في الملاحة بالقصور الذاتي، الهوائي عادةً إلى الجهاز الذي يستقبل الإشارات من أنظمة تحديد المواقع الخارجية، وأكثرها شيوعاً أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية (GNSS) ، مثل GPS وGLONASS وGalileo وBeiDou. يُعدّ الهوائي بالغ الأهمية لتوفير معلومات الموقع المطلق (خط العرض وخط الطول والارتفاع) والمساعدة في تهيئة وتصحيح نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS).
دور الهوائي في الملاحة بالقصور الذاتي:
استقبال إشارة نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية:
- يستقبل الهوائي إشارات من أقمار نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) التي تبث بيانات موقعها وتوقيتها. وهذا يسمح لنظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) بتحديد الموقع والسرعة المطلقة للنظام ، والتي يمكن استخدامها لتصحيح أو معايرة أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي (مقاييس التسارع والدوامات) بمرور الوقت.
تحديد المواقع والملاحة:
- تساعد بيانات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) التي يوفرها الهوائي في تحديد موقع الجهاز في الفضاء. وتُعد هذه المعلومات بالغة الأهمية لتحديد الموقع الابتدائي ولإجراء تصحيحات على تقديرات نظام الملاحة بالقصور الذاتي للموقع والسرعة بمرور الوقت، لا سيما في غياب أنظمة مرجعية أخرى.
الاندماج مع أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي:
- دمج البيانات الحسية النموذجي ، تُدمج البيانات من هوائي نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) ووحدات القياس بالقصور الذاتي (IMU) باستخدام خوارزميات مثل ترشيح كالمان لتوفير معلومات ملاحية دقيقة ومستمرة. توفر وحدات القياس بالقصور الذاتي دقة على المدى القصير، بينما تُصحح بيانات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية الانحراف على المدى الطويل.
الدور في التهيئة:
- أثناء بدء تشغيل النظام أو عندما لا يستطيع نظام الملاحة بالقصور الذاتي الحصول على قياسات كافية بالقصور الذاتي، يوفر هوائي نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية بيانات حيوية للمحاذاة والمعايرة الأولية للنظام ، وخاصة للموقع والاتجاه الأوليين.
المساعدة في الدقة:
- في حالة أنظمة الهوائيات المزدوجة أو متعددة الهوائيات ، يمكن استخدام الموقع النسبي بين الهوائيات لحساب الاتجاه والدوران والميل . وهذا شائع في تطبيقات مثل الملاحة البحرية والجوية والبرية ، حيث يلزم تحديد دقيق للاتجاه والوضع .
على سبيل المثال:
- أنظمة الهوائي الواحد على بيانات نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) فقط لتحديث الموقع، بينما
- أنظمة الهوائي المزدوج هوائيين موضوعين على مسافة ثابتة لحساب الاتجاه، والذي يستخدم بعد ذلك لتصحيح نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS).
تأثير العوامل البيئية:
- قد تتأثر كفاءة الهوائي بعوامل بيئية مثل حجب الإشارة ، والتداخل متعدد المسارات (الإشارات المنعكسة)، أو الظروف الجوية ، مما قد يؤثر على جودة وموثوقية بيانات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS). ويُعدّ هذا الأمر إشكاليًا بشكل خاص في المناطق الحضرية المكتظة بالمباني أو الغابات الكثيفة ، حيث قد تُحجب الإشارات أو تنعكس.
أنواع الهوائيات في الملاحة بالقصور الذاتي:
- هوائيات رقعية:
- هذه هوائيات صغيرة ومسطحة تُستخدم غالبًا في أجهزة استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) للتطبيقات التي تتطلب تصميمات منخفضة الارتفاع. ويمكن استخدامها في تكوينات أحادية وثنائية الهوائي.
- الهوائيات الحلزونية:
- يستخدم في التطبيقات التي تحتاج فيها الهوائيات إلى توفير استقبال إشارة في اتجاه معين (مثل الطائرات والسفن البحرية ).
- أنظمة الهوائي المزدوج:
- في التطبيقات التي تتطلب تحديد الاتجاه والوضع ، أنظمة الهوائي المزدوج . تقيس هذه الأنظمة الموقع النسبي بين هوائيين لحساب الاتجاه (مسار الحركة)، والذي يمكن بعد ذلك دمجه مع القياسات بالقصور الذاتي.
- هوائيات الميكروستريب وهوائيات L1/L2:
- يمكن لهذه الهوائيات أن تعمل على نطاقات GNSS محددة (مثل L1 لنظام تحديد المواقع العالمي GPS) وقد توفر دقة ومقاومة لتداخل الإشارة.
خاتمة:
في الملاحة بالقصور الذاتي، يُعد الهوائي عنصرًا أساسيًا لتوفير بيانات الموقع المطلق عبر إشارات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، مما يُساعد على تصحيح الأخطاء المتراكمة (الانحراف) في وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) . ومن خلال دمج البيانات الواردة من الهوائي مع قياسات وحدة القياس بالقصور الذاتي، يُمكن للنظام تحقيق دقة وموثوقية سيما على المدى الطويل وفي البيئات التي قد تتعرض فيها أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي وحدها للانحراف.
