تخيل السيناريو التالي: تحلق طائرة بدون طيار للتفتيش الأمني على طول طريق محدد مسبقًا أسفل جسر لتفقد هيكل الجسر. فجأة، فقدت إشارة GNSS، وبدأت الطائرة في الانجراف بشكل لا يمكن السيطرة عليه، وكادت أن تصطدم بالرصيف. وفي الوقت نفسه، تشق طائرة بدون طيار لتوصيل الطلبات للتجارة الإلكترونية طريقها عبر وادٍ في المدينة تحيط به ناطحات السحاب. أثناء استعدادها لتسليم طرد، تحجب المباني إشارة القمر الصناعي، مما يؤدي إلى فشل تحديد الموقع والتحليق غير المستقر، مما يجعل الهبوط الدقيق مستحيلًا - وهذه هي مشكلة "الثقب الأسود للإشارة" الشائعة في الطيران على ارتفاعات منخفضة في المناطق الحضرية.
في السيناريوهات الحضرية مثل وديان المدن وتحت الجسور ومناطق الجسور، تفشل إشارة GNSS (النظام العالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعية، بما في ذلك GPS) بشكل متكرر لسببين رئيسيين: أولاً، يحدث تأثير المسارات المتعددة عندما تعكس الأسطح الصلبة مثل المباني الشاهقة وهياكل الجسور إشارات الأقمار الصناعية، مما يؤدي إلى تأخير الإشارات المتعددة وزيادة حادة في خطأ تحديد الموقع. ثانيًا، يحدث انسداد الإشارة عندما تحجب الخرسانة المسلحة إشارات الأقمار الصناعية تمامًا، مما يؤدي إلى "فقدان القمر الصناعي" وفقدان الطائرة بدون طيار مرجعها الملاحي. ويشكل هذا خطرًا مميتًا على سلامة دوريات الأمن في المناطق الحضرية وعمليات تسليم التجارة الإلكترونية على ارتفاعات منخفضة، وكلاهما يتطلب دقة واستقرارًا عاليين.
يعد رادار الموجات المليمترية مصدر الاستشعار المستقر الوحيد في البيئات المرفوضة لنظام GNSS (البيئات المرفوضة لنظام تحديد المواقع العالمي). إنه يحل بشكل أساسي مشكلات الملاحة في الثقوب السوداء ذات الإشارات المنخفضة الارتفاع في المناطق الحضرية من خلال منح الطائرات بدون طيار "عيونًا موثوقة ومسطرة قياس" من خلال قدرتها على الاستشعار النشط، والأداء المضاد للتداخل، والتشغيل في جميع الأحوال الجوية.
تعد تقنية رادار الموجات المليمترية هي المنطق الأساسي وراء حل الثقوب السوداء لإشارة الطائرات بدون طيار في المناطق الحضرية.
يعد رادار الموجة المليمترية الحل المفضل لرادار الطائرات بدون طيار في المناطق الحضرية في كانيون نظرًا لمبادئه ومزاياه التقنية المتميزة، والتي تعتبر مستقلة تمامًا عن الاعتماد على GNSS.
-
الإدراك النشط: "التنقل الذاتي" بدون أقمار صناعية
يستخدم رادار الموجات المليمترية موجات كهرومغناطيسية عالية التردد بتردد 30-300 جيجا هرتز والأصداء المنعكسة لحساب مسافة الهدف وسرعته وزاويته دون الحاجة إلى إشارات الأقمار الصناعية. حتى عندما يتم فقد نظام GNSS تمامًا في وادي المبنى، يظل بإمكان الرادار مسح الهياكل المحيطة مثل المباني والجسور، مما يوفر بيانات تحديد الموقع في الوقت الفعلي لمساعدة الطائرات بدون طيار في الحفاظ على الموقف والطيران المستقر.
-
مصممة للبيئات الحضرية المعقدة، بدقة عالية ومقاومة للتداخل.
يستخدم رادار الموجات المليمترية تقنية الموجة المستمرة المعدلة بالتردد (FMCW) لتحقيق دقة مسافة على مستوى السنتيمتر ودقة سرعة منخفضة تصل إلى 0.067 م/ث. إنه قادر على تحديد الممرات الضيقة بين المباني وكذلك هياكل الجسور الفولاذية. والأهم من ذلك، أن الموجات المليمترية يمكنها اختراق المطر والضباب والغبار دون أن تتأثر بظروف الإضاءة، مما يضمن أداءً ثابتًا حتى أثناء مهام الدوريات الأمنية الليلية أو رحلات التوصيل الجوية القاسية. وهذا يمنع تدهور الأداء الملحوظ في أجهزة استشعار الرؤية وتقنية LiDAR في البيئات القاسية.
-
مسار القدرة الأساسية: من تجنب العوائق الديناميكية إلى النمذجة البيئية
يُنشئ رادار الموجات المليمترية نظامًا إدراكيًا شاملاً باستخدام أربع طرق تقنية رئيسية لمعالجة تحديات رحلة الثقب الأسود التي تشير إلى إشارة الطائرة بدون طيار:
النمذجة البيئية عالية الدقة: تستخدم الموجات الكهرومغناطيسية لإنشاء سحب نقطية عالية الدقة، ورسم خرائط لخطوط العوائق ثلاثية الأبعاد، واستخراج ميزات الزاوية والمستوى، وإنشاء نموذج بيئي في الوقت الفعلي.
التوطين والتنقل المستقل: يستخدم تأثير دوبلر لقياس الحركة النسبية، والحساب الميت باستخدام بيانات IMU، ومطابقة الميزات مع الخرائط المخزنة مسبقًا لتحقيق تحديد المواقع بدون نظام GNSS.
تجنب العوائق الديناميكي وتخطيط المسار: يكتشف مسافة العوائق وسرعتها واتجاهها في الوقت الفعلي، ويتنبأ بمخاطر الاصطدام، ويضبط مسارات الطيران تلقائيًا لتجنب المباني وأرصفة الجسور.
قدرة مضادة للتداخل وفي جميع الأحوال الجوية: محصن ضد الإضاءة وظروف الطقس، ويستخدم خوارزميات لقمع التداخل الكهرومغناطيسي، مما يضمن الدقة.
الحلول القائمة على السيناريوهات: تطبيقات محددة في ثلاث بيئات حضرية منخفضة الارتفاع للثقب الأسود
تظهر بيئات الثقوب السوداء المختلفة للإشارة ذات الارتفاع المنخفض في المناطق الحضرية خصائص مميزة. يقدم رادار الموجات المليمترية حلولاً مستهدفة تلبي بشكل مثالي احتياجات الدوريات الأمنية وتسليم التجارة الإلكترونية:
-
الأخاديد الحضرية: ضمان مزدوج لتجنب العوائق وتخطيط المسار
لا تعاني المناطق الشاهقة الكثيفة من تداخل الإشارات الشديد فحسب، بل تعاني أيضًا من الشرفات البارزة، ووحدات تكييف الهواء، واللوحات الإعلانية. تتجنب طائرات التوصيل بدون طيار النتوءات الجانبية لضمان المرور الآمن عبر وديان المدينة، بينما تحافظ طائرات الأمن بدون طيار على تحليق مستقر عبر الفجوات بين المباني بفضل المسح الشامل الاتجاهات بزاوية 360 درجة لرادار الموجات المليمترية، والذي يكتشف العوائق الثابتة في الوقت الفعلي ويخلق مسارات تجنب عند دمجها مع خوارزميات تخطيط الذكاء الاصطناعي.
-
تحت الجسور/الجسور: الدعم الأساسي لتحديد المواقع بدقة واستقرار الموقف.
تعاني المناطق الموجودة أسفل الجسور من انسداد كامل تقريبًا في نظام GNSS وتحتوي على هياكل معقدة مثل الإطارات الفولاذية والأنابيب المعلقة. لتحقيق تحديد المواقع النسبي عالي الدقة، يقوم رادار الموجات المليمترية بمقارنة الميزات الهيكلية الممسوحة ضوئيًا بالخرائط ثلاثية الأبعاد المخزنة مسبقًا عبر مطابقة التضاريس. ومن خلال العمل مع IMU، فإنه يقوم باستمرار بإخراج قيم الموقع والسرعة، مما يمنع الطائرات بدون طيار من الانجراف أو الاصطدام، مما يلبي تمامًا احتياجات التفتيش الأمني تحت الجسور.
-
مناطق الهبوط: الدفاع النهائي للتوصيل الدقيق على مستوى السنتيمتر.
عادةً ما تكون المناطق المقصودة لتسليم التجارة الإلكترونية في الميل الأخير محفوفة بمشكلات الإشارة. يقوم رادار الموجات المليمترية بالمسح نحو الأسفل بحثًا عن ارتفاع مستوى السنتيمتر ودقة تحديد الموقع، مما يضمن هبوطًا رأسيًا مستقرًا، وتجنب الاصطدامات الأرضية أو التحليق غير المستقر، وتمكين تسليم الطرود بدقة.
التمكين في العالم الحقيقي: العمليات المثالية للدوريات الأمنية والتسليم
-
دورية أمنية في المناطق الحضرية: تحديد الهدف الديناميكي وتغطية المنطقة الكاملة.
تتطلب الدوريات الأمنية "مراقبة النقطة العمياء صفر"، وهو أمر مطلوب بشكل متكرر في المناطق ذات إشارة GNSS الضعيفة (تحت الجسور والطرق المرتفعة). يوفر رادار الموجات المليمترية تنقلًا مستقرًا وتجنب العوائق، مما يسمح للطائرات بدون طيار بالتحليق بالقرب من الهياكل أثناء اكتشاف الأجسام المتحركة المشبوهة مثل الأشخاص والمركبات. ويحقق التتبع والتصوير عالي الوضوح من خلال استخدام الكاميرات. يقوم الرادار بتوجيه الطائرات بدون طيار لتتبع الأهداف المتحركة في النقاط العمياء أسفل الجسور، للتعويض عن عيوب المراقبة التقليدية.
-
تسليم التجارة الإلكترونية على ارتفاعات منخفضة: استقرار في جميع الأحوال الجوية ودقة في التسليم
يتطلب تسليم التجارة الإلكترونية كفاءة وأمانًا عاليين. يعمل رادار الموجات المليمترية على تحسين العمليات بثلاث طرق: القدرة على العمل في جميع الأحوال الجوية، والكشف بعيد المدى جنبًا إلى جنب مع تجنب العوائق على المدى القريب، والهبوط الدقيق للتغلب على التحدي النهائي لتحديد المواقع على بعد 10 أمتار.
دمج التكنولوجيا: إنشاء نظام إدراك أكثر موثوقية
لتحسين الموثوقية، كثيرًا ما يتم دمج رادار الموجات المليمترية مع الملاحة بالقصور الذاتي والملاحة المرئية في التطبيقات العملية. على سبيل المثال:
تحقق الطائرة بدون طيار Lingyun U15 ملاحة طويلة الأمد في البيئات المرفوضة من GNSS من خلال الجمع بين رادار الموجات المليمترية وMEMS IMU، مع دقة ملاحية تزيد عن 10 أمتار.
يحسب نظام MiFly من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وضع الطائرة بدون طيار 6-DOF باستخدام رادار الموجات المليمترية ثنائي الاستقطاب واندماج IMU، مع متوسط خطأ في التوطين يبلغ 7.2 سم حتى في البيئات التي لا تقع على خط البصر.
مع التوسع السريع للاقتصاد الحضري على ارتفاعات منخفضة، سوف يتطور رادار الموجات المليمترية بشكل أكبر: ستؤدي الرقائق الأصغر والتكاليف المنخفضة إلى دفعه إلى الطائرات بدون طيار الاستهلاكية بشكل قياسي؛ سيؤدي تحسين الذكاء الاصطناعي إلى تحسين قدرة الرادار على التعرف على البيئة.
التلخيص
يعمل رادار الموجات المليمترية، بفضل إدراكه النشط ودقته العالية وقدراته المضادة للتداخل وفي جميع الأحوال الجوية، على حل تحديات طيران الطائرات بدون طيار الناتجة عن فقدان نظام GNSS في مناطق "الثقب الأسود للإشارة" مثل أودية المدينة والجسور والمناطق الواقعة تحت الجسور. إنها "شريك موثوق به" لدوريات الأمن في المناطق الحضرية، مما يسمح بالتفتيش بدون نقطة عمياء، و"عامل تمكين أساسي" لتوصيل التجارة الإلكترونية على ارتفاعات منخفضة، مما يضمن النزول الدقيق. يعمل رادار الموجات المليمترية، باعتباره الحل الأساسي لرادار الطائرات بدون طيار في المناطق الحضرية، على إعادة تعريف سلامة الطيران على ارتفاعات منخفضة في المناطق الحضرية وتمكين الاقتصاد على ارتفاعات منخفضة من الازدهار.