ما هي التقنيات الأساسية للطائرات بدون طيار؟

ما هي التقنيات الرئيسية للطائرات بدون طيار؟

الاتجاه العام للتطور المستقبلي للطائرات بدون طيار هو Atonomy، والذي يمكن تلخيصه في 5S، أول 4 منها هي: Small

في المستقبل، سيتم استخدام الروبوتات على نطاق واسع في سيناريوهات البحث والإنقاذ. إذا كانت الطائرة بدون طيار كبيرة جدًا، فسيكون من الصعب جدًا عليها استكشاف البيئة. في مواجهة بيئة غير معروفة، تتمتع الطائرات بدون طيار الصغيرة باستقلالية أقوى. إنها مثل مجموعة من النحل الصغير. ومع ذلك، فإن هذا يجلب أيضًا بعض التحديات السلبية. عندما يتم تقليص حجم الطائرة بدون طيار حتى إلى قطر 11 سم ووزن 20 جرامًا، فإنها ببساطة غير قادرة على تحريك الأشياء مثل الخشب والحجارة. آمن

الطائرات بدون طيار الصغيرة والآمنة التي لن تؤذي المشاة حتى لو اصطدمت بها يسهل التحكم فيها في بيئات مختلفة من الحياة اليومية. علاوة على ذلك، نظرًا لأن حجم الآلة أصغر، فسيتم أيضًا تقليل عزمها الذاتي، مما يسمح لها بتعديل توازنها بسرعة في حالة الاصطدام. ذكية وسريعة

تستطيع الطائرات بدون طيار تجنب العوائق أثناء الطيران باستخدام أجهزة الاستشعار والتحكم السحابي والكاميرات وغيرها من أنظمة الحلقة المغلقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكنها استخدام الرؤية الحاسوبية لاكتشاف وتحليل ميزات بيئتها، مما يمكنها من تخطيط مساراتها الخاصة، تمامًا مثل البشر الذين يعرفون كيفية تجنب العوائق.

والحرف الخامس هو "الأسراب"، وهو أحد تكاليف التصغير. فمع حمولة أصغر، تستطيع الطائرات بدون طيار إتمام عدد أقل من المهام. ولمعالجة هذه المشكلة، استوحوا الإلهام من طريقة عمل النحل، مما يسمح لطائرات بدون طيار متعددة بالتعاون وإتمام المهام التي لا تستطيع طائرات بدون طيار فردية القيام بها.

يتم تنظيم أسراب الطائرات بدون طيار على النحو التالي:

1. تعمل الطائرات بدون طيار الفردية بشكل مستقل، وتكون أفعالها محلية ومستقلة.
2. يمكنهم التصرف بناءً على المعلومات المحلية فقط، حتى لو لم يكن لديهم معلومات عالمية، يمكن للطائرات بدون طيار الفردية التصرف.
3. الإجراءات مجهولة الهوية، ومستقلة عن الهوية، ويمكن إكمال المهام دون معرفة المعلومات الفردية.

مزايا أسراب الطائرات بدون طيار

حل النزاعات بين الطائرات بدون طيار المتعددة في مساحة محدودة

على سبيل المثال، كيف يمكن جعل أسراب الطائرات بدون طيار تعمل معًا مثل عمال التوصيل البشريين، أي الحفاظ على حركة جوية منظمة وجيدة في منطقة معينة مع تجنب العوائق من نفس النوع، يتطلب التعاون المتبادل. في الأساس، هذا يعادل تشغيل نظام أسراب منسق.

تلبية المتطلبات الوظيفية بتكلفة منخفضة وتشتت عالٍ يمكن تنفيذ مجموعات الأنظمة غير المأهولة بمزيج من المنصات المختلفة، مما يسمح بإنجاز وظائف مختلفة من خلال سلسلة من الآليات التي تنطوي على عدد كبير من الأنظمة المنخفضة التكلفة والمشتتة التي تعمل معًا لإكمال المهام، وهو ما يختلف تمامًا عن استراتيجية الاستثمار في تطوير أنظمة متعددة المهام ومعقدة تقنيًا ومكلفة. بالنسبة لأنواع مختلفة من أهداف العمل، يمكن لمجموعات الأنظمة غير المأهولة الاستفادة من الميزة غير المتجانسة للاقتران المختلط لإكمال المهام بكفاءة وبتكلفة فعالة.

شبكات الشفاء الذاتي الديناميكية

يمكن للطائرات بدون طيار والأنظمة المستقلة أن تتعاون لتشكيل شبكة استجابة استباقية تقوم بعمليات جمع المعلومات ونقل الاتصالات مع قدرات الإصلاح الذاتي. تعمل شبكة المجموعة من الأنظمة غير المأهولة والمستقلة معًا، وتجمع المعلومات بشكل منفصل وتضبط عدد الأنظمة غير المأهولة التي تحمل حمولات الاتصالات حسب الحاجة لتشكيل محطات نقل بدرجة معينة من التكرار.

ذكاء المجموعة الموزعة

يمكن لعدد كبير من المنصات تنفيذ التصويت الموزع لحل المشكلات، مثل مشكلة تحديد الأهداف في عملية مجموعة، من خلال جعل كل منصة ترسل إشارات تشير إلى حكمها على موقع نفس الهدف. غالبًا ما تتمتع نتائج التصويت الموزع بمعدل دقة مرتفع للغاية.

الكشف الموزع

من الواضح أن قدرة أجهزة الاستشعار الموزعة على نطاق واسع على الكشف بشكل نشط وسلبي، فضلاً عن تحسين دقة تحديد المواقع، مفيدة للغاية. يمكن للمنصات المتعددة التعاون لتحقيق موقع الهدف الدقيق، وعندما تكون هناك حاجة إلى الكشف النشط، يمكن للمنصات استخدام الرادارات بترددات وأطوال موجية مختلفة للكشف عن الطيف الكامل، مما يعزز بشكل كبير من قدرة الكشف.

مصداقية

يمكن لشبكة ارتباط بيانات سرب الطائرات بدون طيار دعم آليات النسخ الاحتياطي الزائدة عن الحاجة وتتمتع بقدرة معينة على الإصلاح الذاتي لتوفير ضمان التوافر. يمكن للشبكة مراقبة الاتصالات القائمة وتتمتع بقدرة استرداد تلقائية للتعامل مع الانقطاعات غير المتوقعة. يجب أن تتمتع السرب بقدرات معينة على التعامل مع الازدحام وحل النزاعات.

تعمل الشبكة اللامركزية ذاتية التنظيم على تعزيز القدرة على تحمل الأخطاء والإصلاح الذاتي والقدرة على مشاركة المعلومات بكفاءة

في الوقت الحاضر، لا يزال أسلوب الاتصال للطائرات بدون طيار يعتمد بشكل أساسي على الاتصال بين جهاز واحد ومحطات أرضية، ولا يزال نقل المعلومات مركزيًا. يمكن لأسراب الطائرات بدون طيار اللامركزية الاستفادة من تقنية الشبكة ذاتية التنظيم لتحقيق تبادل المعلومات بسرعة عالية بين الطائرات بدون طيار، مع تحسين قدرة السرب على تحمل الأخطاء والشفاء الذاتي.

التقنيات الرئيسية للطائرات بدون طيار المجمعة

خوارزمية التحكم في المجموعة من أجل تحقيق التنسيق المتبادل بين أنظمة الطائرات بدون طيار المتعددة، من الضروري تحديد العلاقات المنطقية والفيزيائية بين المعلومات والتحكم بين الطائرات بدون طيار. يمكن للبحث في بنية النظام التي تهدف إلى معالجة هذه القضايا أن يدمج هيكل ونظام التحكم في نظام الطائرات بدون طيار، مما يضمن التدفق السلس للمعلومات والتحكم داخل النظام، ويوفر إطارًا للتفاعل بين الطائرات بدون طيار. لا تضمن خوارزميات التحكم في المجموعة التنسيق الفعال بين الطائرات بدون طيار فحسب، بل إنها لا تعتمد أيضًا على عدد الطائرات بدون طيار، مما يعني أن الطائرات بدون طيار يمكنها مغادرة المجموعة أو الانضمام إليها في أي وقت دون التأثير على الهيكل العام لنظام التحكم.

تصميم شبكة الاتصالات

في نظام التنظيم الذاتي للمهام التعاونية متعددة الطائرات بدون طيار، تعمل الطائرات بدون طيار كعقد في شبكة الاتصالات، ويحدد التوزيع المكاني للطائرات بدون طيار طوبولوجيا الشبكة. تتمتع طوبولوجيات الشبكة المختلفة بأداء اتصال مختلف. بالنظر إلى طوبولوجيا الاتصال والأداء، فإن تخصيص موارد الاتصال بناءً على المهام التي يجب القيام بها يمكن أن يحسن جودة الاتصال، وهو أحد تحديات تقنية المجموعة.

اقتران خوارزميات التحكم وتكنولوجيا الاتصالات

من أجل تحسين كفاءة إكمال المهمة المنسقة، تحتاج طائرات بدون طيار متعددة إلى تبادل المعلومات. من أجل ضمان النقل الكامل وفي الوقت المناسب للمعلومات المتفاعلة، هناك متطلبات معينة لأداء شبكة الاتصالات. تتمثل طريقة التحكم التعاوني القائمة على قيود جودة الاتصالات في تصميم طريقة التحكم التعاوني للمركبات الجوية غير المأهولة المتعددة (UAV) في ظل قيود جودة خدمة الاتصالات الحالية، بحيث لا تلبي حركة الطائرات بدون طيار المتعددة متطلبات المهمة فحسب، بل يمكنها أيضًا جعل أداء شبكة الاتصالات التي أنشأتها الطائرات بدون طيار يلبي الطلب على النقل الكامل وفي الوقت المناسب للمعلومات، وبالتالي تحسين كفاءة الطائرات بدون طيار المتعددة في إكمال المهام.

تكنولوجيا تخطيط المهام

من أجل تحقيق تنسيق فعال للمهام بين الطائرات بدون طيار المتعددة وضمان عدم اعتماد هيكل التحكم على عدد الطائرات بدون طيار، يتم إنشاء بنية هرمية موزعة لنظام تنظيم المهام التعاونية للطائرات بدون طيار المتعددة، حيث يتم إكمال السلوكيات الأساسية والمهام البسيطة للطائرات بدون طيار بشكل مستقل، وعند مواجهة المهام المعقدة والمهام التي تتطلب التعاون، يمكن للطائرة بدون طيار الحالية نشر معلومات المهمة ومتطلبات الموارد على الشبكة المكونة من الطائرات بدون طيار، ويمكن للطائرات بدون طيار الاستجابة بناءً على مهمتها الحالية وموقف الموارد.
بهذه الطريقة، لن يؤثر خروج أو دخول أي طائرة بدون طيار على هيكل تنظيم النظام.

تقنية تخطيط المسار إذا كانت هناك مواقف غير متوقعة أثناء الرحلة الفعلية للطائرة بدون طيار، فيجب إعادة توجيهها لتجنب التهديدات. من أجل تلبية متطلبات فعالية الوقت للعمل المنسق، يجب أن تتمتع الخوارزمية المستخدمة لإعادة التوجيه بميزات الوقت الفعلي والفعالية. لذلك، من الممكن استخدام خصائص البحث الميداني لخوارزميات السرب، مع التهديدات المفاجئة على مسار المرجع بمثابة مسار القائد، وتقوم طائرات بدون طيار تابعة بإجراء عمليات بحث ميدانية فقط على جزء التهديد المفاجئ من مسار المرجع، دون الحاجة إلى البحث في المسار بالكامل. يمكن أن يؤدي هذا إلى الحصول بسرعة على جزء مسار التصحيح واستبدال جزء مسار التهديد المفاجئ الأصلي. طوال الرحلة، تضبط الطائرة بدون طيار باستمرار مسار المرجع بناءً على معلومات التهديد التي تم الحصول عليها وتصل إلى العقدة المستهدفة.

تكنولوجيا التحكم في أسراب الطائرات بدون طيار

في الرياضيات، يمكن اعتبار سرب الطائرات بدون طيار بمسافة مكانية معينة نظامًا جماعيًا عالي الترتيب مع مشكلة تكوين متغيرة مع الزمن، وهي مشكلة تحكم صعبة، كما أن وجود تأخير في الاتصال يزيد من تعقيد تحليل التكوين.