سایت دانلود

تحقیق ها مقاله ها و پایان نامه ها
مکانیک

پروژه رشته مکانیک درباره GPS – قسمت اول

مقدمه

بشر از گذشته هاي دور براي گم نكردن مسير خود در سفرها به دنبال علامت و نشانه‌هايي از قبيل خورشيد و ستاره ها و غيره بوده است.

كه با رشد تكنولوژي، با اختراع هواپيماها و كشتي هاي اقيانوس پيما و موشكهاي برد كوتاه و برد بلند و ساير ادوات ديگر وسايل قديمي حتي قطب نما نيز ديگر براي اين كار مناسب نبود. از اين رو يكي از راههاي تعيين مسير و موقعيت مكاني استفاده از داده هاي ماهواره هاي GPS مي باشد. اين سيستم در تمام طول شبانه روز و تحت تمام شرايط آب وهوايي در خدمت كاربران واقع در تمام نقاط سطح كره زمين مي باشد. از آنجا كه گيرنده هاي GPS به صورت پسيو كار مي كنند هيچ محدوديتي از نظر تعداد كاربران ندارند. GPS در هر نقطه جهان و در هر زمان به سه پرسش زمان- مكان و سرعت پاسخ دقيق و ارزان مي دهد.

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

براي انجام اين عمل ماهواره ها همواره مشغول ارسال سيگنالهايي شامل كدهاي فاصله سنجي و نيز پيام ناوبري براي كاربران هستند. كدهاي فاصله سنجي گيرنده‌هاي GPS را قادر مي سازد تا زمان انتشار سيگنال را اندازه بگيرد و بدين وسيله با توجه به معلوم بودن سرعت انتشار امواج الكترومغناطيسي فاصله بين كاربر تا ماهواره ها معلوم مي شود. پيام داده هاي ناوبري گيرنده را قادر مي سازد تا مكان هر كدام از ماهواره‌ها را در لحظه ارسال سيگنال محاسبه كند. سپس گيرنده با استفاده از اين اطلاعات موقعيت خود را بدست مي آورد.

فصل دوم

2-1- تعريف ناوبري (Navigation)

به طور خلاصه مي توان گفت هدف از ناوبري يك هواپيماي بدون سرنشين هدايت هواپيما از يك نقطه مبدا به يك نقطه مقصد است به منظور هدايت هواپيما، خلبان در ايستگاه زميني نياز به اطلاعات مختلفي دارد، از جمله جهت هواپيما نسبت به شمال جغرافيايي، فاصله تا مقصد، طول و عرض جغرافيايي و زمان رسيدن به مقصد.

به منظور دستيابي به اين اطلاعات با كمترين خطا چاره اي جز طراحي يك Link راديويي وجود ندارد. در قسمت بعد انواع سيستمهاي راديويي از حدوداً جنگ جهاني دوم تا اين اواخر كه بشر آنها را طراحي كرده آورده شده است.

2-2- انواع سيستم هاي ناوبري راديويي

2-2-1- OMEGA

اين سيستم ناوبري با برد بلند مي باشد كه از تكنيكي موسوم به هيپربوليك (Hyperbolic) جهت تعيين مختصات هواپيما استفاده مي شود. اين سيستم براساس اندازه گيري تغييرات فاز روي فركانس كار مي كند فركانس كار اين سيستم
10-14KHZ مي باشد و بعد از جنگ جهاني دوم هم پديد آمده است. به خاطر اين كه روي فركانس پايين كار مي كند تمام نقاط كور يا چاله هاي زميني را پوشش مي دهد. و داراي هشت ايستگاه فرستنده بر روي زمين مي باشد ابتدا مصرف نظامي داشته و سپس مصارف تجاري آن نيز شروع شده است.

آخرين اطلاعات حاكي از آن است كه امروزه نيز اين سيستم ناوبري بصورت تمام وقت كار خود را ادامه مي دهد.

اطلاعاتي كه اين سيستم براي خلبان فراهم مي آورد عبارتند از:

1- تعيين موقعيت هواپيما به صورت مختصات طول و عرض جغرافيايي.

2- زاويه و مسافت هواپيما تا ده مقصد مختلف (Way Point)

3- مسير واقعي پرواز (Cross Track)

4- زمان رسيدن به مقصد و سرعت هواپيما نسبت به زمين

5- اطلاعات مربوط به سمت و سرعت باد در پرواز.

2-2-2- DECGA

اين سيستم نيز از تكنيك هيپربوليك (Hyperbolic) جهت تعيين مختصات هواپيما يا كشتي استفاده مي كند.

ايستگاههاي DECGA روي فركانس 12-70 KHZ به صورت دائم كار مي كنند ايستگاههاي فرستنده زنجيروار آراسته شده اند كه مرز زنجير از يك ايستگاه اصلي (Master) با قابليت عملكرد كنترلي و سه ايستگاه Slave كه سيگنالهايشان با ايستگاه اصلي قفل فاز شده اند تشكيل شده است. اين سيستم انگليسي است و طي جنگ جهاني دوم به وجود آمده است. ابتدا جهت استفاده در كشتي ها و ناوهاي جنگي طراحي و ساخته شده بود و بعدها مصارف هوايي نيز پيدا كرد.

اطلاعاتي كه اين سيستم در اختيار خلبان قرار مي دهد عبارتند از:

1- تعيين موقعيت هواپيما به صورت مختصات طول و عرض جغرافيايي.

2- زاويه و مسافت هواپيما تا مقصد.

3- زمان رسيدن به مقصد و سرعت هواپيما نسبت به زمين.

2-2-3- LORAN : ( Lony ranye Navigation )

اين سيستم داراي ايستگاههاي اصلي ( Mastr ) و ثانويه ( Secondary )

است كه پالسهايي با دوره تكرار 25 يا 30 در ثانيه ارسال مي كنند كه طول اين پالسها 40 ميكر ثانيه است گيرنده با دريافت اين پالسها از دو ايستگاه ، موقعيت مكاني خود را به دست مي آورد.

اين سيستم روي فركانس 10-14 KHZ كار مي كند و تقريبا پوشش جهاني دارد.

2-2-4- ANF                              ( Automatic Diretion Finder )

در اين روش ايستگاههاي راديويي وجود دارند كه فركانس امواج آنها 200 تا 2000 كيلو هرتز مي باشد. گيرنده با گرفتن اين امواج جهت آن را ؟ مي دهد و انسان را به سمت آن ايستگاه هدايت مي كند.

 

2-2-5-   VOR                        ( VHF Omni Ranye Beo Con )

فرستنده اين سيستم روي فركانس 112 تا 9/117 مگاهرتز كار مي كند. و دقت اين سيستم از ADF بيشتر است. گيرنده VOR جهت خود را تا فرستنده نسبت به شمال مغناطيسي پيدا مي كند.

2-2-6-GPS                                  ( Positioniog System Global  )

سيستم GPS يك سيستم تعيين موقعيت ماهواره ايي است كه اطلاعات دقيق پيوسته و جهاني و سه بعدي از موقعيت و سرعت را در اختيار كاربراني كه گيرنده GPS مناسبي در اختيار داشته باشند قرار مي دهد. بخش فضايي GPS شامل 24 ماهواره است كه در 6 صفحه موازي با 4 ماهواره در هر مدار قرار گرفته اند.

در فصل چهارم اين سمينار راجع به سيستم GPS و مبحث خطاها مفصل پرداخته خواهد شد.

2-3- محاسن ناوبري GPS به سيستمهاي ديگر.

سيستم GPS به دليل داشتن محاسن فوق العاده اي از قبيل دقت زياد در مكان يابي و پوشش جهاني و قابليت تعيين سرعت در سه محور و داشتن مينيمم خطاي ممكن و غيره ، باعث گشته تا انتخاب اول براي هواپيماهاي با سرنشين و بدون سرنشين و يا موشكهاي دور برد باشد و حتي با گسترش امكانات اين سيستم براي كاربران بسياري از سيستم هاي ناوبري راديويي كه توضيح داده شد عملا از رده خارج شوند.

2-4- نگاهي به كاربردهاي GPS :

2-4-1- كاربرد GPS/INS در هدايت هواپيماها:

در طول پرواز به خاطر عوامل و يا عوامل مختلف ديگر ممكن است ارتباط گيرنده GPS با ماهواره ها قطع گردد و يا در كار سيستم GPS اختلال ايجاد شود در اين صورت لازم است جهت جلوگيري از بروز حادثه و خارج شدن هواپيما از كنترل ، سيستم ناوبري كمكي وجود داشته باشد تا هدايت هواپيما را به عهده بگيرد و اين كار تا جايي صورت گيرد كه هواپيما بدون مشكلي به مبدأ بازگردد . اين سيستم ناوبري كمكي مي تواند INS ( Intertial Navigation System ) باشد كه در اين سيستم از سنسورهاي و جايروها و شتاب سنجهاي داخلي جهت ناوبري اتوماتيك استفاده مي كنند.

پس از تشخيص عدم عملكرد صحيح GPS توسط واحد كنترلي، ناوبري از طريق قطب نما انجام مي گيرد و واحد كنترلي مسير پروازي را از روي اطلاعات دريافتي از قطب نما پيدا مي كند. اين كار بدين صورت انجام مي كيرد كه در لحظه اي كه GPS قطع شد نرم افزار آخرين اطلاعات و ريتكال جايرو ساير سنسورها را دارد و با توجه به اينكه آخرين اطلاعات موقعيت هواپيما در لحظه قطع GPS در حافظه قرار دارد و اطلاعات موقعيت Way Point نيز در حافظه قرار داده شده و سرعت هواپيما نيز موجود مي باشد زمان لازم جهت رسيدن به اولين Way Point بدست مي آيد. در اين زمان نرم افزار هواپيما را آنقدر اصلاح مي كند تا هدينگ هواپيما در راستاي مناسب قرار بگيرد و به اندازة زمان محاسبه شده در همين جهت ادامه مسير دهد تا به اولين Way Point تا زماني كه GPS مجددا شروع به كار نمايد انجام مي گيرد و اگر در اين مدت GPS شروع به كار نمود اطلاعات جديد دريافت شده و انحرافات بوجود آمده تا مسير پروازي تصحيح مي شود تا هواپيما بتواند مأموريت خود را انجام دهد در صورتي كه هواپيما به اولين W ay Point برسدو GPS همچنان از عملكرد صحيح بازمانده باشد. هواپيما عمل Homming را انجام مي دهد و اين بدين معني است كه هواپيما در همان ارتفاع و به وسيله قطب نما به سمت مبدأ تغيير مسير داده و به ايستگاه كنترل زميني باز مي گردد. لازم به توضيح است اگر در طي پرواز Homming ، GPS شروع به كار نمايد هواپيما از حالت Homming خارج نشده و به پرواز در مسير خود براي رسيدن به مبدأ ادامه مي دهد.

از آنجاييكه INS بر اساس سنجش شتاب در سه راستاي مختصاتي و سپس انتگرال گيري مجدد براي محاسبه موقعيت كار مي كند. به دليل اين انتگرال گيري ها خطاي INS جمع شونده و افزايش يابنده است. تنها مي توان با به كار بردن جايروها و شتاب سنج هاي دقيق تر از نرخ اين افزايش كاست ولي مسلما اين روش به هزينة زيادمنجر مي شود. اين در حالي است كه خطاي GPS تا حد زيادي اتفاقي است. بنابراين ب تركيب مناسب اين دوسيستم مي توان معايب هر دو را تا حد زيادي كاهش داد.

امروزه ناوبري هواپيماها با تركيبي از INS و GPS انجام مي شود و بدين صورت مقدارهاي ثابت انتگرال گيري INS به طور ادواري به كمك نتايج GPS تصحيح مي شود. بنابراين با هر بار تصحيح ، خطاي جمع شده INS تا آن لحظه صفر مي شود .

به دليل نرخ بالاي تصحيح ( نوعا ) هيچ نيازي به INS هاي دقيق و گران نيست و بنابراين مي توان از يك INS معمولي و ارزان براي تركيب با GPS استفاده كرد. اين نوع ناوبري مخصوصا براي پروازهاي طولاني كه در آنها قسمت اعظم مسير خارج از پوشش را دارهاي زميني انجام مي شود كه كارايي عالي دارد. به طور مثال استفاده از GPS در ناوبري هواپيماهاي اقيانوس پيما تا 10 % از هزينة سوخت آنها مي كاهد.

2-4-2 ) كاربرد GPS در هدايت دريايي:

در كشتي ها به دليل سرعت نسبتا پايين حساسيتي نسبت به پيوسته نبودن نتايج GPS در محور زمان وجود ندارد. علاوه براين به دليل فقدان سوانح ؟ ، مشكلات چند مسير شدن سينگنال ماهواره و نيز ماسك شدن آن وجود ندارد. پس GPS مي تواند به تنهايي ناوبري كشتي ها را انجام دهد. در اين صورت باز هم در مسيرهاي طولاني و اقيانوسي كشتي قادر خواهد بود مسير خود را به دقت بپيماند و در زمان مسافرت و سوخت صرفه جويي كند.

2-4- 3- كاربرد GPS در تعيين زواياي وضعيتي وسايل نقليه:

با قراردادن چند گيرنده GPS در نقاط مختلف يك وسيله نقليه مثل كشتي ، مي‌توان در هر لحظه زوايه هاي بين محل اين گيرنده ها را حساب كرد.

2- 4- 4- تعيين موقعيت ماهواره هاي كوچك با ارتفاع پايين

ديگر براي مكان يابي اين ماهواره ها نيازي به روشهاي گران و پردردسر رديابي و تعقيب زميني نيست . اين ماهواره ها مي توانند ماهواره هاي جاسوسي، هواشناسي يا نقشه برداري باشند كه نتايج آنها بدون معلوم بودن مكان ماهواره ها در لحظه تهيه اطلاعات ارزش چنداني ندارد. و تفسير صحيح نتايج آنها ، منوط به تطبيق آنها برنقشه هاي جغرافيايي مسطح زمين است. اين ماهواره هاي مي توانند از GPS براي تعيين و ثبت محل دقيق گرفتن هر كدام از عكس ها استفاده كنند.

2-4-5- كاربرد در نقشه برداري:

يكي از كاربردهاي مهم غير نظامي GPS استفاده از‌ آن در نقشه برداري است.

در سد سازي در معدن كاوي و راه سازي و غيره GPS مي تواند هزينه هاي اجرايي طرح را تا حد زيادي كاهش دهد. GPS با ايفاي نقش در تهيه نقشه هاي بسيار دقيق براي سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي ، سهم مهمي در مينيمم شدن طول جاده ها و مسيرها و تعيين دقيق محل معدن ها و غيره دارد.

علت استقبال از GPS در نقشه برداري اين است كه GPS بر خلاف سيستم هاي قبلي براي مكان يابي به جاي روش داپلر سنجي از روش تداخل ؟ كه بسيار دقيق تر است استفاده مي كند. GPS در تهيه نقشه هاي هوايي و جايابي دقيق عكس هاي هوايي نقش مهمي را ايفا مي كند.

2- 4-6- كاربرد در مصارف نظامي:

بيشترين كاربرد GPS در مصارف نظامي است . به كمك GPS ديگر هيچ دسته نظامي در هيچ محيط جغرافيايي ناآشنا گم نمي شود. در برخي از گيرنده هاي GPS ، مي توان مسير عملياتي يك واحد را از قبل در حافظه دستگاه وارد كرده و حداكثر انحراف مجاز از مسير را نيز مشخص كرد. در اين صورت خروج از دالان مجاز، هشدار مي دهد. با اين روش مي توان محل ميدان هاي مين شناسايي شده را از قبل در حافظه دستگاه وارد كرد تا از هر گونه اشتباه مرگبار جلوگيري شود. علاوه بر واحدهاي زميني، از موشكهاي بالستيك گرفته تا هواپيماهاي بدون سرنشين و تا بمبهاي هوشمند، اهداف خود را با GPS سريع تر ، دقيق تر و ارزان تر پيدا مي كنند.

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

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *