا و لحظه به لحظه پیگیری كرد. همچنین در اقیانوس شناسی از یك شناور كوچك مجهز به GPS و فرستنده ، جهت بررسی جریانهای آبی در مكانهای ناشناخته در میان اقیانوسها استفاده می شود.

فصل سوم: معرفی پهپاد به عنوان كار بر سیستم GPS.

فصل سوم

معرفی پهپاد به عنوان كاربر سیستم GPS

3-1- مقدمه :

پهپاد یك كلمة اختصاری از جملة پرنده های هدایت پذیر از دور می باشد كه معادل لاتین آن UAV ( Unmaned airial Vieheles ) و یا RPV    ( Remote Prlote Vicheles ) می باشد.

همان طور كه از این عبارات در این نوع هواپیما خلبان از داخل هواپیما به محل امنی روی زمین انتقال داده شده است ( ایستگاه زمینی). و به همین علت منجر به حذف سیستمهای مربوط به سرنشینان نظیر اكسیژن، صندلیهای پرتاب شونده و سطوح زرهی سنگین شده است. و با توجه به هزینة تربیت خلبان هواپیمای جنگنده این نكته كه پهپاد ها تلفات نیروی انسانی ندارند ارزش پهپادها را به عنوان جایگزین هواپیمای جنگنده روشن می كند.

بسیاری در صنعت UAV بر این عقیده اند برای كاهش هزینه های نظامی باید در این صنعت سرمایه گذاری كرد. هر فروند هواپیمای UAV به طور متوسط 45000 دلار تمام می شود. و در مقایسه با هواپیماهای جنگی از نظر نوع مأموریت 20 الی 30 بار ارزانتر است آمار و ارقام نشان می دهد كه عمده سرمایه گذاری در صنعت UAV در ایالات متحده آمریكا صورت می گیرد كه در حدود 75 درصد كل بودجه اختصاصی به صنعت UAV می باشد.

3-2- تاریخچة پهپاد:

ایده استفاده از پهپادها از جنگ جهانی اول با طراحی دو نوع پهپاد به نامهای

Sperry ( اسپری ) و BUG ( باگ ) قوت گرفت ولی به عنوان اسلحه كاربرد چندانی پیدا نكرد. در سال 1928 یك بمب پرنده به نام روبین ( Robin ) در كوتاه زمانی طراحی و ساخته شد و قادر بود با هدایت رادیویی به عنوان یك بمب زمین به زمین عمل نماید. آمریكا در طی جنگ جهانی دوم از بمبهای پرنده با وزن 3000 پوند به اسم

( 1-GB ) كه دارای بالهای چوبی و رادار بوده استفاده و كنترل آن توسط امواج رادیویی صورت می كرفت و در سال 1943 توسط هواپیماهای B175 بر علیه آلمان استفاده و قبل از پایان جنگ جهانی دوم نوع GB-4 كه مجهز به هدایت تصویری بود طراحی و ساخته شد. آمریكا در طی جنگ جهانی دوم با نصب پهپادهای تهاجمی خود با خالی كردن تجهیزات هواپیماهای B-17 بر روی بمب افكنهای فوق با هدف از بین بردن سایتهای تحقیقاتی موشكی آلمان و ایستگاهای پرتاب آن مشغول عملیات شد و حمله های فوق غالبا غیر موفق و منجر به كشته شدن افراد بیشماری مثل برادر بزرگ رئیس جمهور سابق آمریكا، آقای جوزف كندی ( Joseph Kennedy ) گردید. از موارد مهم استفاده پهپادها در طول جنگ جهانی دوم توسط آلمان ها می توان به موشكهای V1 اشاره كرد كه در واقع هواپیماهایی بودن كه از راه دور كنترل می شدند دورن هواپیما پر از مواد منجر می شد و هواپیماهای بدون سرنشین به سمت شهرهای انگلستان از جمله با دقت یك كیلومتر به طرف اصابت می كرد. و چون هدفها معمولا شهرها و محله های مسكونی بزرگ بودند ایراد دقت كم قابل صرفه نظر بود.

در سال 1962 نیروی هوایی آمریكا، عملیات مختلف شناسایی بر روی كوبا انجام داده و در سال 1963 نوعی پهپاد به نام فایر بیز ( Fire Bees ) كه از روی هواپیماهای C-130 به پرواز در می آورند. با مأموریت شناسایی در ارتفاع كم در ویتنام شمالی و لائوس و چین كمونیست مشغول عملیات شده طبق اطلاعات منتشره آمریكا بالغ بر 3000 پرواز با پهپادها برای انجام مأموریتهای مختلف بر فراز آسیای جنوب شرقی داشته است. و بالاخره تا به امروز كه اوج بالندگی وزارت دفاع آمریكا در زمینة ساخت و تولید پهپادها Joint Stare و qilver Fox و Global Hawk می باشد كه موارد استفاده آنها را می توان در جنگ افغانستان و جنگ دوم آمریكا و عراق نام برد.

و قیمت آنها بالغ بر صدها میلیون دلار بر آورد می شود.

كشورهایی كه در زمینه طراحی و ساخت پهپادها فعالیت دارند می توان به آمریكا – روسیه – ایتالیا – استرالیا – فرانسه – اسرائیل – ایران اشاره كرد.

البته كشورهایی مثل تركیه و پاكستان و هند از چند سال پیش تحقیقات خود را در این زمینه آغاز كرده اند.

3-3- آینده پهپادها :

بدون تردید آینده پهپادها در گرو تولید ریز پهپادها یا میكرو پهپادها می باشند كه در وزارت دفاع آمریكا در حال كار تحقیقاتی گسترده می باشد.

یك كاماندو را در نظر بگیرید كه مأموریت دارد تا چند گروگان كه در ساختمانی گرفتار شده اند را نجات دهد او نیاز دارد بداند كه موقعیت دقیق گروگانها در ساختمان چیست. ولی به راحتی نمی تواند به درون ساختمان قدم بگذارد . دست او به كمر بندش رفته و درب یك جعبه را باز كرده و از آن یك ریز پهپاد بیرون می آورد. این یك پرنده دو اینچی است كه می تواند به سرعت در داخل ساختمان پرواز كرده و پس از جمع آوری اطلاعات لازم وضعیت را ارزیابی كند.

این پرنده ها به علت اندازة بسیار كوچكشان آشكار شدنشان توسط دشمن بسیار مشكل می باشد. و در صورت آشكار شدن هم به آسانی نمی توان آنها را هدف گلوله قرار داد.

تفكر محققان وزارت دفاع آمریكا این است كه یك منبع تغذیه جدید برای این هواپیما اختراع كنند. آنها می گویند اگر از باطری استفاده كنیم بسیار سنگین بوده و به علاوه نمی تواند برای مدت طولانی نیروی الكتریسیته را تأمین كند. ما بر روی منبع انرژی خارج از هواپیما تحقیق می كنیم در این تحقیقات یك آنتن، پرنده را رد گیری كرده و به وسیله امواج مایكرو ویو برایآن انرژی تهیه می كند، پرنده انرژی ارسالی را دریافت كرده و آن را اصلاح یكسویه كرده و برای راه اندازی پهپاد به كار می برد. یكی از مزایا و برتری های انرژی مایكرویو این است كه شما می توانید اندازه پهپاد را كوچك و كوچكتر سازید در صورتی كه با استفاده از باطری چنین كاری مشكل می باشد. در روی ریز پهپادها آنتنی كه در حال تحقیق و بررسی برای نصب هستند چند جهتی

( Multi – DIRECTIONAL ) بوده و پرنده به هر سو پرواز كند می تواند از آن انرژی لازمه را دریافت كند كه آنها از بدنه هواپیما نیز به عنوان آنتن استفاده كرده اند. و البته سایر اجزای پرنده ، از قبیل سنسورها ومدارات الكتركی و ؟ و غیره بسیار كم حجم و سبك می باشند.

3-4- وظایف پهپاد :

1- شناسایی :

به كمك دوربینهای عكسبرداری و دوربینهای فیلم برداری اعم از دید در شب و روز می توان از مناطق مورد نظر عكس و فیلم تهیه كرد و متوسط سك فرستنده تصاویر را به گیرنده ایستگاه زمینی و یا در صورت امكان به ماهواره ارسال كرد به نظر می رسد مهم ترین وظیفه ای كه می توان به یك پهپاد سپرد شناسایی و یا جاسوسی از مواضع ، تجهیزات و امكانات دشمن می باشد. امروزه ایالات متحده آمریكا در این امر پا را فراتر نهاد . یك پهپاد ساخت این كشور مثل پهپاد T-Star قادر است تا با شناسایی تجهیزات دشمن با تاباندن لیرز به آن بمبهای هدایت شوند را از صدها كیلومتر آنطرف تر به سمت هدف هدایت نماید.

2- هدف :

از این پرنده ها می توان برای آموزش پدافند موشكهای زمین به هوا و هوا به هوا استفاده كرد. و یا تست و آزمایش را دارهای جستجو گر و یا ردگیر استفاده نمود. ولی از آنجائیكه RCS هواپیماهای بدون سرنشین با بدنه كامپوزیت ( یا فایبر گلاس)

كم می باشد با نصب رفلكتورهای مناسب بر روی هواپیمای بدون سرنشین RCS آنها را تا حد RCS های هواپیماهای جنگنده بالا برد.

3- انتحاری:

در این روش هواپیمای بدون سرنشین را پر از مواد منفجره كرده و با دادن مختصات هدف به حافظة پردازش گر همانند موشك به سمت هدف روانه می كنند. و یا در روشی كه بعضی از كشورها به تكنولوژی ساخت آن رسیده با نصب سیستمی به نام جستجوگر راداری ( Radar Sekker ) در نوك هواپیمای بدون سرنشین این پرنده را كه از مواد منفجره گشته است را به سمت رادار دشمن هدایت می كنند.

و آن را بر اثر اصابت با پرنده نابود می سازند.

4- رله اطلاعات:

در مناطق عملیاتی و یا در عمق خاك دشمن كه امكان نصب فرستنده و دكل جهت رله اطلاعات وجود ندارد پهپادها می توانند نقش خود را ایفا كنند.

به طور مثال پهپاد Silver Fox ( روباه نقره ای ) تفنگداران آمریكایی را در جنگ با عراق در راستای جمع آوری و رله بلادرنگ اطلاعات برای مقاصد عملیاتی یاری داده است.

گزارش شده است كه 8 فروند از این نوع پهپاد در صحنه عملیاتی عراق فعال بودند.

5- رزمی:

پهپادها را می توان با نصب موشكهای مناسب بر روی آنها تهاجم به اهداف دشمن كرد. همان طور كه در جنگ دوم آمریكا با عراق یك پهپاد پریدیتور یك موشك هلفایر را به دیش اصلی ماهواره ای تلویزیونی در مركز شهر بغداد به عنوان بخشی از تلاشها برای از كار انداختن عراق شلیك كرد. با اینكه موشك مستقیما به هدف اصابت كرد ولی سیگنال تلویزیونی هنوز روشن بود و علت آنهم این بود كه صدام حسین از 12 سال پیش برای چنین حملاتی خود را آماده كرده بود.

6- جنگ الكترونیك:

با نصب جمر بر روی پهپاد می توان جهت از كار انداختن رادار دشمن به طور موقت و یا اختلال در گیرنده ای اطلاعاتی دشمن عمل كرد و یا فریب دشمن به صورتی كه با نصب رفلكتورهای مناسب سطح رادارمی ( RCS ) یك پهپاد كوچك و ارزان را به اندازه یك هواپیمای جنگنده و یا بمب افكن تبدیل كرد و موج اتلاف موشكهای پرتابی از طرف دشمن شد.

3-5- سیستمهای الكترونیكی پهپاد:

1- لینك مخابراتی :

این لینك شامل فرستنده ها و گیرنده ها و آنتها می باشد.

پهپادی كه برای شناسایی و یا دیده بانی ساخته می شود باید یك فرستنده تصویر و یك دوربین برای ارسال تصاویر و یك فرستنده و گیرنده Data جهت ارتباط با ایستگاه زمینی برای دریافت فرآمین و دادن گزارشات راجع به وضعیت هواپیما می باشد. حساسیت گیرنده ها و توان فرستنده ها باید به قدری مناسب باشد كه پهپاد بتواند مسافت تعیین شده مثلا 300 km را به راحتی طی نماید. در روی یك پهپاد به اجبار نمی توان از آنتن های جهتی استفاده كرد از این رو در اكثر پهپادهایی كه ساخت داخل و خارج می باشند از آنتن های مونوپل و دای پل استفاده می شود.

در روی ایستگاه زمینی به عات آن كه جهت پهپاد را می توان ردیابی ( Track ) كرد می توان از آنتن های جهتی یاگی و یا دیش برای بالابردن بهره استفاده نمود.

2- كنترل و ناوبری:

تبدیل اطلاعات ناشی از فرآمین رادیو كنترل به زبان كد برای هدایت پهپاد و سایر تبادل اطلاعات از قبیل تبدیل وضعیت سروها و سنسورها از طریق نرم افزار به زبان كد جهت ارسال به ایستگاه زمینی جزو وظایف قسمت كنترل و ناوبری می باشد.

3- اپتیك :

پهپادهای شناسایی احتیاج به دوربینهای معمولی و دوربینهای دید در شب دارند كه استفاده از هر كدام ازآنها بسته به زاویه دید و ارتفاع و نوع مأموریت دارای ظرافتهای خاص خود را دارند. در پهپادهای مدرن از تكنیكهای SAR ( Synthetic Aperture Ruduv ) جهت شناسایی استفاده می شود با استفاده از این سیستم عواملی از قبیل شرایط جوی و شب و روز و گرد و غبار به دلیل راداری بودن تكنیك این سیستم تقریبا بی تأثیر می شوند.

این روش در دسترس كشورهای جهان سوم قراردادده نشده است.


4- وایرنیگ :

وایرنیگ در واقع سیم كشی داخلی بدنه پهپاد می باشد كه سیستمهای مختلف داخلی پهپاد ار به هم ارتباط می دهند. البته به دلیل وجود داشتن انواع مولدهای نویز از قبیل موتور، سویچینگ تغذیه ، فرستنده های Data و تصویر و غیره باید تكنیك‌های EMC (Electro Magnatic Inter fernce ) را به شدت رعایت كرد. این كار قواعد و روشهای خاص دارد كه در دانشگاههای هواپیمایی راجع به این موضوع تحقیقات گسترده ای انجام شده .

5- منابع تغذیه و سویچینگ:

منابع تغذیه پهپاد ژنراتورهایی می توانند باشند كه با موتور كوپل گشته اند و یا برای پهپادهای كم مصرف از باطری های قابل شارژ از نوع نیكل كاریم و غیره جهت تغذیه سیستم های الكتورنیكی و برقی استفاده می كنند.

3-6- سیستم های مكانیكی:

كه می توان از این قسمت به اجزا بدنه و بال – لانچر – موتور – ملخ و چتر و … اشاره كرد.

3-7- ایستگاه زمینی:

معمولا ایستگاه زمینی یك كامیون اتاق دار و یا یك ون می باشد كه داخل آن تجهیزات كامپیوتری برای هدایت پهپاد و چندین مانیتور برای دیدن موقعیت مكانی پهپاد به وسیله Simulator و دیدن تصاویر و عكس هایی كه یك پهپاد به هنگام شناسایی به ایستگاه زمین ارسال می كند. بر روی اتاقك كامیون هم جایگاهی برای آنتن جهتی ( از قبیل دیش و یاگی و… ) برای دریافت تصاویر و آنتنهای غیر جهتی ( از قبیل دی پل و منوپل) برای ارسال و دریافت فرامین ( Data ) می باشد.

3-8- شرح عملیات پروازی:

یك پهپاد به دلیل محدودیت در حجم و نیروی محركه موتور به تنهایی قارد به اوج گرفتن و پرواز نمی باشد. زیار طراحی كی پهپاد به گونه ای است كه باید سبك ترین وزن برای مصرف كم انرژی و كوچكترین حجم را برای قدرت مانور و دور ماندن از دید رادار را داشته باشد.

از این رو عامل پرتاب یك پهپاد ، وسیله ای خارجی می باشد كه لانچر (Lancher) نام دارد. پهپاد بر روی لانچر قرار می گیرد و لانچر توسط نیروی متراكم شده ، پهپاد را با زاویة تعیین شده پرتاب می كند. بعد از شتاب گرفتن لازم، پهپاد ادامة مسیر را با كمك موتور خود طی می نماید. بعضی از پهپادها هم برای گرفتن شتاب لازم طوری طراحی شده اند كه از روی هواپیماهای حامل به بیرون پرتاب می شوند.

بعد از اینكه پهپاد عمل Take Off را انجام داد. خلبان با یك رادیو كنترل دستی به هدایت پهپاد می پردازد و هنگامی كه پرنده از دید چشم دور شد . هدایت آن توسط كامپیوتر ایستگاه زمینی و GPS انجام می شود. بعد از انجام مأموریت پهپاد دوباره به مكان ایستگاه زمینی برگشته و روی جادة مسطحی كه برای آن تدارك دیده شده‌است توسط خلبان با رادیو كنترل و بطریقة چشمی عمل فرود( Landing) را انجام می‌دهد.

فصل چهارم

مروری بر تئوری GPS و مبحث خطاها

در این بخش به سیستم GPS و سیگنالهای ماهواره‌های GPS و مبحث خطاها اشاره خواهد شد.

4-1- سیستم GPS

سیستم GPS به سه بخش قابل تقسیم بندی می باشد. بخش فضایی و بخش كنترل و بخش زمینی.

1- بخش فضایی (Space Segment)

برای فراهم كردن امكان یابی پیوسته جهانی در GPS، طراحی برای گردش تعداد كا فی ماهواره به گرد زمین اجرا شده است كه تضمین می كند تحت هر شرایط، در هر زمان و در هر نقطه، همواره حداقل 4 ماهواره، در دید الكترونیكی هستند.

طرح های مختلفی برای چگونگی آرایش و تعداد ماهواره های لازم پیشنهاد و بررسی شده و در نهایت این نتیجه بدست آمد كه تعداد 24 ماهواره در 6 صفحه مداری به مركزیت كره زمین قرار بگیرند كه در هر صفحه 4 ماهواره قرار گرفته باشد. از این 24 ماهواره 21 ماهواره فعال و 3 ماهواره دیگر به صورت یدكی می باشند.

منظومه ماهواره های GPS وجود 4 تا 8 ماهواره با ارتفاع 15 درجه را در حوزه دید هر كاربر واقع در هر نقطه سطح زمین، در هر لحظه ای از شبانه روز تضمین می كند.

اگر زاویه قطع تا حد 10 درجه كاهش یابد در برخی زمانها تا 10 ماهواره هم در دید خواهد بود و با كاهش بیشتر زاویه قطع تا 5 درجه این تعداد به 12 تا هم خواهد رسید، ماهواره های GPS دارای بخش هایی برای دریافت و پخش امواج رادیویی، ساعت های اتمی، كامپیوترها، صفحه های خورشیدی برای تهیه انرژی و سیستدم پیش رانش به منظور حفظ پایداری ماهواره در مدار خود هستند.

ماهواره ها با ارسال سیگنالهایی برای كاربر، به او امكان می دهند تا فاصله خود را تا آنها بسنجند. همچنین هر ماهواره پیامی منتشر می كند كه به كاربران اجازه می دهد تا موقعیت فضایی ماهواره را در هر لحظه تعیین كند. به كمك این سیگنالها است كه كاربران قادرند مكان خود را بر روی و یا نزدیك سطح زمین با روش تقاطع بدست آورند. برای تشخیص ماهواره های مختلف از هم، راههای مختلفی وجود دارد مانند: شماره نوبت پرتاب، كد نویز شبه اتفاقی PRN، شماره موقعیت مداری و بالاخره شماره كاتالوگ NASA ماهواره.

پنج نسل مختلف از ماهواره های GPS وجود دارد كه در اینجا معرفی می شود: نسل I، نسل II و نسل IIR و نسل IIF.

ماهواره های نسل I در دوره زمانی 1978 تا 1985 با وزن kg845 به فضا پرتاب شدند.

گرچه این نسل از ماهواره های GPS دیگر وجود خارجی ندارند ولی از لحاظ مطالعاتی و پایه بودن آنها در مراكز علمی و دانشگاهی مورد بررسی و مطالعه قرار می‌گیرند. سیگنالهای ارسالی ماهواره های نسل I برای كلیه كاربران GPS در دسترس و قابل استفاده بود ولی در نسل II، برخی از سیگنالها رمز شده و دسترسی و حق استفاده از آن به آن دسته از كاربران كه وزارت دفاع آمریكا مجاز تشخیص می دهد (عموماً نیروهای نظامی ایالات متحده و سایر نیروهای NATO) محدود گشته است.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

لینک متن کامل

Leave a comment