تتحول الطائرات بدون طيار من البيئات المفتوحة والمتوقعة إلى مساحات حضرية كثيفة ثلاثية الأبعاد مع نمو مبادرات الاقتصاد منخفض الارتفاع. وتُجري هذه الطائرات الآن عمليات تفتيش للمباني، ودوريات أمنية، وتوصيل الخدمات اللوجستية، والاستجابة للطوارئ، ومراقبة البنية التحتية، إلا أن تجنب العوائق في البيئات الحضرية لا يزال أحد أصعب التحديات في هندسة الطائرات بدون طيار. فعلى عكس الرحلات الجوية في الضواحي أو المناطق الريفية، تُسبب رحلات المدن حالة من عدم اليقين بسبب انعكاسات المواد، والأجسام المتحركة، وحقول العوائق الكثيفة، والتغير السريع في ظروف الإضاءة والطقس.
لمعالجة هذه المشكلات المتعلقة بالموثوقية، يبرز رادار الموجات المليمترية بتردد 77 جيجاهرتز كمستشعر أساسي للطائرات بدون طيار من الجيل التالي. فهو يوفر الاستقرار ومقاومة العوامل الجوية والوعي الديناميكي بالأجسام اللازمة لعمليات آمنة تمامًا على ارتفاعات منخفضة.
فهم تحديات تجنب العوائق باستخدام الطائرات بدون طيار في المناطق الحضرية
كثافة وتعقيد العوائق الحضرية
تعجّ البيئات الحضرية بعوائق غير منتظمة ذات مقطع عرضي صغير، يصعب رصدها بأجهزة الاستشعار التقليدية. ومن الأمثلة على الأجسام التي تعكس الضوء بطرق غير متوقعة، أو تبدو رقيقة جدًا بحيث يتعذر على أجهزة الاستشعار البصرية رصدها بدقة، خطوط الكهرباء، والكابلات، والهوائيات، والقضبان المعدنية، وأعمدة الأسطح، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. ويؤدي العديد من هذه العوائق إلى ضعف أو عدم تناسق في خصائصها البصرية، مما يُصعّب على الكاميرات وأجهزة الليدار تقدير العمق.
الصعوبات الناجمة عن الأسطح الزجاجية والمعدنية.
تُهيمن الحواجز الزجاجية على أفق المدن، لكنها تُسهم أيضًا بشكل كبير في ضعف الإدراك. تُعاني الكاميرات من تشوهات ناتجة عن الوهج والانعكاس، بينما يُواجه الليدار انعكاسات متعددة المسارات وشفافية جزئية. تُوثق الأبحاث المنشورة في مجلات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات ( https://ieeexplore.ieee.org ) بشكل متكرر قراءات غير مستقرة على الواجهات الزجاجية في الأنظمة ذاتية التشغيل. تُسبب هذه المشكلات نتائج سلبية وإيجابية خاطئة، وانقطاعات مفاجئة في الإدراك، مما قد يؤدي إلى سلوك طيران خطير في الممرات الضيقة.
تشكل الحركة الديناميكية غير المتوقعة تحديًا.
يجب أن تتشارك الطائرات بدون طيار المجال الجوي والمسارات الأرضية مع البشر، والدراجات، وروبوتات التوصيل، والسيارات، والحيوانات الأليفة، وغيرها من الطائرات بدون طيار. هذه الأجسام المتحركة تغير اتجاهها باستمرار، مما يستلزم ليس فقط الكشف عنها، بل أيضًا التنبؤ بحركتها. لا تستطيع أجهزة الاستشعار التي تفتقر إلى خاصية دوبلر التفاعل إلا عند عبور العوائق في طريقها، مما يقلل من وقت اتخاذ القرار أثناء المناورات الحضرية السريعة.
الإضاءة والطقس والتداخل بين المصادر المتعددة كلها لها تأثير.
ظروف الإضاءة في المناطق الحضرية غير مستقرة للغاية، إذ تُضعف انعكاسات ضوء الشمس، والظلال العميقة بين المباني، والعمليات الليلية، كفاءة أنظمة الكاميرات. كما أن للضباب والرذاذ والضباب والغبار تأثيرًا أكبر على الوضوح البصري. وفي الوقت نفسه، قد تُسبب تأثيرات تعدد مسارات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) داخل "الوديان الحضرية" مشاكل في الملاحة. ويمكن أن تؤدي أخطاء الاستشعار البسيطة إلى أعطال سريعة في هذه الظروف.
لماذا يُعد رادار الموجات المليمترية جيجاهيرتز أكثر ملاءمة للطائرات بدون طيار في المناطق الحضرية من أجهزة الاستشعار الأخرى
الموثوقية في جميع الظروف الجوية والإضاءة
رادار 77 جيجاهرتز هو تقنية استشعار نشطة لا تتطلب إضاءة محيطة. يعمل بثبات في الليل، وفي الظلال، وتحت الإضاءة الخلفية، وفي الضباب، والمطر، والغبار، أو الضباب الخفيف. يُعدّ هذا الاستقرار بالغ الأهمية للطائرات المسيرة التي تتنقل في الأزقة المظلمة، والمناطق الصناعية، أو البيئات الشاهقة المعقدة.
انخفاض الحساسية للانعكاسات من الزجاج والمعادن
بخلاف الكاميرات وأجهزة الليدار، لا يتأثر رادار الموجات المليمترية بشكل كبير بالخصائص البصرية للأسطح الزجاجية والمعدنية. وهذا يجعله مثاليًا للمناطق التجارية، والجامعات، والأبراج التجارية، والأحياء السكنية ذات الواجهات العاكسة.
قياس المسافة والسرعة في وقت واحد
يستخدم الرادار معالجة دوبلر لقياس المسافة والسرعة تلقائيًا. يتيح هذا للطائرة بدون طيار تفسير الحركة، واكتشاف المخاطر الديناميكية، وتوقع مسارها. يُعدّ الوعي الديناميكي أمرًا بالغ الأهمية للطيران الآمن والفعال في المناطق ذات الكثافة العالية للمشاة أو المركبات.
مقاومة فائقة للتداخل الكهرومغناطيسي.
تتميز المدن بكثافة عالية من معدات الاتصالات والمعدات الصناعية، مما يُنتج ضوضاء كهرومغناطيسية عالية. على عكس الأنظمة البصرية التي لا تتحمل التداخل الكهرومغناطيسي، صُممت رادارات 77 جيجاهرتز الحديثة لتحافظ على استقرارها في مثل هذه البيئات.
مكون أساسي في اندماج أجهزة الاستشعار الحديثة.
مستقبل إدراك الطائرات بدون طيار متعدد الجوانب. توفر الرؤية تصنيفًا ومعلومات تفصيلية عن الملمس، بينما يوفر الرادار الموثوقية في حالات انخفاض الرؤية وتحليل الحركة. يتماشى هذا التآزر مع توصيات الجهات التنظيمية، مثل إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) ( https://www.faa.gov )، التي تشجع على استخدام أجهزة استشعار متعددة لضمان عمليات آمنة على ارتفاعات منخفضة. يعمل الرادار كمستشعر استقرار رئيسي في هذه الهياكل.
كيف يُحسّن رادار Linpowave بتردد 77 جيجاهرتز عمليات الطائرات بدون طيار في المناطق الحضرية
هندسة MIMO ذات الدقة العالية للمساحات المعقدة.
صُممت مجموعة رادار Linpowave بتردد 77 جيجاهرتز ( https://linpowave.com ) بتقنية استشعار MIMO عالية الدقة، مما يُتيح قياسات دقيقة للمسافة والزاوية في البيئات المزدحمة. تُحسّن هذه التقنية من اكتشاف العوائق الرقيقة، والأسطح العاكسة، والأهداف سريعة الحركة.
تتطلب السيناريوهات الصعبة بصريًا الاستقرار.
أظهرت آلاف الاختبارات الواقعية في الأحياء التجارية والسكنية والمجمعات الصناعية وأزقة المدن القديمة أن رادار Linpowave يعمل بكفاءة عالية في البيئات التي غالبًا ما تُحجب فيها الكاميرات بفعل الوهج أو الظلال. عند تعطل أجهزة الاستشعار البصرية، يوفر الرادار حلاً احتياطيًا موثوقًا به للحفاظ على سلامة الطيران.
تم تحسينها لتناسب وزن الطائرة بدون طيار وقوتها وتكاملها.
تتميز وحدات رادار Linpowave بخفة وزنها وصغر حجمها وكفاءة استهلاكها للطاقة، وهي عوامل أساسية لتحمل الطائرات المسيرة. كما أنها تتكامل بسهولة مع وحدات التحكم في الطيران وأطر الدمج الحالية، مما يخفض تكاليف التطوير ويسرع النشر.
التعليمات
هل الرادار 77 جيجاهرتز قادر على اكتشاف الأشياء الرقيقة مثل الأسلاك؟
تعمل نماذج MIMO عالية الدقة على تحسين احتمالية اكتشاف العوائق الرقيقة ذات الانعكاس المنخفض والتي قد تفوتها الكاميرات وLiDAR في ظروف الإضاءة المنخفضة.
هل يقلل الرادار من مدة طيران الطائرات بدون طيار؟
تستهلك وحدات الرادار الحديثة طاقة قليلة وتزن قليلاً، وبالتالي فإن تأثيرها على قدرة الطيران ضئيل.
هل من المفترض أن يحل الرادار محل الكاميرات أو الليدار؟
لا. يُوفر دمج المستشعرات أعلى أداء. يوفر الرادار الاستقرار حيث تفشل الأنظمة البصرية، بينما تُوفر الرؤية عمقًا سياقيًا.
هل الرادار قادر على العمل بشكل موثوق بالقرب من الأسطح الزجاجية؟
نعم. لا يتأثر الرادار بالانعكاسات أو الشفافية الجزئية، مما يجعله مثاليًا للمناطق الحضرية المكتظة بالسكان ذات الزجاج.
ما هي التطبيقات التي قد تستفيد أكثر من رادار 77 جيجاهرتز؟
إن التفتيش الحضري، والاستجابة للطوارئ، ودوريات الأمن، ومراقبة حركة المرور، وعمليات الحرم الجامعي، والخدمات اللوجستية قصيرة المدى كلها سيناريوهات تتطلب الطيران الآمن عبر بيئات معقدة بصريًا.
تلخيص
عندما تتغير ظروف الإضاءة، أو تُشوّه المواد العاكسة الإشارات الضوئية، أو تتحرك المركبات والمشاة بشكل غير منتظم، أو تصبح الملاحة غير واضحة، تتطلب عمليات الطائرات بدون طيار في المناطق الحضرية أنظمة إدراك ثابتة. يُتاح الإدراك في جميع الأحوال الجوية، وإدراك الحركة، والحماية من التداخل الحضري النموذجي بفضل رادار 77 جيجاهرتز، الذي يوفر الموثوقية اللازمة.
ستتمتع الطائرات بدون طيار المزودة برادار بتردد 77 جيجاهرتز بميزة كبيرة مع تطوير المدن العالمية لبنى تحتية منخفضة الارتفاع وبدء تصميم ممرات جوية مُتحكم بها. تُعد هذه التقنية عنصرًا أساسيًا في منظومة الطائرات بدون طيار الحضرية المستقبلية، إذ تُسهّل عمليات أكثر أمانًا وقابلية للتنبؤ وقابلية للتوسع.