فصل دوم
سیستمهای ناوبری
2-1- تعریف ناوبری (Navigation)
به طور خلاصه می توان گفت هدف از ناوبری یک هواپیمای بدون سرنشین هدایت هواپیما از یک نقطه مبدا به یک نقطه مقصد است به منظور هدایت هواپیما، خلبان در ایستگاه زمینی نیاز به اطلاعات مختلفی دارد، از جمله جهت هواپیما نسبت به شمال جغرافیایی، فاصله تا مقصد، طول و عرض جغرافیایی و زمان رسیدن به مقصد.
به منظور دستیابی به این اطلاعات با کمترین خطا چاره ای جز طراحی یک Link رادیویی وجود ندارد.
در قسمت بعد انواع سیستمهای رادیویی از حدوداً جنگ جهانی دوم تا این اواخر که بشر آنها را طراحی کرده آورده شده است.
2-2- انواع سیستم های ناوبری رادیویی
2-2-1- OMEGA
این سیستم ناوبری با برد بلند می باشد که از تکنیکی موسوم به هیپربولیک (Hyperbolic) جهت تعیین مختصات هواپیما استفاده می شود.
این سیستم براساس اندازه گیری تغییرات فاز روی فرکانس کار می کند فرکانس کار این سیستم
10-14KHZ می باشد و بعد از جنگ جهانی دوم هم پدید آمده است.
به خاطر این که روی فرکانس پایین کار می کند تمام نقاط کور یا چاله های زمینی را پوشش می دهد.
و دارای هشت ایستگاه فرستنده بر روی زمین می باشد ابتدا مصرف نظامی داشته و سپس مصارف تجاری آن نیز شروع شده است.
آخرین اطلاعات حاکی از آن است که امروزه نیز این سیستم ناوبری بصورت تمام وقت کار خود را ادامه می دهد.
اطلاعاتی که این سیستم برای خلبان فراهم می آورد عبارتند از:
1- تعیین موقعیت هواپیما به صورت مختصات طول و عرض جغرافیایی.
2- زاویه و مسافت هواپیما تا ده مقصد مختلف (Way Point)
3- مسیر واقعی پرواز (Cross Track)
4- زمان رسیدن به مقصد و سرعت هواپیما نسبت به زمین
5- اطلاعات مربوط به سمت و سرعت باد در پرواز.
2-2-2- DECGA
این سیستم نیز از تکنیک هیپربولیک (Hyperbolic) جهت تعیین مختصات هواپیما یا کشتی استفاده می کند.
ایستگاههای DECGA روی فرکانس 12-70 KHZ به صورت دائم کار می کنند ایستگاههای فرستنده زنجیروار آراسته شده اند که مرز زنجیر از یک ایستگاه اصلی (Master) با قابلیت عملکرد کنترلی و سه ایستگاه Slave که سیگنالهایشان با ایستگاه اصلی قفل فاز شده اند تشکیل شده است.
این سیستم انگلیسی است و طی جنگ جهانی دوم به وجود آمده است.
ابتدا جهت استفاده در کشتی ها و ناوهای جنگی طراحی و ساخته شده بود و بعدها مصارف هوایی نیز پیدا کرد.
اطلاعاتی که این سیستم در اختیار خلبان قرار می دهد عبارتند از:
1- تعیین موقعیت هواپیما به صورت مختصات طول و عرض جغرافیایی.
2- زاویه و مسافت هواپیما تا مقصد.
3- زمان رسیدن به مقصد و سرعت هواپیما نسبت به زمین.
2-2-3- LORAN : ( Lony ranye Navigation )
این سیستم دارای ایستگاههای اصلی ( Mastr ) و ثانویه ( Secondary )
است که پالسهایی با دوره تکرار 25 یا 30 در ثانیه ارسال می کنند که طول این پالسها 40 میکر ثانیه است گیرنده با دریافت این پالسها از دو ایستگاه ، موقعیت مکانی خود را به دست می آورد.
این سیستم روی فرکانس 10-14 KHZ کار می کند و تقریبا پوشش جهانی دارد.
2-2-4- ANF ( Automatic Diretion Finder )
در این روش ایستگاههای رادیویی وجود دارند که فرکانس امواج آنها 200 تا 2000 کیلو هرتز می باشد.
گیرنده با گرفتن این امواج جهت آن را ؟
می دهد و انسان را به سمت آن ایستگاه هدایت می کند.
2-2-5- VOR ( VHF Omni Ranye Beo Con )
فرستنده این سیستم روی فرکانس 112 تا 9/117 مگاهرتز کار می کند.
و دقت این سیستم از ADF بیشتر است.
گیرنده VOR جهت خود را تا فرستنده نسبت به شمال مغناطیسی پیدا می کند.
2-2-6-GPS ( Positioniog System Global )
سیستم GPS یک سیستم تعیین موقعیت ماهواره ایی است که اطلاعات دقیق پیوسته و جهانی و سه بعدی از موقعیت و سرعت را در اختیار کاربرانی که گیرنده GPS مناسبی در اختیار داشته باشند قرار می دهد.
بخش فضایی GPS شامل 24 ماهواره است که در 6 صفحه موازی با 4 ماهواره در هر مدار قرار گرفته اند.
در فصل چهارم این سمینار راجع به سیستم GPS و مبحث خطاها مفصل پرداخته خواهد شد.
2-3- محاسن ناوبری GPS به سیستمهای دیگر.
سیستم GPS به دلیل داشتن محاسن فوق العاده ای از قبیل دقت زیاد در مکان یابی و پوشش جهانی و قابلیت تعیین سرعت در سه محور و داشتن مینیمم خطای ممکن و غیره ، باعث گشته تا انتخاب اول برای هواپیماهای با سرنشین و بدون سرنشین و یا موشکهای دور برد باشد و حتی با گسترش امکانات این سیستم برای کاربران بسیاری از سیستم های ناوبری رادیویی که توضیح داده شد عملا از رده خارج شوند.
2-4- نگاهی به کاربردهای GPS : 2-4-1- کاربرد GPS/INS در هدایت هواپیماها: در طول پرواز به خاطر عوامل و یا عوامل مختلف دیگر ممکن است ارتباط گیرنده GPS با ماهواره ها قطع گردد و یا در کار سیستم GPS اختلال ایجاد شود در این صورت لازم است جهت جلوگیری از بروز حادثه و خارج شدن هواپیما از کنترل ، سیستم ناوبری کمکی وجود داشته باشد تا هدایت هواپیما را به عهده بگیرد و این کار تا جایی صورت گیرد که هواپیما بدون مشکلی به مبدأ بازگردد .
این سیستم ناوبری کمکی می تواند INS ( Intertial Navigation System ) باشد که در این سیستم از سنسورهای و جایروها و شتاب سنجهای داخلی جهت ناوبری اتوماتیک استفاده می کنند.
پس از تشخیص عدم عملکرد صحیح GPS توسط واحد کنترلی، ناوبری از طریق قطب نما انجام می گیرد و واحد کنترلی مسیر پروازی را از روی اطلاعات دریافتی از قطب نما پیدا می کند.
این کار بدین صورت انجام می کیرد که در لحظه ای که GPS قطع شد نرم افزار آخرین اطلاعات و ریتکال جایرو سایر سنسورها را دارد و با توجه به اینکه آخرین اطلاعات موقعیت هواپیما در لحظه قطع GPS در حافظه قرار دارد و اطلاعات موقعیت Way Point نیز در حافظه قرار داده شده و سرعت هواپیما نیز موجود می باشد زمان لازم جهت رسیدن به اولین Way Point بدست می آید.
در این زمان نرم افزار هواپیما را آنقدر اصلاح می کند تا هدینگ هواپیما در راستای مناسب قرار بگیرد و به اندازه زمان محاسبه شده در همین جهت ادامه مسیر دهد تا به اولین Way Point تا زمانی که GPS مجددا شروع به کار نماید انجام می گیرد و اگر در این مدت GPS شروع به کار نمود اطلاعات جدید دریافت شده و انحرافات بوجود آمده تا مسیر پروازی تصحیح می شود تا هواپیما بتواند مأموریت خود را انجام دهد در صورتی که هواپیما به اولین W ay Point برسدو GPS همچنان از عملکرد صحیح بازمانده باشد.
هواپیما عمل Homming را انجام می دهد و این بدین معنی است که هواپیما در همان ارتفاع و به وسیله قطب نما به سمت مبدأ تغییر مسیر داده و به ایستگاه کنترل زمینی باز می گردد.
لازم به توضیح است اگر در طی پرواز Homming ، GPS شروع به کار نماید هواپیما از حالت Homming خارج نشده و به پرواز در مسیر خود برای رسیدن به مبدأ ادامه می دهد.
از آنجاییکه INS بر اساس سنجش شتاب در سه راستای مختصاتی و سپس انتگرال گیری مجدد برای محاسبه موقعیت کار می کند.
به دلیل این انتگرال گیری ها خطای INS جمع شونده و افزایش یابنده است.
تنها می توان با به کار بردن جایروها و شتاب سنج های دقیق تر از نرخ این افزایش کاست ولی مسلما این روش به هزینه زیادمنجر می شود.
این در حالی است که خطای GPS تا حد زیادی اتفاقی است.
بنابراین ب ترکیب مناسب این دوسیستم می توان معایب هر دو را تا حد زیادی کاهش داد.
امروزه ناوبری هواپیماها با ترکیبی از INS و GPS انجام می شود و بدین صورت مقدارهای ثابت انتگرال گیری INS به طور ادواری به کمک نتایج GPS تصحیح می شود.
بنابراین با هر بار تصحیح ، خطای جمع شده INS تا آن لحظه صفر می شود .
به دلیل نرخ بالای تصحیح ( نوعا ) هیچ نیازی به INS های دقیق و گران نیست و بنابراین می توان از یک INS معمولی و ارزان برای ترکیب با GPS استفاده کرد.
این نوع ناوبری مخصوصا برای پروازهای طولانی که در آنها قسمت اعظم مسیر خارج از پوشش را دارهای زمینی انجام می شود که کارایی عالی دارد.
به طور مثال استفاده از GPS در ناوبری هواپیماهای اقیانوس پیما تا 10 % از هزینه سوخت آنها می کاهد.
2-4-2 ) کاربرد GPS در هدایت دریایی: در کشتی ها به دلیل سرعت نسبتا پایین حساسیتی نسبت به پیوسته نبودن نتایج GPS در محور زمان وجود ندارد.
علاوه براین به دلیل فقدان سوانح ؟
، مشکلات چند مسیر شدن سینگنال ماهواره و نیز ماسک شدن آن وجود ندارد.
پس GPS می تواند به تنهایی ناوبری کشتی ها را انجام دهد.
در این صورت باز هم در مسیرهای طولانی و اقیانوسی کشتی قادر خواهد بود مسیر خود را به دقت بپیماند و در زمان مسافرت و سوخت صرفه جویی کند.
2-4- 3- کاربرد GPS در تعیین زوایای وضعیتی وسایل نقلیه: با قراردادن چند گیرنده GPS در نقاط مختلف یک وسیله نقلیه مثل کشتی ، می‌توان در هر لحظه زوایه های بین محل این گیرنده ها را حساب کرد.
2- 4- 4- تعیین موقعیت ماهواره های کوچک با ارتفاع پایین دیگر برای مکان یابی این ماهواره ها نیازی به روشهای گران و پردردسر ردیابی و تعقیب زمینی نیست .
این ماهواره ها می توانند ماهواره های جاسوسی، هواشناسی یا نقشه برداری باشند که نتایج آنها بدون معلوم بودن مکان ماهواره ها در لحظه تهیه اطلاعات ارزش چندانی ندارد.
و تفسیر صحیح نتایج آنها ، منوط به تطبیق آنها برنقشه های جغرافیایی مسطح زمین است.
این ماهواره های می توانند از GPS برای تعیین و ثبت محل دقیق گرفتن هر کدام از عکس ها استفاده کنند.
2-4-5- کاربرد در نقشه برداری: یکی از کاربردهای مهم غیر نظامی GPS استفاده از آن در نقشه برداری است.
در سد سازی در معدن کاوی و راه سازی و غیره GPS می تواند هزینه های اجرایی طرح را تا حد زیادی کاهش دهد.
GPS با ایفای نقش در تهیه نقشه های بسیار دقیق برای سیستم های اطلاعات جغرافیایی ، سهم مهمی در مینیمم شدن طول جاده ها و مسیرها و تعیین دقیق محل معدن ها و غیره دارد.
علت استقبال از GPS در نقشه برداری این است که GPS بر خلاف سیستم های قبلی برای مکان یابی به جای روش داپلر سنجی از روش تداخل ؟
که بسیار دقیق تر است استفاده می کند.
GPS در تهیه نقشه های هوایی و جایابی دقیق عکس های هوایی نقش مهمی را ایفا می کند.
2- 4-6- کاربرد در مصارف نظامی: بیشترین کاربرد GPS در مصارف نظامی است .
به کمک GPS دیگر هیچ دسته نظامی در هیچ محیط جغرافیایی ناآشنا گم نمی شود.
در برخی از گیرنده های GPS ، می توان مسیر عملیاتی یک واحد را از قبل در حافظه دستگاه وارد کرده و حداکثر انحراف مجاز از مسیر را نیز مشخص کرد.
در این صورت خروج از دالان مجاز، هشدار می دهد.
با این روش می توان محل میدان های مین شناسایی شده را از قبل در حافظه دستگاه وارد کرد تا از هر گونه اشتباه مرگبار جلوگیری شود.
علاوه بر واحدهای زمینی، از موشکهای بالستیک گرفته تا هواپیماهای بدون سرنشین و تا بمبهای هوشمند، اهداف خود را با GPS سریع تر ، دقیق تر و ارزان تر پیدا می کنند.
2-4-7- کاربرد در مدیریت و کنترل ناوگانها : این ناوگان می تواند گشتی های اقیانوس پیمای یک شرکت حمل و نقل بین المللی، کامیونهای یک شرکت باربری زمینی، قطارها ، شبکه تاکسیرانی شهری، خودروهای گشت پلیس ، آمبولانس ها یا خودروهای آتش نشانی باشد.
کافی است واحد متحرک را به یک گیرنده GPS و یک کامپیوتر که در صفحه نمایش خود، مجموعه راههای ممکن را نشان می دهد مجهز کرد و سپس تمام واحدها را با یک شبکه داده به مرکز کنترل وصل کرد.
در این صورت مرکز کنترل همواره شمایی که کامل از وضعیت و موقعیت و آرایش کلیه واحدها خواهد داشت.
پیش بینی می شود در آینده نزدیک حتی خودروهای سواری هم به این تجهیزات مجهز شوند و بتوانند با هدایت صحیح توسط مرکزکنترل ترافیک، بهترین مسیر را در هر شرایطی انتخاب کنند.
و یا با دزدیده شدن خودرو توسط این سیتم مکان اختفای آن را کشف کرد.
2-4-8- کاربرد های زیست محیطی: به عنوان نمونه با بستن یک قلاده مجهز به GPS و یک فرستنده مناسب می توان مسیر مهاجرت دسته های پرندگان و سایر حیوانات را دقیقا و لحظه به لحظه پیگیری کرد.
همچنین در اقیانوس شناسی از یک شناور کوچک مجهز به GPS و فرستنده ، جهت بررسی جریانهای آبی در مکانهای ناشناخته در میان اقیانوسها استفاده می شود.
فصل سوم: معرفی پهپاد به عنوان کار بر سیستم GPS.
فصل سوم معرفی پهپاد به عنوان کاربر سیستم GPS 3-1- مقدمه : پهپاد یک کلمه اختصاری از جمله پرنده های هدایت پذیر از دور می باشد که معادل لاتین آن UAV ( Unmaned airial Vieheles ) و یا RPV ( Remote Prlote Vicheles ) می باشد.
همان طور که 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 اکسیژن، صندلیهای پرتاب شونده و سطوح زرهی سنگین شده است.
و با توجه به هزینه تربیت خلبان هواپیمای جنگنده این نکته که پهپاد ها تلفات نیروی انسانی ندارند ارزش پهپادها را به عنوان جایگزین هواپیمای جنگنده روشن می کند.
بسیاری در صنعت UAV بر این عقیده اند برای کاهش هزینه های نظامی باید در این صنعت سرمایه گذاری کرد.
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 که عمده سرمایه گذاری در صنعت UAV در ایالات متحده آمریکا صورت می گیرد که در حدود 75 درصد کل بودجه اختصاصی به صنعت UAV می باشد.
3-2- تاریخچه 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 کاربرد چندانی پیدا نکرد.
در سال 1928 یک بمب پرنده به نام روبین ( Robin ) در کوتاه زمانی طراحی و ساخته شد و قادر بود با هدایت رادیویی به عنوان یک بمب زمین به زمین عمل نماید.
آمریکا در طی جنگ جهانی دوم از بمبهای پرنده با وزن 3000 پوند به اسم ( 1-GB ) که دارای بالهای چوبی و رادار بوده استفاده و کنترل آن توسط امواج رادیویی صورت می کرفت و در سال 1943 توسط هواپیماهای B175 بر علیه آلمان استفاده و قبل از پایان جنگ جهانی دوم نوع GB-4 که مجهز به هدایت تصویری بود طراحی و ساخته شد.
آمریکا در طی جنگ جهانی دوم با نصب پهپادهای تهاجمی خود با خالی کردن تجهیزات هواپیماهای B-17 بر روی بمب افکنهای فوق با هدف از بین بردن سایتهای تحقیقاتی موشکی آلمان و ایستگاهای پرتاب آن مشغول عملیات شد و حمله های فوق غالبا غیر موفق و منجر به کشته شدن افراد بیشماری مثل برادر بزرگ رئیس جمهور سابق آمریکا، آقای جوزف کندی ( Joseph Kennedy ) گردید.
از موارد مهم استفاده پهپادها در طول جنگ جهانی دوم توسط آلمان ها می توان به موشکهای V1 اشاره کرد که در واقع هواپیماهایی بودن که از راه دور کنترل می شدند دورن هواپیما پر از مواد منجر می شد و هواپیماهای بدون سرنشین به سمت شهرهای انگلستان از جمله با دقت یک کیلومتر به طرف اصابت می کرد.
و چون هدفها معمولا شهرها و محله های مسکونی بزرگ بودند ایراد دقت کم قابل صرفه نظر بود.
در سال 1962 نیروی هوایی آمریکا، عملیات مختلف شناسایی بر روی کوبا انجام داده و در سال 1963 نوعی پهپاد به نام فایر بیز ( Fire Bees ) که از روی هواپیماهای C-130 به پرواز در می آورند.
با مأموریت شناسایی در ارتفاع کم در ویتنام شمالی و لائوس و چین کمونیست مشغول عملیات شده طبق اطلاعات منتشره آمریکا بالغ بر 3000 پرواز با پهپادها برای انجام مأموریتهای مختلف بر فراز آسیای جنوب شرقی داشته است.
و بالاخره تا به امروز که اوج بالندگی وزارت دفاع آمریکا در زمینه ساخت و تولید پهپادها Joint Stare و qilver Fox و Global Hawk می باشد که موارد استفاده آنها را می توان در جنگ افغانستان و جنگ دوم آمریکا و عراق نام برد.
و قیمت آنها بالغ بر صدها میلیون دلار بر آورد می شود.
کشورهایی که در زمینه طراحی و ساخت پهپادها فعالیت دارند می توان به آمریکا – روسیه – ایتالیا – استرالیا – فرانسه – اسرائیل – ایران اشاره کرد.
البته کشورهایی مثل ترکیه و پاکستان و هند از چند سال پیش تحقیقات خود را در این زمینه آغاز کرده اند.
3-3- آینده پهپادها : بدون تردید آینده پهپادها در گرو تولید ریز پهپادها یا میکرو پهپادها می باشند که در وزارت دفاع آمریکا در حال کار تحقیقاتی گسترده می باشد.
یک کاماندو را در نظر بگیرید که مأموریت دارد تا چند گروگان که در ساختمانی گرفتار شده اند را نجات دهد او نیاز دارد بداند که موقعیت دقیق گروگانها در ساختمان چیست.
ولی به راحتی نمی تواند به درون ساختمان قدم بگذارد .
دست او به کمر بندش رفته و درب یک جعبه را باز کرده و از آن یک ریز پهپاد بیرون می آورد.
این یک پرنده دو اینچی است که می تواند به سرعت در داخل ساختمان پرواز کرده و پس از جمع آوری اطلاعات لازم وضعیت را ارزیابی کند.
این پرنده ها به علت اندازه بسیار کوچکشان آشکار شدنشان توسط دشمن بسیار مشکل می باشد.
و در صورت آشکار شدن هم به آسانی نمی توان آنها را هدف گلوله قرار داد.
تفکر محققان وزارت دفاع آمریکا این است که یک منبع تغذیه جدید برای این هواپیما اختراع کنند.
آنها می گویند اگر از باطری استفاده کنیم بسیار سنگین بوده و به علاوه نمی تواند برای مدت طولانی نیروی الکتریسیته را تأمین کند.
ما بر روی منبع انرژی خارج از هواپیما تحقیق می کنیم در این تحقیقات یک آنتن، پرنده را رد گیری کرده و به وسیله امواج مایکرو ویو برایآن انرژی تهیه می کند، پرنده انرژی ارسالی را دریافت کرده و آن را اصلاح یکسویه کرده و برای راه اندازی پهپاد به کار می برد.
یکی از مزایا و برتری های انرژی مایکرویو این است که شما می توانید اندازه پهپاد را کوچک و کوچکتر سازید در صورتی که با استفاده از باطری چنین کاری مشکل می باشد.
در روی ریز پهپادها آنتنی که در حال تحقیق و بررسی برای نصب هستند چند جهتی ( Multi – DIRECTIONAL ) بوده و پرنده به هر سو پرواز کند می تواند از آن انرژی لازمه را دریافت کند که آنها از بدنه هواپیما نیز به عنوان آنتن استفاده کرده اند.
و البته سایر اجزای پرنده ، از قبیل سنسورها ومدارات الکترکی و ؟
و غیره بسیار کم حجم و سبک می باشند.
3-4- وظایف پهپاد : 1- شناسایی : به کمک دوربینهای عکسبرداری و دوربینهای فیلم برداری اعم از دید در شب و روز می توان از مناطق مورد نظر عکس و فیلم تهیه کرد و متوسط سک فرستنده تصاویر را به گیرنده ایستگاه زمینی و یا در صورت امکان به ماهواره ارسال کرد به نظر می رسد مهم ترین وظیفه ای که می توان به یک پهپاد سپرد شناسایی و یا جاسوسی از مواضع ، تجهیزات و امکانات دشمن می باشد.
امروزه ایالات متحده آمریکا در این امر پا را فراتر نهاد .
یک پهپاد ساخت این کشور مثل پهپاد T-Star قادر است تا با شناسایی تجهیزات دشمن با تاباندن لیرز به آن بمبهای هدایت شوند را از صدها کیلومتر آنطرف تر به سمت هدف هدایت نماید.
2- هدف : از این پرنده ها می توان برای آموزش پدافند موشکهای زمین به هوا و هوا به هوا استفاده کرد.
و یا تست و آزمایش را دارهای جستجو گر و یا ردگیر استفاده نمود.
ولی از آنجائیکه RCS هواپیماهای بدون سرنشین با بدنه کامپوزیت ( یا فایبر گلاس) کم می باشد با نصب رفلکتورهای 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 کرده و با دادن مختصات هدف به حافظه پردازش گر همانند موشک به سمت هدف روانه می کنند.
و یا در روشی که بعضی از کشورها به تکنولوژی ساخت آن رسیده با نصب سیستمی به نام جستجوگر راداری ( Radar Sekker ) در نوک هواپیمای بدون سرنشین این پرنده را که از مواد منفجره گشته است را به سمت رادار دشمن هدایت می کنند.
و آن را بر اثر اصابت با پرنده نابود می سازند.
4- رله اطلاعات: در مناطق عملیاتی و یا در عمق خاک دشمن که امکان نصب فرستنده و دکل جهت رله اطلاعات وجود ندارد پهپادها می توانند نقش خود را ایفا کنند.
به طور مثال پهپاد Silver Fox ( روباه نقره ای ) تفنگداران آمریکایی را در جنگ با عراق در راستای جمع آوری و رله بلادرنگ اطلاعات برای مقاصد عملیاتی یاری داده است.
گزارش شده است که 8 فروند از این نوع پهپاد در صحنه عملیاتی عراق فعال بودند.
5- رزمی: پهپادها را می توان با نصب موشکهای مناسب بر روی آنها تهاجم به اهداف دشمن کرد.
همان طور که در جنگ دوم آمریکا با عراق یک پهپاد پریدیتور یک موشک هلفایر را به دیش اصلی ماهواره ای تلویزیونی در مرکز شهر بغداد به عنوان بخشی از تلاشها برای از کار انداختن عراق شلیک کرد.
با اینکه موشک مستقیما به هدف اصابت کرد ولی سیگنال تلویزیونی هنوز روشن بود و علت آنهم این بود که صدام حسین از 12 سال پیش برای چنین حملاتی خود را آماده کرده بود.
6- جنگ الکترونیک: با نصب جمر بر روی پهپاد می توان جهت از کار انداختن رادار دشمن به طور موقت و یا اختلال در گیرنده ای اطلاعاتی دشمن عمل کرد و یا فریب دشمن به صورتی که با نصب رفلکتورهای مناسب سطح مقطع رادارمی ( RCS ) یک پهپاد کوچک و ارزان را به اندازه یک هواپیمای جنگنده و یا بمب افکن تبدیل کرد و موج اتلاف موشکهای پرتابی از طرف دشمن شد.
3-5- سیستمهای الکترونیکی پهپاد: 1- لینک مخابراتی : این لینک شامل فرستنده ها و گیرنده ها و آنتها می باشد.
پهپادی که برای شناسایی و یا دیده بانی ساخته می شود باید یک فرستنده تصویر و یک دوربین برای ارسال تصاویر و یک 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 که پهپاد بتواند مسافت تعیین شده مثلا 300 km را به راحتی طی نماید.
در روی یک پهپاد به اجبار نمی توان از آنتن های جهتی استفاده کرد از این رو در اکثر پهپادهایی که ساخت داخل و خارج می باشند از آنتن های مونوپل و دای پل استفاده می شود.
در روی ایستگاه زمینی به عات آن که جهت پهپاد را می توان ردیابی ( Track ) کرد می توان از آنتن های جهتی یاگی و یا دیش برای بالابردن بهره استفاده نمود.
2- کنترل و ناوبری: تبدیل اطلاعات ناشی از فرآمین رادیو کنترل به زبان کد برای هدایت پهپاد و سایر تبادل اطلاعات از قبیل تبدیل وضعیت سروها و سنسورها از طریق نرم افزار به زبان کد جهت ارسال به ایستگاه زمینی جزو وظایف قسمت کنترل و ناوبری می باشد.
3- اپتیک : پهپادهای شناسایی احتیاج به دوربینهای معمولی و دوربینهای دید در شب دارند که استفاده از هر کدام ازآنها بسته به زاویه دید و ارتفاع و نوع مأموریت دارای ظرافتهای خاص خود را دارند.
در پهپادهای مدرن از تکنیکهای 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 تکنیک این سیستم تقریبا بی تأثیر می شوند.
این روش در دسترس کشورهای جهان سوم قراردادده نشده است.
4- وایرنیگ : وایرنیگ در واقع سیم کشی داخلی بدنه پهپاد می باشد که 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 تکنیکهای EMC (Electro Magnatic Inter fernce ) را به شدت رعایت کرد.
این کار قواعد و روشهای خاص دارد که در دانشگاههای هواپیمایی راجع به این موضوع تحقیقات گسترده ای انجام شده .
5- منابع تغذیه و سویچینگ: منابع تغذیه پهپاد ژنراتورهایی می توانند باشند که با موتور کوپل گشته اند و یا برای پهپادهای کم مصرف از باطری های قابل شارژ از نوع نیکل کاریم و غیره جهت تغذیه سیستم های الکتورنیکی و برقی استفاده می کنند.
3-6- سیستم های مکانیکی: که می توان از این قسمت به اجزا بدنه و بال – لانچر – موتور – ملخ و چتر و … اشاره کرد.
3-7- ایستگاه زمینی: معمولا ایستگاه زمینی یک کامیون اتاق دار و یا یک ون می باشد که داخل آن تجهیزات کامپیوتری برای هدایت پهپاد و چندین مانیتور برای دیدن موقعیت مکانی پهپاد به وسیله Simulator و دیدن تصاویر و عکس هایی که یک پهپاد به هنگام شناسایی به ایستگاه زمین ارسال می کند.
بر روی اتاقک کامیون 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: یک پهپاد به دلیل محدودیت در حجم و نیروی محرکه موتور به تنهایی قارد به اوج گرفتن و پرواز نمی باشد.
زیار طراحی کی پهپاد به گونه ای است که باید سبک ترین وزن برای مصرف کم انرژی و کوچکترین حجم را برای قدرت مانور و دور ماندن از دید رادار را داشته باشد.
از این رو عامل پرتاب یک پهپاد ، وسیله ای خارجی می باشد که لانچر (Lancher) نام دارد.
پهپاد بر روی لانچر قرار می گیرد و لانچر توسط نیروی متراکم شده ، پهپاد را با زاویه تعیین شده پرتاب می کند.
بعد از شتاب گرفتن لازم، پهپاد ادامه مسیر را با کمک موتور خود طی می نماید.
بعضی از پهپادها هم برای گرفتن شتاب لازم طوری طراحی شده اند که از روی هواپیماهای حامل به بیرون پرتاب می شوند.
بعد از اینکه پهپاد عمل Take Off را انجام داد.
خلبان با یک رادیو کنترل دستی به هدایت پهپاد می پردازد و هنگامی که پرنده از دید چشم دور شد .
هدایت آن توسط کامپیوتر ایستگاه زمینی و GPS انجام می شود.
بعد از انجام مأموریت پهپاد دوباره به مکان ایستگاه زمینی برگشته و روی جاده مسطحی که برای آن تدارک دیده شده‌است توسط خلبان با رادیو کنترل و بطریقه 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 کنترل و بخش زمینی.
1- بخش فضایی (Space Segment) برای فراهم کردن امکان یابی پیوسته جهانی در GPS، طراحی برای گردش تعداد کا فی ماهواره به گرد زمین اجرا شده است که تضمین می کند تحت هر شرایط، در هر زمان و در هر نقطه، همواره حداقل 4 ماهواره، در دید الکترونیکی هستند.
طرح های مختلفی برای چگونگی آرایش و تعداد ماهواره های لازم پیشنهاد و بررسی شده و در نهایت این نتیجه بدست آمد که تعداد 24 ماهواره در 6 صفحه مداری به مرکزیت کره زمین قرار بگیرند که در هر صفحه 4 ماهواره قرار گرفته باشد.
از این 24 ماهواره 21 ماهواره فعال و 3 ماهواره دیگر به صورت یدکی می باشند.
منظومه ماهواره های GPS وجود 4 تا 8 ماهواره با ارتفاع 15 درجه را در حوزه دید هر کاربر واقع در هر نقطه سطح زمین، در هر لحظه ای از شبانه روز تضمین می کند.
اگر زاویه قطع تا حد 10 درجه کاهش یابد در برخی زمانها تا 10 ماهواره هم در دید خواهد بود و با کاهش 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، کامپیوترها، 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 کاربر، به او امکان می دهند تا فاصله خود را تا آنها بسنجند.
همچنین هر ماهواره پیامی منتشر می کند که به کاربران اجازه می دهد تا موقعیت فضایی ماهواره را در هر لحظه تعیین کند.
به کمک این سیگنالها است که کاربران قادرند مکان خود را بر روی و یا نزدیک سطح زمین با روش تقاطع بدست آورند.
برای تشخیص ماهواره های مختلف از هم، راههای مختلفی وجود دارد مانند: شماره نوبت پرتاب، کد نویز شبه اتفاقی PRN، شماره موقعیت مداری و بالاخره شماره کاتالوگ NASA ماهواره.
پنج نسل مختلف از ماهواره های GPS وجود دارد که 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 مراکز علمی و دانشگاهی مورد بررسی و مطالعه قرار می‌گیرند.
سیگنالهای ارسالی ماهواره های نسل I برای کلیه کاربران 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 کاربران که وزارت دفاع آمریکا مجاز تشخیص می دهد (عموماً نیروهای نظامی ایالات متحده و سایر نیروهای NATO) محدود گشته است.
در واقع پس از آغاز به کار ماهواره های نسل II کاربران GPS به دو دسته تقسیم شده اند که می توانیم آنها را کاربران نظامی یا ویژه و کاربران غیر نظامی یا عادی بخوانیم.
نخستین ماهواره ها از این نسل به بهای 80 میلیون دلار و به وزن kg500 در 14 فوریه 1989 به فضا پرتاب شد.
دوره عملیاتی متوسط در نظر گرفته شده برای ماهواره‌های این نسل 6 سال و عمر مفید مورد نظر طراحی آنها 5/7 سال است.
برخی از این ماهواره ها به دلیل ذخیره بالای سوختی خود تا 10 سال هم می‌توانند کار کنند.
برخلاف ماهواره های نسل I و II که اطلاعات مورد نیاز خود را تنها از طریق آنتن های ایستگاههای زمینی دریافت می کنند ماهواره های نسل IIA (A به معنای Advanced) به امکانات مخابره بین ماهواره های اطلاعات مجهز هستند.
نخستین ماهواره از این نسل در 26 نوامبر 1990 پرتاب شد.