ناوبری و انواع ناوبری
استفاده و کپی برداری از این پست فقط با ذکر منبع مجاز است
ناوبری[1]
از زمان ما قبل تاریخ مردم سعی می کردند یک راه قابل اطمینان پیدا کنند که به آنها بگوید کجا هستند و حتی آنها را به جایی که می روند راهنمایی کرده و سپس به خانه بازگرداند. مردمان غار نشین وقتی که برای تهیه غذا به شکار می رفتند، احتمالا از سنگ ها و شاخه های کوچک برای علامت گذاری مسیر خود استفاده می کردند. ملوانان نیز ابتدا سواحل را به دقت دنبال می کردند تا از گم شدنشان جلوگیری کنند. وقتی دریانوردان اولیه در اقیانوس ها کشتیرانی کردند، دریافتند که می توانند مسیر خود را با دنبال کردن ستاره ها ترسیم کنند. فنیقی های باستان از ستاره شمالی برای سفر به مصر و جزیره کرت استفاده می کردند. پیشرفت مهم بعدی در امر ناوبری کشف قطب نمای مغناطیسی و دستگاه زاویه یاب بود. عقربه قطب نما همیشه نقطه شمالی را نمایش می دهد، بنابراین همیشه دانستن جهت مسیری که در آن حرکت می کنیم را ممکن می کرد. مسیریابی اولیه توسط اجرام سماوی و قطب نما های مغناطیسی انجام می گردید. با پیشرفت علوم و تکنولوژی امروزه از سیستم های پیشرفته ماهواره ای استفاده می‌شود. ماهواره های مسیر یاب قادر به مشخص نمودن طول و عرض جغرافیایی، ارتفاع از سطح دریا، سرعت، فاصله و زمان با دقت بسیار بالا می باشند. با کشف آهنربا، ناوبری از طریق قطب نمای مغناطیسی آغاز شد و پس از طی مراحل زمانی و بالا رفتن سرعت و سقف پرواز و تعداد چشمگیر پروازها و ضرورت توجه شدید به مسائل ایمنی آسمان، دستگاه ها و وسایل پیچیده و دقیق ناوبری الکترونیکی متولد شدند. اما به دلیل ورود سیستم‌های پیچیده الکترونیکی و به وجود آمدن میدان های مغناطیسی مصنوعی، قطب نما تا حدی کارایی خود را از دست داد و ناوبری سنتی دریا که محدود بود به رغم اختراع و ابداع سیستم‌های ناوبری الکترونیکی مدرن و شگفت انگیز، به علت اختلالات جوی، شرایط آب و هوا، فزونی شدید تعداد پروازها و پیچیدگی خاص وسایل ناوبری بالاخص در حیطه هواپیمایی نظامی، با مشکلاتی رو به رو بود. مسیر یابی ناوبری و تعیین موقعیت مکانی[2] دو موضوع مهم و تعیین کننده در اکثر فعالیتهای بشر بوده و هست و همواره انسان را در دستیابی به توانائی هر چه بیشتر و بهتر در این دو مقوله به چالش انداخته است. در طی سالهای گذشته فن آوری های زیادی برای مسیر یابی و تعیین موقعیت مکانی مورد استفاده و آزمون قرار گرفتند که هر یک ضمن داشتن امتیازات، نا کارآمدی های خود را داشتند.
ناوبری به دو دسته کلی ناوبری با هدایت رادیویی و ناوبری اینرسی تقسیم می شود که به طور مختصر به شرح انها خواهیم پرداخت.
ناوبری با هدایت رادیویی
در این نوع از ناوبری یک ایستگاه رادیویی به طور مرتب سیگنال هایی را به اطراف می فرستد. این سیگنال ها شامل مختصات دقیق آن ایستگاه است. فرقی ندارد که این ایستگاه ثابت باشد (مانند برج کنترل فرودگاه) یا متحرک باشد (مانند ماهواره). نکته مهم این است که مختصات خود ایستگاه باید در هر لحظه معلوم باشد. هواپیما یا کشتی که این سیگنالها را دریافت می‌کند با استخراج مختصاتی که در سیگنال گنجانده شده و مختصات خودش را به دست می آورد. عالی ترین شکل هدایت رادیویی سامانه موقعیت یاب جهانی[3] است که شامل ۲۴ ماهواره در مدار زمین است و با آن در هر نقطه از زمین می توان مختصات را با دقتی در حد متر به دست آورد.
ناوبری اینرسی
این شکل از ناوبری مبتنی بر اینرسی است، به این معنی که شتاب و چرخش و میدان مغناطیسی سیستم به ترتیب توسط سنسورهای شتاب سنج[4] و دوران سنج[5] و مغناطیس سنج[6] حس شده و سپس با انجام عملیات ریاضی، میزان چرخش و در مدل های پیشرفته تر میزان تغییر موقعیت محاسبه می شود. این سیستم در اندازه گیری میزان چرخش دقت مناسبی دارد و مورد استفاده قرار می گیرد اما در اندازه گیری میزان تغییر مکان اگر از سنسورهای با دقت بسیار بالا استفاده نشود، خروجی خطا هایی دارد که لازم است در بازه های زمانی چند دقیقه ای، خطای آن گرفته شود. در کاربردهای تجاری معمولا از سنسور هایی استفاده می شود که با تکنولوژی MEMS ساخته شده اند اما در کاربردهای حساس و نظامی سنسورهای دیگری مانند FOG استفاده می شود که دارای دقت و قیمت بسیار بالا هستند. در سیستم ناوبری مبتنی بر اینرسی اطلاعات دوران سنج با شتاب سنج و مغناطیس سنج ترکیب می شود و مقداری از خطای آن را رفع می کند. همچنین انجام عملیات کالیبراسیون نیز می تواند تاثیر فراوانی بر رفع خطای سنسور های مبتنی بر فناوری MEMS داشته باشد.
