iNetDoc

کامل ترین منبع دانلود مقاله و تحقیق

پایان نامه ناوبری با استفاده از تطبیق پایگاه داده های عوارض زمین

نوع : word - قیمت :12000

بخشی از پایان نامه :

ناوبری با استفاده از تطبیق  پایگاه داده های عوارض زمین

 

ناوبری علمی است که به وسیله آن می‌توان وسیله پرنده را از محلی به نام مبدأ به محلی دیگر به نام مقصد هدایت نمود, به نحوی که ناوبر در هر زمان که نیاز باشد موقعیت خود را مشخص و در صورت نیاز گزارش نماید.

نیاز به تعیین موقعیت و جهت یابی دقیق از اصلی‌ترین نیازهای هر متحرکی است. امروزه روش‌های مختلفی برای تعیین موقعیت وجود دارد اما به علت وجود امکان خطا و اشتباه در این فرآیند، اطمینان کامل به یک روش چندان عقالنی نیست. بنابراین اکثر سیستم‌های ناوبری بر پایه‌ی تلفیق دو یا چند روش بنا شده‌اند.از اصلی‌ترین روش‌های تلفیق، تلفیق یک سیستم ناوبری اینرسی و یک سیستم برآورد گر موقعیت است. در این روش نقش اصلی در فرآیند تعیین موقعیت بر عهدهی سیستم تعیین موقعیت اینرسی است اما به خاطر ماهیت خطای این سیستم، دقت تعیین موقعیت در آن با افزایش زمان به شدت کاهش می‌یابد. هنگامی که دقت تعیین موقعیت از حد تعیین شده کمتر شد موقعیت دقیق متحرک توسط سیستم برآورد گر موقعیت بدست می‌آید. همچنین زمانی که اطالعات و داده‌های جی پی اس در دسترس نباشند، نیاز به استفاده از این روش اهمیت ویژهای پیدا می‌کند.سیستم ناوبری به کمک مدل رقومی سطح از خانوادهی روش‌های تعیین موقعیت با استفاده از تطبیق پایگاه داده است. نمونه‌هایی از روش‌های تطبیق پایگاه داده که در این تحقیق به بررسی آن پرداخته خواهد شده عبارت‌اند از: تطبیق با استفاده از نقشه، تطبیق با استفاده از تصویر و همچنین مبنا قرار دادن عوارض زمین.در روش تطبیق با استفاده از نقشه، کاربر از ویژگی‌های مشخص در نقشه مانند خیابان‌ها، برای تولید خط موقعیت استفاده می‌کند. روش تطبیق با استفاده از تصویر، جهت اجتناب از برخورد با موانع و پیدا نمودن مسیر به کار برده می‌شود. از این روش برای مدل کردن اشیایی که دارای هندسه ساده هستند استفاده می‌شود. در روش ناوبری بر اساس عوارض زمین که از آن می‌توان به عنوان یک روش کمک ناوبری نام برد، موقعیت متحرک به کمک تناظریابی میان داده‌های ارتفاعی جمع آوری شده و مدل سطح برآورد می‌شود.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                       صفحه

 

مقدمه................................................................................................................................. 1

فصل اول:ناوبری

1-1- ناوبری................................................................................................................................ 4

1-2- ناوبری رادیویی و سامانه‌های مربوطه...................................................................................... 5

1-3- جهت یاب خودکار (ADF)................................................................................................... 6

1-4- ناوبری با VOR.................................................................................................................... 9

 

فصل دوم:سیستم ناوبری هوایی

2- 1-مأموریت ناوبری................................................................................................................. 11

2-2- روش اصلی ناوبری هوایی................................................................................................... 11

2-3- آشنایی با اویونیک.............................................................................................................. 14

2-4- تاریخچه اویونیک............................................................................................................... 15

2-5- سیستم‌های مخابراتی........................................................................................................... 18

2-6- سیستم‌های ناوبری.............................................................................................................. 19

2-7- سیستم Instrument Landing System یا ILS..................................................... 20

2-8- سیستم مارکر بیکنز Marker Beacons........................................................................ 20

2-9- سیستم Microwave Landing System یا MLS.................................................... 21

2-10- سیستم VHF Omni-Directional Range یا VOR................................................ 22

2-11- سیستم Distance Measuring Equipment یا DME......................................... 23

2-12- سیستم Traffic Collision Avoidance System یا TCAS............................ 23

2-13- سیستم‌های کنترل پرواز..................................................................................................... 24

2-14- سیستم‌های الکتریکی......................................................................................................... 25

 

فصل سوم:سامانه موقعیت یابی جهانی

3- 1-GPS................................................................................................................................ 28

3-2- سیستم مکان یابی جهانی..................................................................................................... 28

 

فصل چهارم:ناوبری دریایی

4- 1-ناوبری دریایی.................................................................................................................... 36

4-2- روشهای ناوبری :............................................................................................................... 37

4-3- ناوبری ساحلی................................................................................................................... 37

4-4- اصول ناوبری :................................................................................................................... 38

4-5- آشنایی با نقشه های دریایی.................................................................................................. 43

4-6- مقیاس نقشه:(SCALE)...................................................................................................... 45

4-7- خصوصیات یک نقشه دریایی :............................................................................................. 45

4-8- انواع تصویر برداری نقشه های دریایی:.................................................................................. 45

4-9- خصوصیات مرکاتور:.......................................................................................................... 47

4-10- علائم روی نقشه:.............................................................................................................. 49

4-11- اطلاعات ثبت شده در نقشه................................................................................................ 49

4-12- دسته بندي چارت دريايي :................................................................................................. 51

4-13- مرحله طرح ریزی روی نقشه ( planning )................................................................... 52

4-14- قطب نما روی نقشه (COMPASS ROSE):........................................................................ 53

4-15- علائم کمک ناوبری........................................................................................................... 53

4-16- علائم كمك ناوبري ساحلي................................................................................................ 54

 

فصل پنجم:ناوبری زمینی

5- 1- تطبیق پایگاه داده............................................................................................................... 64

5-2- لزوم استفاده از روش ناوبری بر اساس عوارض زمین.............................................................. 66

5-3- تاریخچه ناوبری بر اساس زمین............................................................................................ 66

5-4- تطابق حد فاصل با عوارض زمین......................................................................................... 68

5-5- ناوبری اینرسی به کمک عوارض زمین ساندیا........................................................................ 71

5-6- منابع................................................................................................................................. 78

 

1-1-ناوبری

ناوبری علمی است که به وسیله آن می‌توان وسیله پرنده را از محلی به نام مبدأ 2 به محلی دیگر به نام مقصد 3 هدایت نمود, به نحوی که ناوبر در هر زمان که نیاز باشد موقعیت خود را مشخص و در صورت نیاز گزارش نماید.

کلمه ناوبری از دو کلمه التین به معنی کشتی و حرکت گرفته شده است و اساساً به معنی پیدا نمودن مسیر در دریا می‌باشد. اما بعدها با شروع مسافرت در فضا و خشکی این کلمه به مفهوم مسیریابی در هوا، خشکی و دریا بکار برده شد. مسیریابی اولیه توسط اجرام سماوی و قطب نماهای مغناطیسی انجام می‌گردید.

با پیشرفت علوم و تکنولوژی امروزه از سیستم‌های پیشرفته ماهواره ای استفاده می‌شود. ماهواره‌های مسیریاب قادر به مشخص نمودن طول و عرض جغرافیایی، ارتفاع از سطح دریا، سرعت، فاصله و زمان با دقت بسیار باال می‌باشند.

در این جا به مروری جامع بر انواع مختلف از سنسورهای ناوبری و فن آوری در حال حاضر در این زمینه پرداخته می‌شود. بسیاری از این فن آوری ها در محیط‌های دشوار و پیچیده مانند محیط‌های شهری و محیط‌های داخلی قابل اجرا می‌باشند. در چنین محیط‌های ناوبری با استفاده از سیستم‌های ناوبری ماهواره ای مدرن اغلب امکان پذیر نیست.

1-1-ناوبری رادیویی و سامانه‌های مربوطه

همانطور که از این عنوان برمی آید ناوبری رادیویی به معنی کمک گیری از امواج رادیویی به منظور هدایت هواپیماهاست که در زیر به معرفی سر فصل‌های آن می‌پردازیم.

این سرفصل به 5 دسته تقسیم می‌شود که این دسته بندی به شرح زیر است:

1. جهت یاب خودکار

2. ناوبری با VOR

3. سامانه فرود ILS

4. فاصله یاب

5. سامانه اعلام نزدیکی به باند

 

1-2-جهت یاب خودکار (ADF)

این سامانه با استفاده از سیگنال ارسالی از ایستگاه‌های زمینی می‌تواند جهت ایستگاه فرستنده را مشخص نماید که از آن جهت ناوبری استفاده می‌گردد. سامانه ADF از آنتن، پنل کنترل و یک گیرنده تشکیل شده است. این سامانه معمولاً بصورت دوتایی در هواپیما نصب می‌گردد تا در یک زمان بتوان سیگنال‌های دو ایستگاه مختلف را دریافت و ناوبری دقیق تری انجام داد. ایستگاه‌های فرستنده در محدوده فرکانسی 190 تا 1750 کیلوهرتزی سیگنال ارسال می‌کنند که هر ایستگاه زمینی برای خود فرکانس خاصی دارد، آنتن گیرنده که دو نوع لوپ و سنس است سیگنال فوق را گرفته و به گیرنده می‌دهد که در آنجا پس از جداسازی اطلاعات عقربه ای در جلوی خلبان به یک سمت می‌ایستد که نوک پیکان آن دائماً جهت ایستگاه فرستنده زمینی را نشان می‌دهد. زاویه بین عقربه با جهت دماغه هواپیما در جهت عقربه‌های ساعت را جهت نسبی گویند.

1-مأموریت ناوبری

پیدا کردن راه از یک محل به محل دیگر را ناوبری می گویند. حرکت یک هواپیما از یک نقطه به نقطه دیگر مهم‌ترین بخش هر مأموریت ناوبری است.

در گذشته رسم نقشه برای یافتن محلی مشخص معمولاً وظیفه عضوی مشخص از خدمه هواپیما یعنی ناوبر بود. این وظیفه کار مشکل و پیچیده ای بودو گاهی اوقات دقیق صورت نمی‌گرفت. چرا که بر پایه مشاهده استوار بود و با استفاده از نقشه‌های معمولی و لوازم محاسباتی، رسم می‌شد. امروزه ناوبری هوایی به صورت هنری درآمده که به تکامل نزدیک می‌شود. با کمک‌های ناوبری نوین و سیستم‌های نصب شده بر روی هواپیما، ناوبری هواپیما در ارتفاعات، آنچنان دقیق انجام می‌شود که در دهه‌های قبل تصورش هم وجود نداشت و به صورت یک رؤیا بود.

1-2-  روش اصلی ناوبری هوایی  

1- خلبانی 2- محاسبه تخمینی 3-رادیویی

روش اول که خلبانی است مرسوم‌ترین روش ناوبری هوایی است. در این روش، خلبان راه و مسیر خود را بوسیله تعقیب علائمی بر روی زمین پیدا می‌کند. معمولاً قبل از بلند شدن هواپیما، خلبان برنامه ریزی پیش از پرواز را انجام داده و خطی را بر روی نقشه هوانوردی به منظور مشخص کردن مسیر دلخواه رسم می‌نماید. خلبان علائم زمینی بسیاری را مانند بزرگراه‌ها، راه آهن‌ها، رودخانه‌ها و پل‌ها را مورد توجه قرار می‌دهد. هنگامی که خلبان برفراز این علائم زمینی پرواز می‌کند عبور از هر کدام را در نظر دارد تا مسیر را به درستی ادامه دهد و اگر هواپیما مستقیماً از فراز این علائم زمینی عبور نکند، خلبان متوجه می‌شود که مسیر درست را طی نکرده است.

روش دوم روشی است که در ابتدایی‌ترین روزهای تجربه پرواز معمول بوده است. این همان روشی است که Lindberg در اولین پرواز خود بر فراز اقیانوس اطلس از آن استفاده کرد. خلبانان معمولاً از این روش زمانی که بر فراز اقیانوس‌ها، صحراها یا جنگل‌ها پرواز می‌کنند استفاده می‌نمایند. این روش نیاز به مهارت و تجربه بیشتری نسبت به روش خلبانی دارد. دراین روش زمان، فاصله و جهت اهمیت دارند. خلبان باید فاصله بین دو نقطه را بداند، خلبان بر روی نقشه برنامه ریزی پیش از پرواز مطالعه می‌کند و بعد مسیری را برای رسیدن به نقطه مورد نظر در نظر می‌گیرد. خلبان زمان لازم برای رسیدن به مقصد را محاسبه می‌کند و با سرعت ثابتی به طرف مقصد پرواز می‌کند. در طول پرواز خلبان از قطب نما برای حفظ هواپیما در مسیر صحیح استفاده می‌کند. این روش به خاطر تغییر مسیر باد همیشه روش ناوبری موفق و مطمئنی نیست. این روش اساس پروازهای VFR(مقررات مربوط به پرواز در موقعیت‌های با امکان دید) است.

 

روش ناوبری رادیویی معمولاً بوسیله تمامی خلبانان مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش خلبان با استفاده از الگوی هوانوردی می‌فهمد در یک منطقه مشخص با کدام ایستگاه رادیویی باید هماهنگ باشد. (ارتباط داشته باشد)

سپس خلبان می‌تواند تجهیزات ناوبری رادیویی خود را با سیگنالی که از ایستگاه مورد نظر فرستاده می‌شود، تنظیم نماید. نشانگری که بر روی دستگاه ناوبری قرار دارد، خلبان را از موقعیت پرواز نسبت به ایستگاه رادیویی آگاه می‌سازد و درست بودن یا نبودن مسیر را نشان می‌دهد.

خلبانان لوازم ناوبری مختلفی دراختیار دارند که برای بلند شدن، پرواز و به زمین نشستن بی خطر به آن‌ها کمک می‌کند.

یکی از مهم‌ترین این لوازم و دستگاه‌ها که به خلبان یاری می‌دهد، یک سری دستگاه‌های مراقبت پرواز و تردد در مسیرهای هوایی است که در تمام دنیا فعال هستند. بیشتر واحدهای مراقبت پرواز برای اطمینان از پرواز هواپیماها در مسیرهای مشخص خود حرکت می‌نمایند از صفحه نمایش رادار استفاده می‌نمایند. هواپیماها نیز مجهز به گیرنده رادار به خصوصی هستند که Transponder نامیده می‌شود. این گیرنده‌ها سیگنال رادار را از مرکز کنترل دریافت کرده و فوراً به آن پاسخ می‌دهد. وقتی این سیگنال به زمین می‌رسد، موقعیت هواپیما را بر روی صفحه نمایش رادار نشان می‌دهد.

خلبانان روش‌های ناوبری بخصوصی برای پرواز بر فراز اقیانوس‌ها دارند.

 3 روش معمول و مورد استفاده عبارت‌اند از:

1- راهنمایی ساکن: این سیستم یا روش کامپیوترها و دستگاه‌های ویژه دیگری را شامل می‌شود که موقعیت هواپیما را به خلبان نشان می‌دهد.

2- ناوبری با دامنه وسیع (LORAN): هواپیما مجهز به دستگاه‌هایی برای دریافت سیگنال‌های مشخص رادیویی که به طور مداوم از ایستگاه فرستنده ارسال می‌شود، است. این سیگنال‌ها موقعیت هواپیما را نشان می‌دهند.

3- سیستم موقعیت‌های جهانی (GPS): که امروزه تنها روشی است که قادر به نشان دادن موقعیت دقیق، در هر زمان و هر مکان با هر وضعیت آب و هوایی می‌باشد. گیرنده سیستم که بر روی هواپیما نصب شده، سیگنال‌ها را از طریق ماهواره‌ها در سراسر جهان دریافت می‌کند.

 

 

اویونیک

اصطلاح اویونیک (Avionics) از ترکیب دو کلمه Aviation و Electronics ایجاد شده است. بنابراین معنای لفظی اویونیک در واقع الکترونیک هوانوردی است. معمولاً این اصطلاح برای تجهیزات الکترونیکی هواپیما مانند نمایشگرها، کامپیوترها، حسگرها، عملگرها و فرستنده-گیرنده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای اطلاق تجهیزات برقی که مربوط به تولید انرژی الکتریکی، تبدیل ولتاژ و جریان، توزیع انرژی و ذخیره انرژی هستند از اصطلاح Electric استفاده می‌شود. بنابراین اصطلاح جامع‌تر برای تجهیزات برقی پرنده‌ها Avionics and Electric به معنای ”برق و الکترونیک هوانوردی“ است. برخی مواقع از اصطلاح معادل ”الکترو اویونیک“ نیز در این زمینه استفاده می‌شود.

1-3-آشنایی با اویونیک

اویونیک در کنار سازه و موتور یکی از سه جزء اصلی هواپیما و بالگرد است. تقریباً اکثر کارکردهای پرنده به تجهیزات اویونیک آن وابسته است و ایمنی کارایی پرواز را فناوری‌های به کار رفته در اویونیک تعیین می‌کنند. همچنین اویونیک در قیمت تمام شده پرنده نقش تعیین‌کننده‌ای دارد به طوری که در هواپیماهای غیرنظامی حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد هزینه تمام شده مربوط به تجهیزات اویونیک است. در هواپیماهای نظامی ارزش تجهیزات اویونیک می‌تواند تا ۷۰ درصد کل هزینه پرنده باشد. بسیاری از فناوری‌های توسعه داده شده در اویونیک علاوه بر هواپیما و بالگرد، در تانک، زیردریایی و پهپاد نیز کاربرد دارند. البته این فناوری‌ها می‌توانند در کاربردهای غیر نظامی نیز به کار گرفته شوند.

با اینکه معنای لفظی اویونیک ”الکترونیک هوانوردی“ است، به جز الکترونیک، فناوری‌های دیگر مربوط به مخابرات، قدرت، کنترل، سخت‌افزار و نرم‌افزار نیز به صورت گسترده‌ای در تجهیزات اویونیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. اویونیک هواپیما شامل سیستم‌های مختلفی است که از طریق گذرگاه‌های داده با یکدیگر در ارتباط هستند. بر اساس نوع کارکرد می‌توان تجهیزات اویونیک را به سیستم‌های مخابراتی، سیستم‌های ناوبری، سیستم کنترل پرواز، سیستم‌های الکتریکی، سیستم‌های ذخیره داده، نمایشگرها و سیستم‌های حفاظتی تقسیم‌بندی نمود. ترکیب سیستم‌های مختلف، برقراری ارتباطات و کنترل زیرسیستم‌های مختلف به‌طوری‌که مجموعه سیستم وظایف محوله خود را انجام دهند به عنوان تلفیق سیستم‌های اویونیک یاد می‌شود. در تلفیق و یکپارچه‌سازی سیستم‌ها وزن، حجم و توان مصرفی تجهیزات همیشه به عنوان چالش‌های اصلی مطرح بوده است.

1-4-تاریخچه اویونیک

در تاریخچه اویونیک، استفاده از سیستم‌های الکترونیکی در حمل و نقل هوایی مطرح می‌شود. توسعه این سیستم‌ها مطابق با نیازمندی‌های هوانوردی نظامی و غیرنظامی صورت می‌گیرد. از جمله نیازهای اولیه ای که در ساختار اویونیک هواپیما احساس شد، نیاز به سیستم‌های مخابراتی بود که در جنگ جهانی اول آشکار و ارتباطات صوتی بین زمین و هواپیما و نیز هواپیماها با یکدیگر برقرار گردید.

در دهه ۱۹۲۰، افزایش قابلیت اطمینان هواپیماها و کاربرد آن‌ها در اهداف غیرنظامی منجر به فزونی تجهیزات اویونیک گردید و نیاز به پرواز کور (پرواز بدون رؤیت زمین) را به جریان انداخت. در این دهه، از جمله مسائلی که در زمینه ناوبری مسیر مطرح گردید، جهت یابی بیکن رادیویی بود. در اواخر این دهه، ناوبری ابزاری همراه با مخابره رادیویی اولیه جهت ایجاد اولین فرود کور امن در یک هواپیما به کار گرفته شد [۱].

در دهه ۱۹۳۰، اولین فرود کور کنترل شده تمام رادیویی انجام شد. در همان زمان، ناوبری رادیویی با استفاده از بیکن‌های زمینی توسعه یافت و صدور گواهینامه ناوبری ابزاری برای خلبانان خطوط هوایی آغاز گردید. به دلیل مشکل‌ساز بودن امواج رادیویی با فرکانس پایین و متوسط در شب و در معرض هوا، در اواخر این دهه استفاده از امواج رادیویی فرکانس بالا مورد بررسی قرار گرفت و منجر به ظهور رادار فرکانس بالا گردید [۱].

در دهه ۱۹۴۰، پس از دو دهه توسعه و تحول ایجاد شده بر اساس نیازمندی‌های خطوط هوایی مسافربری، جنگ جهانی دوم ضرورت توسعه ناوبری و مخابرات رادیویی هواپیما را ایجاد نمود. وجود سیستم‌های رادیویی مخابراتی در داخل هواپیما، علیرغم اندازه بزرگشان، ضروری بود. همچنین، فرکانس‌های بسیار بالا به منظور اهداف ناوبری و مخابراتی مطرح شدند. نصب اولین سیستم‌های فرود ابزاری برای فرودهای کور در اواسط این دهه آغاز و در اواخر آن، شبکه ناوبری با برد همه جهته VHF برقرار گردید. به علاوه، در دهه ۱۹۴۰ با مطرح شدن اولین ترانزیستور، راه برای الکترونیک حالت-جامد مدرن هموار شد [۱].

 

با گذشت زمان، حمل و نقل هوایی غیر نظامی در دهه‌های بعد توسعه یافت. به علاوه، تجهیزات ناوبری و مخابراتی اصلاح شدند و توسعه ساختار رادیویی حالت-جامد، به ویژه در دهه ۱۹۶۰، سبب تولید رنج وسیعی از تجهیزات ناوبری و رادیویی قوی کوچک برای هواپیماها شد. در این زمان، برنامه‌های فضایی آغاز، سطح بالاتری از ضرورت ناوبری و مخابراتی مطرح و ماهواره‌های مخابراتی راه اندازی شدند. به علاوه، ساختار نظامی جنگ سرد سبب پیشرفت‌هایی در هدایت و ناوبری شد و مفهوم استفاده از ماهواره‌ها برای مکان یابی مطرح گردید.

 



نوع فایل : word
اندازه فایل : 90
قیمت : 12000
خرید