ناوبری پهپادها در محیط‌های بدون GPS

مشکل انباشت خطا در سیستم ناوبری اینرسی (INS)

در نگاه اول، سیستم‌های ناوبری اینرسی یا INS یک راه حل ایده‌آل برای خودکاری پهپادها در محیط‌های بدون GPS به نظر میرسن. به هر حال، INS به GPS وابسته نیست و از شتاب‌سنج‌ها و ژیروسکوپ‌ها برای اندازه‌گیری تغییرات سرعت و جهت استفاده میکنه. این موضوع امیدوارکننده به نظر میرسه، درسته؟ مشکل اینجاست که «انباشت خطا» (Drift)، یعنی جمع شدن تدریجی خطاها با گذشت زمان، بعد از تنها چند کیلومتر پرواز به یک مسئله بزرگ تبدیل میشه.

این مشکل به خصوص در محیط‌هایی که هیچ نقطه مرجع خارجی برای کالیبراسیون مجدد وجود نداره (مثل سیگنال GPS یا نشانه‌های بصری) خیلی جدی‌تر میشه. بازخوردهایی که از خطوط مقدم به ما رسیده نشون میده که اتکای صرف به INS در محیط‌هایی مثل جنگل‌ها یا زمین‌های صاف، باعث کاهش قابل توجهی در دقت میشه و این یک مشکل جدیه، وقتی که دقت در عملیات نظامی اهمیت حیاتی داره.

SLAM: روی کاغذ خوب، در عمل ضعیف

یک فناوری امیدوارکننده دیگه، «موقعیت‌یابی و نقشه‌برداری همزمان» یا SLAM هست. این سیستم از دوربین‌ها یا سنسورهای لیدار (LIDAR) استفاده میکنه تا همزمان با تعیین موقعیت پهپاد، نقشه‌ای از محیط اطراف تهیه کنه. از نظر تئوری، SLAM میتونه راه حل عالی برای ناوبری خودکار در مناطق ناآشنا باشه.

اما واقعیت در میدان عمل متفاوته. در محیط‌های شهری که نشانه‌های بصری زیادی مثل ساختمان‌ها و جاده‌ها وجود داره، SLAM عملکرد نسبتا خوبی از خودش نشون میده. اما به محض اینکه به مناطق بدون عوارض مشخص (مثل دشت‌ها یا جنگل‌ها) منتقل بشیم، این سیستم برای ایجاد یک نقشه دقیق یا حفظ موقعیت‌یابی خودش به مشکل میخوره. بدون وجود نشانه‌های واضح، SLAM شروع به انباشت خطا میکنه که اون رو برای کارهای دقیقی مثل شناسایی یا هماهنگی حملات که به دقت نقطه‌ای نیاز دارن، غیرقابل اعتماد میکنه.

جریان نوری: یک کمک‌کننده، نه یک راه حل کامل

جریان نوری (Optical Flow) هم یک فناوری جالب دیگه‌ست. این سیستم حرکت اجسام در میدان دید دوربین رو محاسبه میکنه تا سرعت پهپاد رو تخمین بزنه. با اینکه این فناوری میتونه داده‌های ارزشمندی برای تخمین حرکت کوتاه مدت فراهم کنه، اما به عنوان تنها راه حل ناوبری عملکرد خوبی نداره، مخصوصا در محیط‌های پویا یا جاهایی که شرایط به سرعت تغییر میکنه. در سناریوهای نظامی، جایی که زمین و شرایط به سرعت عوض میشن، جریان نوری به تنهایی نمیتونه هدایت قابل اعتمادی ارائه بده.

با این حال، وقتی جریان نوری در یک سیستم ترکیبی ادغام میشه، نشانه‌های حرکتی مهمی رو اضافه میکنه که به پهپاد کمک میکنه موقعیت خودش رو به صورت لحظه‌ای تصحیح کنه، به ویژه در مانورهای با سرعت بالا یا در محیط‌هایی که داده‌های بصری به سرعت در حال تغییر هستن.

قدرت یکپارچه‌سازی ترکیبی

خب، از اینجا به بعد باید چه کار کرد؟ بعد از تحلیل کامل این سیستم‌ها، به یک نتیجه‌گیری حیاتی رسیدیم: مسئله این نیست که به یک راه حل تکیه کنیم، بلکه باید اونها رو با هم ادغام کنیم. آینده ناوبری خودکار برای پهپادها در یک سیستم ترکیبی نهفته است که ناوبری بصری، سیستم‌های اینرسی و جریان نوری را با هم ترکیب میکند. این رویکردی هست که ما در سیستم خودمون پیاده کردیم، جایی که هر سه فناوری از همان ابتدا با هم کار میکنن، نه به صورت جداگانه.

با یکپارچه کردن ناوبری بصری با INS و جریان نوری، ما سیستمی ساختیم که حتی در محیط‌های بدون دسترسی به GPS هم ناوبری قابل اعتماد و دقیقی رو ارائه میده. کلید موفقیت در بازخورد لحظه‌ای هست، یعنی سیستم‌ها به طور مداوم همدیگه رو تصحیح میکنن، خطاها رو به حداقل میرسونن و اطمینان حاصل میکنن که پهپاد در تمام طول پرواز پایدار و دقیق باقی میمونه.

بازخورد از میدان نبرد: آزمایش در دنیای واقعی

نتایج خودشون گویای همه چیز هستن. سیستم ترکیبی ما تا الان در شرایط جنگی واقعی آزمایش شده، جایی که سیگنال‌های GPS اغلب به دلیل پارازیت یا موانع طبیعی در دسترس نیستن. با وجود این چالش‌ها، سیستم به طور مداوم موقعیت‌یابی دقیق و هدف‌گیری صحیحی رو ارائه داده، حتی موقع پرواز در مناطق بدون GPS. مشخص شده که این رویکرد ترکیبی خیلی بهتر از روش‌های سنتی هست که به یک فناوری تکیه میکنن.

بازخوردهای دریافتی از عملیات نظامی دلگرم‌کننده بوده و سیستم‌های ناوبری ترکیبی عملکرد بهتری در ماموریت‌های حساسی مثل شناسایی، جمع‌آوری اطلاعات و حملات دقیق از خودشون نشون دادن. علاوه بر این، این سیستم توانایی خودش رو در ماموریت‌های دوربرد و محیط‌های متراکم، یعنی جاهایی که سیستم‌های دیگه شکست میخوردن، ثابت کرده.

راه حلی فراتر از میدان جنگ

کاربردهای ناوبری ترکیبی فقط به حوزه نظامی محدود نمیشه. ما از بخش‌های تجاری هم درخواست‌هایی داشتیم، از جمله در زمینه‌هایی مثل لجستیک، تحویل خودکار و نظارت بر محیط زیست در مناطق دورافتاده یا صعب‌العبور. در این زمینه‌ها، نیاز به خودکاری در محیط‌های بدون GPS در حال افزایشه و سیستم ما یک راه حل قابل اعتماد و مقرون به صرفه ارائه میده.

آینده: پهپادهای خودکار در میدان نبرد

روند کاملا مشخصه؛ پهپادهای خودکار در حال متحول کردن جنگ‌های مدرن هستن. با افزایش اهمیت پهپادها برای نظارت، هدف‌گیری و تحویل، توانایی عملیات بدون GPS دیگه یک قابلیت لوکس نیست، بلکه یک ضرورت به حساب میاد. سیستم‌های ناوبری خودکار در حال حاضر در عملیات‌های نظامی واقعی استفاده میشن و با افزایش تقاضا برای قابلیت‌های خودکار، این سیستم‌ها نقش مهم‌تری در میدان نبرد ایفا خواهند کرد.

تغییر به سمت جنگ رباتیک اجتناب ناپذیره. در آینده، این پهپادها و سیستم‌های خودکار هستن که با خطرات جنگ روبرو میشن، نه انسان‌ها. و این یک گام مثبت به جلو محسوب میشه. شاید بشریت هیچوقت جنگ‌ها رو متوقف نکنه، اما حداقل میتونیم با فرستادن ربات‌ها به خط مقدم، از فدا کردن جان انسان‌ها جلوگیری کنیم. این تغییر همین الان در حال وقوعه و هر سازنده و توسعه‌دهنده‌ای در فضای دفاعی باید برای اون آماده بشه.

فناوری پشت Codective One تنها یک شروع به حساب میاد. همزمان با ادامه اصلاح و گسترش راه حل‌های ناوبری ترکیبی، ما متعهد هستیم که به صنایع دفاعی و بخش‌های تجاری کمک کنیم تا به سمت آینده‌ای حرکت کنن که در اون، خودکاری و قابلیت اطمینان یک استاندارد باشه، نه یک استثنا.

آنتون گرا (Anton Gera)، مدیرعامل شرکت Codective هست؛ شرکتی که روی توسعه راه حل‌های ناوبری خودکار برای سیستم‌های بدون سرنشین تمرکز داره. سیستم Codective One با یکپارچه کردن ناوبری بصری، سیستم‌های اینرسی و جریان نوری، به پهپادها این امکان رو میده تا در محیط‌های بدون دسترسی به GPS با دقت بالا مسیریابی کنن.