راداری بسیار ارزان برای شناسایی هر پهپادی که زیر ۱۲۰ متر پرواز می‌کند

با افزایش استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین یا پهپادها، مدیریت فضای پرواز در ارتفاع کم در مناطق شهری پیچیده‌تر می‌شود.

یک حادثه اخیر در آتش‌سوزی‌های لس‌آنجلس نمونه‌ای از این چالش‌هاست، جایی که یک پهپاد غیرمجاز با یک هواپیمای آتش‌نشانی برخورد کرد و در نتیجه، عملیات آتش‌نشانی متوقف شد که مانع از تلاش‌های مهم اطفای حریق شد.

در حالی که سامانه‌های راداری کنونی در حریم هوایی بالاتر مؤثر هستند، برای شناسایی پهپادهایی که در ارتفاع زیر ۱۲۰ متر پرواز می‌کنند، با چالش مواجه هستند که همین امر، نظارت بر وسایل نقلیه هوایی کوچک و بدون سرنشین (پهپادها) در فضاهای هوایی شلوغ را دشوار می‌کند.

سازمان هوانوردی فدرال(FAA) مقرراتی را برای نظارت بر عملیات پهپادها معرفی کرده است، اما روش‌های ردیابی موجود اغلب به‌ویژه در مناطق شلوغ یا محدود، کاربردی نیستند.

اکنون گروهی از محققان دانشگاه بریگام یانگ(BYU) راه حلی بالقوه برای این مشکل پیدا کرده‌اند.

راداری ۱۰۰ هزار برابر ارزان‌تر

این گروه تحقیقاتی به رهبری کامی پیترسون(Cammy Peterson)، استاد مهندسی، شبکه‌ای از واحدهای راداری کم‌هزینه را توسعه داده‌اند که می‌توانند در مجموع به عنوان یک سیستم کنترل ترافیک هوایی به طور خاص برای پهپادها عمل کنند.

هدف این رویکرد، ارائه قابلیت‌های نظارتی پیشرفته در فضای هوایی در ارتفاع پایین است که با افزایش استفاده از پهپادها حیاتی‌تر شده است.

پیترسون توضیح داد: هدف ما ایجاد سیستمی بود که بتواند هواپیماهای بدون سرنشین را به طور دقیق ردیابی کند.

وی افزود: فناوری که ما در حال توسعه آن هستیم، به جای یک ایستگاه راداری گران قیمت که اغلب در فرودگاه‌ها دیده می‌شود، از چندین رادار کوچک استفاده می‌کند.

کارل وارنیک(Karl Warnick)، استاد مهندسی برق و کامپیوتر بر مزایای هزینه این سیستم تأکید کرد.

وی گفت: ما به جای تکیه بر سیستم راداری ۱۰ میلیون دلاری یک فرودگاه با واحدهایی کار می‌کنیم که می‌توانند با چند صد دلار ساخته شوند. در حالی که آنها ممکن است فاقد تمام ویژگی‌های سیستم‌های پیشرفته باشند، داده‌های ترکیبی آنها می‌تواند یک شبکه ردیابی قابل اعتماد ایجاد کند.

فناوری جدید؛ راداری کم هزینه

این فناوری از طریق واحدهای رادار متصل به هم که در اطراف یک منطقه تعیین شده مستقر هستند، عمل می‌کند.

هر واحد رادار جهت شناسایی و ردیابی اجسام متحرک در محدوده خود به سمت آسمان است.

هنگامی که یک واحد رادار یک شیء را شناسایی می‌کند، هم موقعیت آن و هم موقعیت رادار را ثبت می‌کند. این داده‌ها سپس به یک سیستم مختصات جهانی تبدیل می‌شوند تا با سایر ایستگاه‌های زمینی به اشتراک گذاشته شوند، بنابراین یک نمای منسجم و پویا از ترافیک هوایی ارائه می‌دهند.

تیم مک‌لین(Tim McLain)، استاد مهندسی مکانیک که در این پروژه مشارکت دارد، می‌گوید: ما اطمینان می‌دهیم که همه واحدهای رادار برای ارائه تفسیری ثابت از موقعیت یک پهپاد کالیبره شده‌اند. این همگام‌سازی برای تعیین دقیق مکان هر پهپاد در آسمان کلیدی است و احتمال برخورد را به حداقل می رساند.

محققان می‌گویند این واحدهای راداری کوچک می‌توانند بر فراز سازه‌هایی مانند تیرهای برق یا برج‌ها و آنتن‌های مخابراتی نصب شوند و استقرار گسترده را بدون هزینه‌های زیرساختی قابل توجه تسهیل کنند.

کار این تیم برای توسعه سامانه ردیابی پهپادها، بر پتانسیل آن برای افزایش دقت مکان‌یابی پهپادها در لحظه که برای پیشگیری از برخوردها حیاتی است، تاکید می‌کند.

در حالی که مطالعه اولیه این تیم بر روی سه رادار متمرکز بود که هر یک قادر به نظارت بر فضای دایره‌ای با شعاع ۷۶ متر بودند، محققان معتقدند که این سیستم می‌تواند برای احاطه کردن یک شبکه گسترده‌تر مقیاس‌بندی شود.

پیترسون خاطرنشان کرد: برای مدیریت مؤثر فضای هوایی، اپراتورهای متعدد مانند شرکت‌های تحویل باید بتوانند یک فضای هوایی را بدون درگیری به اشتراک بگذارند. سیستم ما به پهپادهای مختلف از ارائه دهندگان مختلف اجازه می‌دهد تا با حفظ ایمنی به طور همزمان عمل کنند.

ردیابی پهپادها

چالش‌ها به‌ ویژه با عوامل محیطی یا اختلالات فیزیکی که بر موقعیت رادار تأثیر می‌گذارند، باقی می‌مانند. با این حال، این تیم یک ویژگی کالیبراسیون آنلاین ایجاد کرده است که واحدهای رادار را قادر می‌سازد تا هنگام جمع‌آوری داده‌ها تصحیح شوند.

بردی اندرسون(Brady Anderson)، یکی از پژوهشگران این مطالعه، پاسخگویی این سیستم را برجسته کرد و گفت: فناوری ما در کمتر از ۱۰ ثانیه می‌تواند برای هر گونه تغییر در تراز واحد رادار تنظیم شود.

این فرآیند کالیبراسیون سریع بر اساس مدل ریاضی پژوهشگران است که پیشرفت‌های قابل توجهی را در دقت ردیابی نسبت به روش‌های سنتی که بر داده‌های از پیش ثبت شده متکی هستند، نشان می‌دهد.

پیترسون می‌گوید: سازگاری این رادار نویدبخش توسعه آینده است. با الگوریتم‌هایی که به کار گرفته‌ایم، می‌توانیم واحدهای راداری را در صورت نیاز مبادله کنیم و شبکه را گسترش دهیم و نیازهای عملیاتی مختلف را با تکامل فناوری پهپاد برآورده کنیم.

از آنجایی که تقاضا برای پهپادها همچنان در حال افزایش است، نوآوری‌هایی مانند این سیستم کنترل ترافیک هوایی می‌تواند نقشی اساسی در تضمین امنیت و سازماندهی آسمان داشته باشد.