Unmanned Aircraft System Ground Control Stations (GCS)
08
مرداد

ایستگاه‌های کنترل زمینی پهپاد

ایستگاه‌های کنترل زمینی پهپاد

برای کنترل از راه دور وسایل پرنده احتیاج به سیستم‌های کنترلی است. این سیستم‌ها شامل دو قسمت نرم‌افزاری و سخت افزاری هستند. اساس ساخت و طراحی این ایستگاه‌های کنترل زمینی نیاز کاربر، حفظ سلامت پرنده و محیط پیرامون پروازی می‌باشد. به عبارتی ایستگاه‌های کنترل زمینی باید بسته به نوع پرنده و کاربرد‌های متفاوت آن‌ طراحی شوند. چنین ایستگاه‌هایی برای مأموریتی ایمن باید از ساز و کار استانداری برخوردار باشند تا پیش‌آمد هرگونه اتفاق که موجب خلل در پرواز خواهد شد را به حداقل برساند یا در صورت بروز حادثه‌، با کمترین آسیب به پرنده و محیط پیرامون، پرواز را متوقف و مأموریت را به پایان برساند.

مجموعه‌ای کامل از هشدار‌ها اعم از هشدارهای احتیاطی، بحرانی و مانورهای از پیش تعیین شده برای خرابی ایمن تعبیه شده تا در نبود خلبان، پرنده در وضعیت سالم مأموریت را به اتمام برساند. در ادامه سعی شده شرح مختصری از ویژگی‌های ایستگاه‌های کنترلی استاندارد بیان شود.

سیستم‌های کنترلی پیشرفت چشم­گیری به خصوص در زمینه خلبان‌های خودکار داشته‌اند. کاربردهای گسترده حاکی از آن است که ایستگاه‌هایی متناسب با مأموریت‌های درنظر گرفته شده برای پرنده‌ها طراحی شده تا کارکردی آسان را برای کاربر فراهم کنند.

عکس 1: نمایش ارتباط GCS باسایر عوامل پروازی

سیستم کنترل زمینی اطلاعات‌ ورودی مرتبط با عملیات را از سوی خلبان دریافت می­‌کند. این اطلاعات می‌­تواند شامل ارتفاع پرواز، مسیر حرکتی و دیگر اطلاعات کاربردی مأموریتی باشد که بایستی به پرنده منتقل گردد. به همین ترتیب نیز اطلاعاتی از وضعیت پرنده توسط تجهیزات تعبیه ­شده دریافت و در ایستگاه زمینی برای خلبان نمایش داده می‌شود تا در صورت نیاز تصمیم‌های لازمه برای ادامه پرواز اتخاذ شود.

بخش­‌های اصلی یک سیستم کنترل زمینی

بخش سخت‌افزاری

سخت افزار‌ GCS به مجموعه کاملی از سیستم‌های سخت افزاری زمینی اطلاق شده که برای کنترل پهپاد استفاده می‌­شوند. این مجموعه معمولاً شامل رابط انسان و ماشین، رایانه، تله متری، آنتن های کنترل و رادیوکنترل است. گاهی این ایستگاه‌ها به شکل یک نرم‌افزار در حال اجرای روی رایانه‌ی دستی و گاه به صورت خیلی وسیع‌تر و بزرگ‌تر متناسب با نوع و تعداد پهپاد و مأموریت تعریف شده طراحی و ساخته می‌شوند.

نمونه‌ای از یک ایستگاه کنترل زمینی

عکس 2: نمونه‌ای از یک ایستگاه زمینی

نمونه‌ای از ایستگاه‌های کنترل زمینی قابل حمل

عکس 3: نمونه‌ای از ایستگاه قابل حمل

بخش نرم‌افزاری

بخش نرم‌افزاری ایستگاه‌­های کنترل زمینی تداعی‌گر یک کابین خلبان، البته به صورت مجازی است که برنامه­ ریزی و بررسی مأموریت را به عهده دارد. به کمک این نرم‌افزارها ایستگاه‌های بین راهی، ارتفاع پروازی، مقصد و هدف ماموریت قابل تعیین است. همین طور می‌توان میزان پیشرفت ماموریت، موقعیت پرنده به صورت لحظه‌ای، تصاویر گرفته شده توسط دوربین‌های پهپاد، سرعت پهپاد و اطلاعاتی دیگری از وضعیت پرنده را از راه دور مشاهده کرد. نرم‌افزار ایستگاه‌های زمینی برپایه‌ی آسان­ سازی کاربری و افزایش سطح ایمنی پروازها طراحی می‌شوند که برخی از این اصول در ادامه مطرح شده است:

ماموریتها

نرم‌افزارها با ارائه شبکه‌هایی برای مسیر پرواز با شکل های متفاوت مثلا به صورت دایره‌ای یا چند ضلعی بسته یا حتی به صورت خطی به کاربر در طراحی و ایجاد ماموریت مد نظر کمک می‌کنند. برای مثال در نقشه ­برداری از ریل قطار مأموریت‌های خطی می‌تواند کمک بسیاری در فرآیند عکس برداری به کاربر ارائه دهد.

نمونه‌ای از یک ماموریت خطی که مسیرپرواز پرنده را مشخص می کند.

عکس 4: نمونه‌ای از یک ماموریت خطی که مسیر پرواز پرنده را مشخص می‌کند.

هشدار‌ها

در صورت بروز هر گونه مشکلی برای پرنده یا مأموریت، نرم‌افزار از طریق هشدار خلبان را آگاه می‌سازد. در این صورت نیاز است تا تصمیماتی از سوی خلبان گرفته شود. هشدار‌ها به چند نوع تقسیم و اولویت­ بندی می‌شوند که عبارت‌اند از:

  • هشدار‌های بحرانی که براساس استاندارد‌های جهانی با رنگ قرمز نمایش داده می‌شوند.

زمانی این نوع هشدار نمایش داده خواهد شد که نیاز به پاسخ خودکار پهپاد یا توجه و اقدام کاربر باشد. برای مثال اگر شتاب‌سنج خراب شود ممکن است پهپاد رفتار غیرمنتظره‌ای از خود نشان دهد. لذا قبل از وقوع هرگونه اتفاقی هشداری مبنی بر “خرابی شتاب‌سنج” نمایش خواهد داده شد. در صورت عدم توجه خلبان یا کاربر، مانور برگشت به خانه اجرا شود.

 نمونه‌ای از نمایش هشدار برای مطلع کردن خلبان

عکس 5: نمونه‌ای از نمایش هشدار برای مطلع کردن خلبان

  • هشدار‌های احتیاطی، پیام‌هایی با رنگ زرد. این هشدارها جهت اطلاع ­رسانی از شرایط پهپاد بوده و نیاز به اقدام‌های خاصی ندارند. به همین ترتیب تبعات خطرناکی نیز نخواهند داشت. برای مثال با “هشدار باطری خیلی کم است” کاربر می‌تواند باتری را تعویض کند تا ادامه مأموریت بدون هیچ­گونه هشداری انجام شود.

بایستی درنظر گرفت که در صورت نادیده گرفتن این نوع هشدارها، ممکن است هشدارهای بحرانی به واسطه آن­ها نمایش داده شوند. برای نمونه به علت رو به کاهش بودن باتری، در صورت عدم توجه به آن، حین مأموریت هشداری بحرانی دریافت خواهد شد که در نهایت مانور برگشت به خانه به صورت خودکار اجرا خواهد شد.

مانورهای خرابی ایمن

این نوع اخطار از جدی‌ترین نوع اخطارهاست؛ در صورت بروز حوادثی که موجب اختلال در روند مأموریت و پرواز شود، به طوری که انجام مأموریت تعریف شده غیرممکن باشد، پرنده منتظر اقدام کاربر خواهد ماند که در صورت تأخیر به صورت خودکار اقدامات اضطراری را آغاز و بلافاصله به زمین هدایت می‌شود. برای مثال زمانی که پهپاد بیش از 30 ثانیه داده­‌های GNSS را دریافت نکرده باشد پیامی حاوی “واماندگی بومی‌سازی” به نمایش در خواهد آمد که کاربر باید پرنده را با کنترل دستی به خانه برگرداند. در غیر این صورت پرنده در مکان فعلی فرود آمده و در صورت دریافت دوباره داده‌ها به خانه باز می­‌گردد.

استاندارد‌سازی

استاندارد‌سازی ایستگاه­‌های زمینی پهپاد، در جهت پروازی ایمن برای پهپاد و محیط زیست و به حداقل رساندن خطرات احتمالی و خطاهای انسانی صورت می‌گیرد. اداره ملی هوانوردی و فضایی آمریکا، اتحادیه ناتو و سایر سازمان‌ها تشخیص می‌دهند که دستورالعمل‌های استاندارد GCS یک نیاز کلیدی برای عملیات ایمن و قابل اعتماد خواهد بود که در این جهت آیین‌نامه‌هایی نیز منتشر کرده‌اند. برای مثال یک ایستگاه‌های کنترل زمینی استاندارد باید قابلیت تشخیص حریم هوایی پرواز ممنوع (از جمله آسمان نیروگاه‌ها، زندان‌ها، فرودگاه‌ها وسایر مکان‌های تصویر‌برداری ممنوع) را داشته باشند که به خلبان اطلاع داده تا از پرواز ممانعت کند و مأموریت موجب نقض قانون نگردد.