التوجيه والملاحة والتحكم

الموسوعة الحرة

GN&C من شركة أبولو

التوجيه والملاحة والتحكم (يُختصر GNC أو GN&C أو G&C ) هو فرع من فروع الهندسة يتعامل مع تصميم الأنظمة للتحكم في حركة المركبات، وخاصة السيارات والسفن والطائرات والمركبات الفضائية . في كثير من الحالات، يمكن أن يؤدي البشر المدربون هذه الوظائف. ومع ذلك، نظرًا لسرعة ديناميكيات الصواريخ على سبيل المثال، فإن وقت رد الفعل البشري يكون بطيئًا جدًا للتحكم في هذه الحركة. لذلك، تُستخدم الأنظمة - الإلكترونية الرقمية الآن بشكل حصري تقريبًا - لمثل هذا التحكم. حتى في الحالات التي يمكن فيها للبشر أداء هذه الوظائف، فغالبًا ما توفر أنظمة GNC فوائد مثل تخفيف عبء عمل المشغل وتنعيم الاضطرابات وتوفير الوقود وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، تتيح التطبيقات المتطورة لـ GNC التحكم التلقائي أو عن بعد .

  • يشير التوجيه إلى تحديد مسار السفر المطلوب (المسار ) من موقع السيارة الحالي إلى هدف محدد، بالإضافة إلى التغييرات المطلوبة في السرعة والدوران والتسارع لاتباع هذا المسار. [1] [2] [3]
  • تشير الملاحة إلى تحديد موقع المركبة وسرعتها ( متجه الحالة ) في وقت معين بالإضافة إلى موقفها. [ بحاجة لمصدر ]
  • يشير التحكم إلى التلاعب بالقوى، عن طريق أدوات التحكم في التوجيه، والدوافع، وما إلى ذلك، اللازمة لتنفيذ أوامر التوجيه مع الحفاظ على استقرار السيارة . [ بحاجة لمصدر ]

أجزاء

تتكون أنظمة التوجيه والملاحة والتحكم من 3 أجزاء أساسية: الملاحة التي تتبع الموقع الحالي، والتوجيه الذي يستفيد من بيانات الملاحة ومعلومات الهدف لتوجيه التحكم في الطيران "إلى أين تذهب"، والتحكم الذي يقبل أوامر التوجيه للتأثير على التغيير في الضوابط الديناميكية الهوائية و/أو المحرك.

ملاحة
هو فن تحديد مكانك، وهو العلم الذي شهد تركيزًا هائلاً في عام 1711 مع جائزة خط الطول . تساعد أدوات الملاحة إما في قياس الموضع من نقطة مرجعية ثابتة (مثل معلم أو نجم الشمال أو منارة لوران) أو الموضع النسبي للهدف (مثل الرادار أو الأشعة تحت الحمراء أو ...) أو تتبع الحركة من موضع/نقطة بداية معروفة (مثل وحدة قياس القصور الذاتي). تستخدم الأنظمة المعقدة اليوم طرقًا متعددة لتحديد الموضع الحالي. على سبيل المثال، تتجسد أنظمة الملاحة الأكثر تقدمًا اليوم في الصواريخ المضادة للصواريخ الباليستية ، حيث يستفيد صاروخ RIM-161 Standard Missile 3 من بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ووحدة قياس القصور الذاتي (IMU) وقطاع الأرض في مرحلة التعزيز وبيانات الموضع النسبي لاستهداف الاعتراض. عادةً ما تحتوي الأنظمة المعقدة على تكرار متعدد لمعالجة الانجراف وتحسين الدقة (مثل الدقة النسبية للهدف) ومعالجة فشل النظام المعزول. لذلك تأخذ أنظمة الملاحة مدخلات متعددة من العديد من أجهزة الاستشعار المختلفة، سواء الداخلية للنظام و/أو الخارجية (مثل التحديث الأرضي). يوفر مرشح كالمان النهج الأكثر شيوعًا لدمج بيانات الملاحة (من أجهزة استشعار متعددة) لحل الموضع الحالي.
إرشاد
إن التوجيه هو "السائق" للمركبة. فهو يأخذ المدخلات من نظام الملاحة (أين أنا) ويستخدم معلومات الاستهداف (إلى أين أريد أن أذهب) لإرسال إشارات إلى نظام التحكم في الطيران الذي سيسمح للمركبة بالوصول إلى وجهتها (في حدود القيود التشغيلية للمركبة). إن "الأهداف" لأنظمة التوجيه هي متجه حالة واحد أو أكثر (الموقع والسرعة) ويمكن أن تكون بالقصور الذاتي أو نسبية. أثناء الطيران الآلي، يقوم التوجيه بحساب اتجاهات التوجيه بشكل مستمر للتحكم في الطيران. على سبيل المثال، يستهدف مكوك الفضاء متجه ارتفاع وسرعة وجاما لإيقاف تشغيل المحرك الرئيسي. وبالمثل، يستهدف الصاروخ الباليستي العابر للقارات أيضًا متجهًا. يتم تطوير متجهات الهدف لتحقيق المهمة ويمكن التخطيط لها مسبقًا أو إنشاؤها ديناميكيًا.
يتحكم
يتم التحكم في الطيران إما ديناميكيًا هوائيًا أو من خلال أدوات تحكم تعمل بالطاقة مثل المحركات. يرسل التوجيه إشارات إلى التحكم في الطيران. يعد الطيار الآلي الرقمي (DAP) بمثابة الواجهة بين التوجيه والتحكم. التوجيه وDAP مسؤولان عن حساب التعليمات الدقيقة لكل تحكم في الطيران. يوفر DAP ردود فعل للتوجيه حول حالة أدوات التحكم في الطيران.

أمثلة

توجد أنظمة GNC في جميع الأنظمة المستقلة أو شبه المستقلة تقريبًا. وتشمل هذه:

ومن الأمثلة ذات الصلة:

  • الملاحة السماوية هي تقنية لتحديد المواقع تم ابتكارها لمساعدة البحارة على عبور المحيطات التي لا توجد بها معالم دون الحاجة إلى الاعتماد على التقدير الميت لتمكينهم من الوصول إلى الأرض. تستخدم الملاحة السماوية قياسات زاوية (مشاهد) بين الأفق وجسم سماوي مشترك. غالبًا ما يتم قياس الشمس. يمكن للملاحين المهرة استخدام القمر أو الكواكب أو أحد النجوم الملاحية السبعة والخمسين التي يتم جدولة إحداثياتها في التقويمات البحرية. تشمل الأدوات التاريخية بيانات السدس والساعة والتقويم الفلكي. تستخدم مكوك الفضاء اليوم ومعظم المركبات الفضائية بين الكواكب أنظمة بصرية لمعايرة أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي: مشهد محاذاة الطاقم البصري (COAS)، [4] متعقب النجوم. [5]
  • وحدات القياس بالقصور الذاتي (IMUs) هي النظام بالقصور الذاتي الأساسي للحفاظ على الموضع الحالي (الملاحة) والتوجيه في الصواريخ والطائرات. إنها آلات معقدة بها جيروسكوب دوار واحد أو أكثر يمكنه الدوران بحرية في 3 درجات من الحركة داخل نظام جيمبال معقد . يتم "تدوير" وحدات القياس بالقصور الذاتي ومعايرتها قبل الإطلاق. يوجد ما لا يقل عن 3 وحدات قياس بالقصور الذاتي منفصلة في معظم الأنظمة المعقدة. بالإضافة إلى الموضع النسبي، تحتوي وحدات القياس بالقصور الذاتي على مقاييس تسارع يمكنها قياس التسارع في جميع المحاور. توفر بيانات الموضع، جنبًا إلى جنب مع بيانات التسارع، المدخلات اللازمة "لتتبع" حركة المركبة. تميل وحدات القياس بالقصور الذاتي إلى "الانجراف"، بسبب الاحتكاك والدقة. يمكن توفير تصحيح الأخطاء لمعالجة هذا الانجراف من خلال القياس عن بعد للوصلة الأرضية ونظام تحديد المواقع العالمي والرادار والملاحة السماوية البصرية وغيرها من مساعدات الملاحة. عند استهداف مركبة أخرى (متحركة)، تصبح المتجهات النسبية ذات أهمية قصوى. في هذه الحالة، تكون مساعدات الملاحة التي توفر تحديثات للموضع بالنسبة للهدف أكثر أهمية. بالإضافة إلى الموضع الحالي، تقوم أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي عادةً أيضًا بتقدير الموضع المتوقع لدورات الحوسبة المستقبلية. انظر أيضًا نظام الملاحة بالقصور الذاتي .
  • التوجيه الفلكي بالقصور الذاتي هو دمج الاستشعار / دمج المعلومات بين التوجيه بالقصور الذاتي والملاحة السماوية.
  • الملاحة بعيدة المدى (LORAN): كانت هذه هي السلف لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وكانت (ولا تزال تستخدم إلى حد ما) في المقام الأول في النقل البحري التجاري. يعمل النظام عن طريق تحديد موقع السفينة على أساس المرجع الاتجاهي لأجهزة الإرسال المعروفة .
  • نظام تحديد المواقع العالمي (GPS): تم تصميم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من قبل الجيش الأمريكي بهدف أساسي وهو معالجة "الانجراف" داخل الملاحة بالقصور الذاتي للصواريخ الباليستية التي تطلقها الغواصات (SLBMs) ​​قبل الإطلاق. ينقل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) نوعين من الإشارات: عسكرية وتجارية. دقة الإشارة العسكرية سرية ولكن يمكن افتراض أنها أقل من 0.5 متر. يتكون قطاع الفضاء لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من 24 إلى 32 قمرًا صناعيًا في مدار متوسط ​​حول الأرض على ارتفاع حوالي 20200 كيلومتر (12600 ميل). توجد الأقمار الصناعية في ستة مدارات محددة وتنقل معلومات دقيقة للغاية عن الوقت وموقع القمر الصناعي والتي يمكن استخدامها لاستنتاج المسافات وحساب الموقع. [6]

  • الرادار / الأشعة تحت الحمراء / الليزر: يوفر هذا الشكل من الملاحة معلومات للتوجيه فيما يتعلق بهدف معروف ، وله تطبيقات مدنية (التقاء سابق) وعسكرية.

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ Grewal, Mohinder S.; Weill, Lawrence R.; Andrews, Angus P. (2007). Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration (2nd ed.). Hoboken, New Jersey, USA: Wiley-Interscience, John Wiley & Sons, Inc. p. 21. ISBN 978-0-470-04190-1.
  2. ^ Farrell, Jay A. (2008). Aided Navigation: GPS with High Rate Sensors . USA: The McGraw-Hill Companies. ص 5 وما يليها. ISBN 978-0-07-164266-8.
  3. ^ دريبر ، CS. ريجلي، دبليو؛ هوج، G.؛ باتين، ر. ميلر، إي. كوسو، أ. هوبكنز، AL. فاندر فيلدي، نحن (يونيو 1965). أبولو التوجيه والملاحة (PDF) (أبلغ عن). ماساتشوستس: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، مختبر الأجهزة. ص. I-3 وما يليها . تم الاسترجاع 12 أكتوبر 2014 .
  4. ^ NASA.gov
  5. ^ NASA.gov
  6. ^ https://www.gps.gov/systems/gps/space/ [ عنوان URL العاري ]
  • مؤتمر AIAA GNC (سنوي)
  • أكاديميك إيرث: هندسة أنظمة الطائرات: المحاضرة 16، المؤتمر الوطني العام. فيل هاتيس – معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
  • معهد جورجيا للتكنولوجيا: GNC: النظرية والتطبيقات
  • تكنولوجيا مكوك ناسا: GNC أرشيف 24 سبتمبر 2016 على موقع Wayback Machine
  • بوينج: الدفاع والفضاء والأمن: محطة الفضاء الدولية: GNC
  • أنظمة أقمار برينستون الصناعية: نظام عالمي للمركبات الجوية عالية الارتفاع. جوزيف مولر محفوظ في 11 يونيو 2014 على موقع واي باك مشين
  • CEAS: مؤتمر EuroGNC
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=التوجيه_والملاحة_والتحكم&oldid=1241296163"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate