پروژه رشته مکانیک درباره GPS – قسمت چهارم

– اختلال رادیویی (Jamming)

با توجه به اینكه گیرنده های GPS متكی به دریافت سیگنالهای رادیوئی RF هستند در نتیجه نسبت به تداخل امواج RF آسیب پذیرند. تداخل امواج رادیویی می توانند موجب كاهش دقت ناوبری و یا از دست رفتن ردیابی (Tracking) در گیرنده شود.

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

البته ممكن است اختلالات رادیویی ناشی از تاخیر عوامل غیرخطی در فرستنده‌های توان بالا باشد كه موجب به وجود آمدن كارمونیكهایی در باند مورد استفاده سیگنال GPS می شود كه بازهم باعث كم شدن دقت در گیرنده GPS می شود ولی اغلب اختلالات عمدی می باشد كه بسته به نوع گیرنده GPS (نظامی یا غیرنظامی) جمر (Jammer) آن نیز دارای خصوصیات متفاوت می باشد.

برای هر نوع نظامی یا غیرنظامی جمری كه طراحی می كنند معمولاً از نوع جمر باند وسیع می باشد. زیرا همانطور كه می دانیم سیگنال GPS به دلیل استفاده از تكنیك طیف گسترده دارای باند وسیعی می باشد. در نتیجه برای تضعیف حساسیت گیرنده GPS یك سیگنال باند پهن را با توان نسبتاً بالا توسط یك فرستنده كه در ارتفاع بالایی نیز نصب می شود به محیط اطراف انتشار داد.

طبق محاسبات تئوری اگر توان سیگنال رسیده به آنتن گیرنده GPS، dbm124- باشد برای از كار انداختن یك گیرنده GPS از نوع تجاری احتیاج به Jammer باند وسیع با توان خروجی 1 وات داریم تا بتواند به شعاعkm135 محیط اطراف را پوشش دهد.

برای از كارانداختن جمرهای نظامی احتیاج به توان بالایی داریم زیرا كاربران نظامی از دو فركانس L2,L1 به طور همزمان می توانند استفاده كنند سپس لازم است تا بر روی دو فركانس با باند وسیع عملیات جمینگ (Jamming) را انجام دهیم. حال آنكه فركانس L2 به خاطر اینكه با كد P ضرب شده طیف این فركانس دارای بهره پردازش (GP) بالاتری نسبت به L1 می باشد.

طبقه محاسبات تئوری برای گیرنده های GPS از نوع نظامی اگر جمر از نوع
CW Jammer باشد برای پوشش دادن محیطی به شعاع km54 احتیاج به توان خروجی 1000 وات داریم ولی اگر جمر نظامی از نوع Noise Jammer باشد برای پوشش دادن محیطی به شعاع km16 احتیاج به توان خروجی 100 وات داریم.

2- دسترسی گزینشی SA: (Selective Availibility)

دومین روشی كه در ایجاد خطای عمدی توسط صاحبان GPS مورد استفاده می‌شود روش دسترسی گزینشی SA می باشد. در طراحی اولیه دقت مورد انتظار از مكان یابی با كد C/A، در حدود 400 متر پیش بینی می شد، اما در آزمایشهای عملی، سطح دقت شگفت انگیز 40-15 متر در مكانیابی و كسری از m/s برای سرعت سنجی به دست آمد. هدف از SA این است كه از طریق ایجاد خطای تعمدی در فركانس پایه ساعت ماهواره نگذارند كه دقت ناوبری برای همه كاربران اینقدر بالا باشد.

SA روی ماهواره های نسل اول موجود نبود و بر روی ماهواره های نسل دوم و نسل های بعدی پیاده سازی شده و از 25 مارس 1990 در سطوح مختلفی از كاهش دقت اجرا می شود انحراف ساعت ماهواره اثر مستقیمی بر روی اندازه گیری فاصله بین ماهواره و گیرنده GPS (شبه فاصله) دارد. زیرا شبه فاصله از مقایسه ساعت ماهواره در لحظه دریافت حساب می شود.

3- فرآ‌یند

روش دیگر در ایجاد خطای تعمدی برای گیرندگان GPS فرآیند است كه توسط صاحبان GPS مورد اجرا گذاشته می شود.

فرآیند عبارتست از قطع اطلاعات مداری ارسالی در پیام ناوبری و یا ایجاد خطا در آنها به گونه ای كه محاسبه مختصات ماهواره به طور دقیق دیگر ممكن نباشد. خطا در اعلام موقعیت ماهواره مستقیماً به صورت خطایی معادل در موقعیت گیرنده جلوه می كند. بنابراین خطاهای مداری هم ایجاد خطای شبه فاصله می كنند. براساس ادعای وزارت دفاع آمریكا، دقت هم اكنون در شرایط فعال بودن كامل SA و فرآیند به 100متر برای مكان افقی و 156 متر برای ارتفاع كاهش پیدا كرده است.

و خطای سرعت سنجی در حد ms3/0 و خطای زمان سنجی در حدود ms340 است. تمام این اعداد در سطح احتمال 95% داده شده است.

4- ضد فریب A-S

در طرح GPS امكان خاموش كردن كد P و یا رمز كردن آن به گونه ای كه دسترسی به آن جز برای كاربران مجاز ممكن نباشد هم دیده شده است. هدف اصلی از انجام این كارجلوگیری از ارسال سیگنالهای جعلی با همان ساختار سیگنال GPS و با محتوای مغشوش توسط دشمن است. در عین حال A-S باعث می شود كاربران غیرمجاز حتی نتوانند كد P را دریافت كنند. برای انجام A-S یك كد رمز كننده W با كد P جمع انحصاری (Ecclusive Or) می شود، كد حاصل Y نام دارد.

در نتیجه وقتی كه A-S فعال باشد، به جای كد P برروی موج های حامل L2,L1، كد مجهول Y قرار می گیرد. و گیرنده های مجاز به طور خودكار و با دریافت علایم مخصوص از ماهواره متوجه تغییر كد شده و به كد جدید سویچ می كنند. از آنجا كه كد Y، رمزی و مجهول است دشمن دیگر نمی توان روی آن هم اطلاعات غلط بفرستد و حتی نمی تواند آ‌ن را دریافت كند.

قابل توجه است كه A-S حالتی دو سطحی دارد، یعنی یا روشن است و یا خاموش، و حالت بینابینی وجود ندارد، بنابراین برخلاف SA تغییرات اتفاقی و نوسانی نمی‌تواند اتفاق بیافتد.

A-S از 31 ژانویه 1994 بطور دایم اجرا شده و بسیاری از كاربران غیر نظامی را كه تا آن موقع از PPS استفاده می كردند دچار مشكل كرده است. براساس سیاست وزارت دفاع آمریكا اجرای A-S همواره بدون اعلام قبلی خواهد بود.

فصل پنجم

سخت افزار سیستم ناوبری توسط GPS

سخت افزار سیستم ناوبری توسط GPS به دو بخش سیستم الكترونیك هوائی و ایستگاه كنترل زمینی تقسیم بندی می شود. كه بین این دو قسمت دو كانال رادیوئی وجود دارد كلیه فرامین لازمه از ایستگاه كنترل زمینی روی یك فركانس در باند UHF در ده كانال مدوله شده و به پهپاد ارسال می شود و در سیستم الكترونیك هوایی نیز كلیه اطلاعات تله متری در 28 كانال و روی فركانسی در باندL مدوله شده و به ایستگاه كنترل زمینی ارسال می شود.

5-1- سیستم الكترونیك هوایی

این سیستم كه منظور همان تجهیزات نصب شده بر روی پهپاد می باشد از قسمتهای زیر تشكیل شده است:

1- گیرنده GPS: گیرنده بكار رفته در صنعت پهپاد ایران از نوع گیرنده تجاری GPS است كه با كد C/A كار می كند. خروجی گیرنده GPS معمولاً می تواند دو نوع پروتكل داشته باشد استاندارد NMEA 0183.

(National Marin Electronic Aviation 0183) و پروتكل باینری كه در صنعت پهپاد سازی ایران از پروتكل باینری استفاده می شود. خروجی گیرنده GPS توسط یك پورت سریال به پردازشگر اصلی متصل می شود.

گیرنده GPS دارای یك آنتن Patch و قمست تقویت كننده Low Noise و یك قسمت برای عملیات Fown Convert می باشد كه این قسمتها داخل یك جعبه كوچك قرار گرفته و بر روی پهپاد نصب می شود زیرا قسمت آنتن همواره باید در مقابل سیگنال ماهواره در جهت بالا قرار بگیرد خروجی این جعبه توسط یك سیم كواكسیال به درون سیستم پهپاد هدایت می شود ادامه مراحل گیرندگی و آشكارسازی اطلاعات توسط یك كارت كه در سیستم نصب شده ادامه پیدا می كند در این كارت قسمت مخابراتی و دیجیتالی آن قرار دارد و در نهایت با آشكار شدن اطلاعات توسط یك پورت سریال به پردازشگر اصلی كه آن هم در سیستم پهپاد قرار دارد اعمال می‌شود.

2- بخش سیستم پهپاد

برای اینكه قسمتهای الكترونیكی یك پهپاد بصورت مجزا و پراكنده در داخل بدنه پخش نباشند سیستمی برای پهپاد تعریف كردند تا تمام بردهای الكترونیكی از قبیل برد گیرنده GPS و برد گیرنده Data و برد پردازشگر اصلی داخل آن نصب شود.

3- گیرنده Data

این گیرنده كه در باند UHF كار می كند بعد از عملیات دمدولاسیون دیتای آشكار شده را به صورت سریال به پردازشگر مركزی داده تا پردازشگر بتواند دستورات لازم را به سروها و دیگر قسمتها اعمال نماید.

این گینرده شامل قسمت آنتن از نوع غیر جهتی (مونوپل) و قسمت تقویت كننده RF و قسمت Mixer جهت عملیات Down Convert و قسمت آشكارساز دیتا می‌باشد. آنتن را روی بدنه پهپاد نصب می كنند و بقیه قسمتها به شكل یك كارت روی سیستم پهپاد نصب می شود.

4- پردازشگر مركزی

پردازشگر مركزی فرامین ایستگاه زمینی را از طریق گیرنده Data دریافت كرده و با توجه به اطلاعاتی كه از طریق گیرنده GPS دریافت می كند و با مقایسه این دو اطلاعات با هم دستورات لازم را به سرو موتورهای پهپاد می دهد.

گاهی اوقات هم پردازشگر مركزی برای ساعتها هیچ گونه اطلاعاتی را از ایستگاه زمینی دریافت نمی كند. بلكه با برنامه از قبل داده شده در حافظه پردازشگر و با مقایسه با اطلاعات GPS به هدایت پهپاد می پردازد.

5- فرستنده Data

اطلاعاتی را كه پردازشگر مركزی قرار است به طرف ایستگاه زمینی ارسال كند شامل وضعیت سنسورها- اطلاعات GPS- موقعیت مكانی پهپاد از نظر ارتفاع و Position- اطلاعات ایستگاه زمینی به صورت تكرار می باشند.

در ایستگاه زمینی نیز با دریافت این اطلاعات و با توجه به برنامه شبیه سازی كه قبلاً با زبان C نوشته شده است كامپیوتر ایستگاه زمینی نقشه عملیات (Mission) پرواز پهپاد را بر روی مانیتور ایستگاه زمینی برای خلبان رسم می كند.

6- سنسورها

اطلاعاتی كه از سنسورها به پردازشگر مركزی می رسد می تواند از قبیل مقدار سوخت باقی مانده- گیج باتری سیستم- دور موتور (RPM)- ارتفاع هواپیما- زاویه هواپیما نسبت به سطح افق و سطح عمود- درجه حرارت محیط و… باشد.

7- سرو موتورهای پهپاد

پردازشگر مركزی با دریافت فرآ‌مین لازم از ایستگاه زمینی و مقایسه با اطلاعات دریافتی از GPS اقدام به صدور فرآمینی به سرو موتورهای پهپاد می نماید و سرو موتورها نیز با تغییر وضعیت قطعاتی مكانیكی از قبیل Eloran روی بال و Elevator و Rader روی دم هواپیما می شود.

5-2- ایستگاه كنترل زمین

این قسمت معمولاً یك كامیون اتاق دار می باشد كه داخل آن تجهیزات كامپیوتری برای هدایت پهپاد و چندین مانیتور برای دیدن موقعیت مكنی پهپاد به وسیله Simulator كه با برنامه C نوشته شده است می باشد.  

ایستگاه كنترل زمینی دارای یك نگینرده Data می باشد كه اطلاعاتی كه از پهپاد به هم می رسد را دمدوله می كند این اطلاعات شامل مكان جغرافیایی پهپاد وضعیت سنسورهای سوخت و فشار و سرعت و ارتفاع و غیره می باشد.

بعد از آشكارسازی اطلاعات توسط گیرنده و نمایش آنها در Simulator خلبان كه در داخل ایستگاه تمام حالات و حركات پهپاد را بررسی می كند فرآمین لازم را توسط كلیدها و پتامتیومترهای جلوی خود را صادر می كند پردازشگر ایستگاه زمینی این فرآمین را به دیجیتال تبدیل كرده و به صورت سریال تبدیل می كند و سپس به فرستنده اطلاعات كه در بالای اتاقك ایستگاه به همراه یك آنتن غیر جهتی نصب شده است اعمال می كند و كیلومترها آنطرف پهپاد فرآمین لازم را توسط گیرنده خود دریافت نموده تا به فرآمین ارسالی ترتیب اثر دهد.

فصل ششم

نرم افزار سیستم ناوبری پهپاد

در ناوبری یك هواپیمای بدون سرنشین ابتدا مسیر حركت هواپیما را مشخص كرده و نقاطی را روی نقشه مسیر به عنوان نقاط مسیر (Way Point) تعیین می كنیم. مختصات از این نقاط در حافظه پردازشگر سیستم پهپاد ضبط می شود.

این مختصات را می توان از روی نقشه جغرافیایی منطقه بدست آورد.

داده های ناوبری D(t) بعد از آشكار شدن در گیرنده GPS به پردازشگر سیستم پهپاد انتقال داده می شوند این داده ها در واقع موقعیت مكانی فعلی هواپیما می‌باشند. پردازشگر با مقایسه مختصات مكانی فعلی پهپاد با نقاطی (Way Point) كه در حافظه خود دارد فرمانهای لازم را برای تطبیق دادن موقعیت پهپاد با موقعیتی كه در حافظه خود ذخیره كرده را می دهد. نقاطی كه در حافظه پردازشگر ذخیره می شوند دارای محدودیتی نیست معمولاص نقطه 1 را به مختصات ایستگاه زمینی اختصاص می دهند و نقطه آخر شامل مقصد یعنی جایی كه هواپیما باید Landding (فرود آمدن) كند می‌باشد.

پردازشگر برای تطبیق دادن مختصات فعلی پهپاد با مختصات نقاطی كه در حافظه دارد یكسری فرمانهایی را به قسمتهای مكانیكی پهپاد ارسال می كند.

این فرمانها از قبیل:

1- فرمان سكان افقی متحرك (Elevator)

2- فرمان شهپرها (Ailerons)

3- فرمان سكان عمودی متحرك هواپیما (Rudder)

4- فرمان گاز (Throttle)

5- فرمان تغییرات جزئی (Trim)

6- فرمان كلید سلكتور GPS در هنگام برنامه ریزی

7- فرامین خاموش كن و چتر

پردازشگر مركزی می توان یك میكروكنترلر یا میكرو پروسسور باشد.

پردازشگری كه هم اكنون در صنایع پهپادسازی ایران مورد استفاده قرار می گیرد از خانواده میكروكنترل 8051 می باشد.

در برنامه نویسی نرم افزار ناوبری توسط GPS به نكات زیر پرداخته می شود:

1- پروتوكل دریافت و ارسال فرامین از ایستگاه زمینی به پهپاد.

2- سیستم كشف خطا.

3- برنامه اصلی و وقفه های خارجی و وقفه های مربوط به ارسال و دریافت.

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