الصفحة الرئيسية أخبار اتجاهات الصناعة نظرة عامة على تطوير هوائيات GNSS عالية الدقة

نظرة عامة على تطوير هوائيات GNSS عالية الدقة

2021-12-28 549

المقدمة

مع التطور والتحسين المستمر لتقنية تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية، باتت هذه التقنية تُستخدم في شتى مجالات الحياة المعاصرة. فعلى سبيل المثال، نجدها حاضرة بقوة في مجالات المسح ورسم الخرائط، والزراعة الدقيقة، والطائرات المسيّرة، والقيادة الذاتية. ومع اكتمال ربط نظام بيدو للملاحة عبر الأقمار الصناعية من الجيل الجديد، ودخول عصر الجيل الخامس (5G)، يُتوقع أن يُسهم التطوير المستمر لتقنية بيدو + 5G في تعزيز استخدام هذه التقنية في مجالات عديدة، منها إدارة حركة الطائرات في المطارات، وفحص الروبوتات، ومراقبة المركبات، وإدارة الخدمات اللوجستية. ولا غنى عن توفير هوائيات وخوارزميات ولوحات عالية الدقة لتحقيق هذه التقنية. تتناول هذه المقالة بشكل أساسي تطور وتطبيق الهوائيات عالية الدقة، بالإضافة إلى الوضع الراهن لهذه التقنية.

1. تطوير وتطبيق هوائيات GNSS عالية الدقة

1.1 مقدمة عن الهوائيات عالية الدقة
في مجال أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، تُعدّ الهوائيات عالية الدقة نوعًا من الهوائيات التي تتطلب خصائص محددة لاستقرار مركز طورها. وعادةً ما تُستخدم هذه الهوائيات مع لوحات عالية الدقة لتحقيق تحديد مواقع بدقة تصل إلى مستوى السنتيمتر أو المليمتر. يتطلب تصميم هذه الهوائيات عادةً مراعاة خصائص محددة، مثل: عرض حزمة الهوائي، وكسب الارتفاع المنخفض، وعدم استدارة الهوائي، ومعامل الانحدار، ونسبة الإشارة الأمامية إلى الخلفية، ومقاومة تعدد المسارات، وغيرها. تؤثر هذه الخصائص بشكل مباشر أو غير مباشر على استقرار مركز طور الهوائي، وبالتالي على دقة تحديد الموقع.

1.2 تطبيق وتصنيف الهوائيات عالية الدقة
استُخدمت هوائيات نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) عالية الدقة في البداية بشكل رئيسي في مجال المسح ورسم الخرائط لتحقيق دقة تحديد مواقع ثابتة تصل إلى مستوى المليمتر في عمليات تحديد المواقع الهندسية، ورسم الخرائط الطبوغرافية، والعديد من عمليات القياس والتحكم. ومع نضوج تقنية تحديد المواقع عالية الدقة، يتزايد استخدام هذه الهوائيات في مجالات أوسع، تشمل محطات مرجعية تعمل باستمرار، ورصد التشوهات، ورصد الزلازل، والمسح ورسم الخرائط، والطائرات المسيّرة، والزراعة الدقيقة، والقيادة الذاتية، واختبارات القيادة والتدريب عليها، والآلات الهندسية، وغيرها من المجالات الصناعية. كما تختلف متطلبات مؤشرات الأداء للهوائيات اختلافًا كبيرًا باختلاف التطبيقات.

1.2.1 نظام CORS، رصد التشوه، رصد الزلازل - هوائي محطة مرجعية
عند استخدام هوائيات عالية الدقة في محطات مرجعية تعمل باستمرار، يتم الحصول على معلومات دقيقة عن الموقع من خلال عمليات رصد طويلة الأمد، وتُرسل بيانات الرصد إلى مركز التحكم في الوقت الفعلي عبر نظام اتصالات البيانات. يقوم مركز التحكم بحساب معلمات تصحيح الخطأ في المنطقة، ثم يرسل معلومات الخطأ إلى المركبة الجوالة (طرف المستخدم) عبر نظام التحسين الأرضي، ونظام التحسين واسع النطاق، ونظام التحسين الفضائي، وما إلى ذلك، مما يسمح للمستخدم في النهاية بالحصول على معلومات إحداثيات دقيقة [1].في تطبيقات مثل مراقبة التشوه ومراقبة الزلازل، من الضروري مراقبة مقدار التشوه بدقة والكشف عن التشوهات الصغيرة للتنبؤ بحدوث الكوارث الطبيعية.لذا، عند تصميم هوائيات عالية الدقة لتطبيقات مثل محطات المرجعية العاملة باستمرار، ورصد التشوهات، ورصد الزلازل، يجب مراعاة استقرار مركز الطور الممتاز وقدرات مقاومة التداخل متعدد المسارات كأول ما يجب مراعاته، وذلك لتوفير معلومات دقيقة عن الموقع في الوقت الفعلي لأنظمة التحسين المختلفة. إضافةً إلى ذلك، ولتوفير أكبر عدد ممكن من معلمات تصحيح الأقمار الصناعية، يجب أن يستقبل الهوائي أكبر عدد ممكن من الأقمار الصناعية، وقد أصبح تكوين النطاق الكامل لأربعة أنظمة تكوينًا قياسيًا. في مثل هذه التطبيقات، يُستخدم عادةً هوائي محطة مرجعية (هوائي محطة أساسية) يغطي نطاق التردد الكامل للأنظمة الأربعة كهوائي رصد للنظام.

1.2.2 القياس ورسم الخرائط - هوائي قياس مدمج
في مجال القياس ورسم الخرائط، من الضروري تصميم هوائي قياس مدمج يسهل دمجه. يُبنى هذا الهوائي عادةً أعلى جهاز استقبال RTK لتحقيق تحديد المواقع عالي الدقة في الوقت الفعلي في مجال القياس ورسم الخرائط.تشمل الاعتبارات الرئيسية في تصميم هوائيات القياس المدمجة تغطية نطاق التردد، وتغطية الحزمة، واستقرار مركز الطور، وحجم الهوائي، وغيرها. ومع انتشار تطبيقات RTK الشبكية، استحوذت هوائيات القياس المدمجة كاملة الشبكة، التي تدمج تقنيات 4G وBluetooth وWiFi، تدريجيًا على حصة كبيرة من السوق. ومنذ إطلاقها عام 2016، لاقت هذه الهوائيات رواجًا واسعًا بين معظم مصنعي أجهزة استقبال RTK، وشاع استخدامها والترويج لها.
1.2.3 اختبار القيادة والتدريب على القيادة، القيادة بدون سائق - هوائي قياس خارجي
يعاني نظام اختبار القيادة التقليدي من العديد من العيوب، مثل ارتفاع تكلفة الاستثمار، وارتفاع تكاليف التشغيل والصيانة، والأثر البيئي الكبير، وانخفاض الدقة، وما إلى ذلك. بعد تطبيق هوائيات عالية الدقة على نظام اختبار القيادة، يتحول نظام اختبار القيادة من التقييم اليدوي إلى التقييم الذكي، مع دقة تقييم عالية، مما يقلل بشكل كبير من التكاليف البشرية والمادية لاختبار القيادة.شهدت أنظمة القيادة الذاتية تطوراً سريعاً في السنوات الأخيرة. وفي هذا النوع من القيادة، تُستخدم عادةً تقنية تحديد المواقع التي تجمع بين تحديد المواقع عالي الدقة بتقنية RTK والملاحة بالقصور الذاتي، مما يُتيح تحقيق دقة عالية في تحديد المواقع في معظم البيئات.في اختبارات القيادة والتدريب على القيادة والقيادة بدون سائق وغيرها من الأنظمة، غالبًا ما يتم استخدام شكل هوائي القياس الخارجي، الأمر الذي يتطلب أن يكون للهوائي نطاقات تردد متعددة الأنظمة ومتعددة الترددات، وأن يكون قادرًا على تحقيق دقة تحديد المواقع العالية، وأن يتمتع بقدرة معينة على قمع إشارات المسار المتعدد، وأن يتمتع بقدرة جيدة على التكيف مع البيئة، وأن يكون قابلاً للاستخدام في البيئات الخارجية لفترة طويلة دون فشل.

1.2.4 هوائي طائرة بدون طيار عالي الدقة
شهدت صناعة الطائرات بدون طيار تطورًا سريعًا في السنوات الأخيرة. وقد شاع استخدامها في حماية المحاصيل الزراعية، والمسح ورسم الخرائط، وفحص خطوط الكهرباء، وغيرها من المجالات. في مثل هذه الحالات، لا يمكن ضمان دقة وكفاءة وسلامة العمليات المختلفة إلا باستخدام هوائيات عالية الدقة. ونظرًا لخصائص الطائرات بدون طيار من حيث السرعة العالية، وخفة الوزن، وقصر مدة الطيران، يركز تصميم هوائياتها عالية الدقة بشكل أساسي على عوامل مثل الوزن والحجم واستهلاك الطاقة، بهدف تحقيق تصميم ذي نطاق ترددي واسع قدر الإمكان مع مراعاة الوزن والحجم.

2. الوضع الحالي لتكنولوجيا هوائيات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) محلياً ودولياً

2.1 الوضع الحالي لتكنولوجيا الهوائيات الأجنبية عالية الدقة
بدأت الأبحاث الأجنبية في مجال الهوائيات عالية الدقة في وقت مبكر، وتم تطوير سلسلة من منتجات الهوائيات عالية الدقة ذات الأداء الأفضل، مثل هوائيات NoVatel GNSS 750 ذات الملفات الخانقة، وهوائيات Trimble Zepryr، وهوائيات Leica AR25، وغيرها، والتي تتضمن العديد من أشكال الهوائيات المبتكرة. لذلك، ولزمن طويل، هيمنت المنتجات الأجنبية على سوق الهوائيات عالية الدقة في بلادنا. إلا أنه خلال السنوات العشر الماضية، ومع ظهور عدد كبير من الشركات المصنعة المحلية، لم تعد هوائيات GNSS الأجنبية عالية الدقة تتمتع بميزة تُذكر في الأداء. بل على العكس، بدأت الشركات المصنعة المحلية في توسيع أسواقها في الخارج.بالإضافة إلى ذلك، ظهرت في السنوات الأخيرة شركات جديدة لتصنيع هوائيات أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية (GNSS) في الخارج، مثل ماكستينا وتاليسمان. وتُنتج هذه الشركات بشكل رئيسي هوائيات صغيرة الحجم لأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية تُستخدم في الطائرات المسيّرة والمركبات وغيرها من الأنظمة. وعادةً ما يكون شكل الهوائي إما هوائيًا ميكروستريب عالي ثابت العزل الكهربائي أو هوائيًا حلزونيًا رباعي الأذرع. لم يعد للمصنعين الأجانب ميزة في تقنية تصميم هذا النوع من الهوائيات، ودخلت المنتجات المحلية والأجنبية مرحلة منافسة متجانسة.

2.2 الوضع الحالي لتكنولوجيا الهوائيات عالية الدقة المحلية
بدأ تسويق الهوائيات عالية الدقة محلياً متأخراً، ولكنه شهد تطوراً سريعاً. ففي السنوات العشر الماضية، بدأ عدد من مصنعي الهوائيات عالية الدقة محلياً بالنمو والتطور، مثل هواكسين أنتينا، وهاي-تك، ودينغياو، وجيالي إلكترونيكس، وغيرها، وقاموا بتطوير سلسلة من منتجات الهوائيات عالية الدقة ذات حقوق ملكية فكرية مستقلة.على سبيل المثال، في مجال هوائيات محطات القاعدة وهوائيات القياس المدمجة، لم تصل هوائيات الخنق ثلاثية الأبعاد من Huaxin وهوائيات الشبكة الكاملة المدمجة وما إلى ذلك إلى المستوى الرائد الدولي في الأداء فحسب، بل تتمتع أيضًا بموثوقية عالية للمنتج وعمر خدمة طويل ومعدلات فشل منخفضة للغاية، مما يمكن أن يلبي مختلف التطبيقات البيئية.في صناعات مثل المركبات والطائرات بدون طيار، أصبحت تقنية تصميم هوائيات القياس الخارجية والهوائيات الحلزونية ذات الأربعة أذرع ناضجة نسبيًا، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في أنظمة اختبار القيادة، والقيادة بدون طيار، والطائرات بدون طيار، وغيرها من التطبيقات الصناعية، وحققت فوائد اقتصادية واجتماعية جيدة.

3. وضع سوق هوائيات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية وآفاقه

في عام 2018، بلغ إجمالي قيمة إنتاج صناعة خدمات الملاحة عبر الأقمار الصناعية وتحديد المواقع في بلادي 301.6 مليار يوان، بزيادة قدرها 18.3% مقارنةً بعام 2017 [2]، ومن المتوقع أن يصل إلى 400 مليار يوان في عام 2020. وفي عام 2019، بلغ إجمالي قيمة إنتاج سوق الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمي 150 مليار يورو، ووصل عدد مستخدمي محطات GNSS إلى 6.4 مليار وحدة. وعلى الرغم من التباطؤ الاقتصادي العالمي، تُعد صناعة GNSS من الصناعات القليلة التي خالفت هذا الاتجاه وحققت نموًا ملحوظًا. وتتوقع الوكالة الأوروبية لأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية أن يتضاعف إجمالي قيمة إنتاج سوق الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمي إلى أكثر من 300 مليار يورو خلال السنوات العشر القادمة، وأن يرتفع عدد محطات GNSS إلى 9.5 مليار وحدة.في سوق الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمي، ستكون معدات المحطات الطرفية المستخدمة في حركة المرور على الطرق والطائرات المسيّرة وغيرها من المجالات أسرع قطاعات السوق نموًا خلال العقد القادم. فالمركبات الذكية ذاتية القيادة هي التوجه الرئيسي لتطوير مركبات الطرق المستقبلية، ويجب تزويد السيارات ذات القدرات الذاتية بهوائيات GNSS عالية الدقة. لذا، يشهد سوق القيادة الذاتية طلبًا هائلًا على هوائيات GNSS. ومع استمرار عملية تحديث القطاع الزراعي في بلادنا، سيتزايد استخدام طائرات حماية النباتات المسيّرة وغيرها من الطائرات المسيّرة المزودة بهوائيات تحديد المواقع عالية الدقة.

4. اتجاهات تطوير هوائيات GNSS عالية الدقة

بعد سنوات من تطوير هوائيات GNSS عالية الدقة، أصبحت التقنيات المختلفة ناضجة نسبياً، ولكن لا تزال هناك العديد من المجالات التي تحتاج إلى تطوير:1. التصغير: يُعدّ تصغير المعدات الإلكترونية اتجاهًا تطويريًا مستمرًا. ويزداد الطلب على الهوائيات صغيرة الحجم بشكل ملحوظ، لا سيما في تطبيقات مثل الطائرات المسيّرة والأجهزة المحمولة. مع ذلك، ينخفض أداء الهوائي بعد تصغيره. لذا، يُعدّ إيجاد طريقة لتصغير حجم الهوائي مع ضمان الأداء الأمثل اتجاهًا بحثيًا هامًا لتطوير هوائيات عالية الدقة.٢. تقنية مقاومة تعدد المسارات: تشمل تقنية مقاومة تعدد المسارات لهوائيات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) بشكل أساسي تقنية الملفات الخانقة [٣]، وتقنية المواد الكهرومغناطيسية الاصطناعية [٤][٥]، وغيرها. ومع ذلك، تعاني جميعها من عيوب مثل الحجم الكبير، وعرض النطاق الترددي الضيق، والتكلفة العالية، ولا يمكن تصميمها بشكل شامل. لذلك، من الضروري دراسة تقنية مقاومة تعدد المسارات التي تتميز بصغر الحجم وعرض النطاق الترددي العريض لتلبية احتياجات التطبيقات المختلفة.3. تعدد الوظائف: بالإضافة إلى هوائيات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، تتضمن العديد من الأجهزة الحديثة أكثر من هوائي اتصال. قد تتسبب أنظمة الاتصالات المختلفة في تداخلات إشارة متنوعة لهوائيات GNSS، مما يؤثر على عملية جمع النجوم. لذلك، يتم دمج هوائي GNSS وهوائي الاتصال في التصميم من خلال التكامل متعدد الوظائف. يُؤخذ التداخل بين الهوائيات في الاعتبار أثناء التصميم، مما يُحسّن خصائص التوافق الكهرومغناطيسي ويرفع أداء الجهاز ككل، بالإضافة إلى زيادة مستوى التكامل.

5. اختتام

تُقدّم هذه المقالة تعريفًا موجزًا بهوائيات تحديد المواقع العالمية عالية الدقة، مع التركيز على تطبيقاتها في مختلف الصناعات، والوضع التقني لهذه الهوائيات محليًا وعالميًا، بالإضافة إلى لمحة عامة عن وضعها السوقي واتجاهات تطويرها. ومع انتشار تقنية الجيل الخامس (5G)، ستُساهم تقنية بيدو + 5G في تعزيز استخدام تقنية تحديد المواقع عالية الدقة في مجالات أوسع، كما ستُتيح هوائيات تحديد المواقع عالية الدقة فرصًا أكبر للتطوير.

هذا المقال مأخوذ من "شبكة ترددات الراديو بالميكروويففي حال وجود أي انتهاك أو مشاكل أخرى، يرجى الاتصال بنا لحذفها.ادعموا حماية حقوق الملكية الفكرية، ويرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة النشر.

يشهد الاستثمار في هذا المجال ازدهاراً ملحوظاً! أكملت شركة جياليتشوانغ للتكنولوجيا، المتخصصة في نماذج لوحات الدوائر المطبوعة والتجارة الإلكترونية، جولتها الأولى من التمويل بقيمة 500 مليون يوان صيني، وقامت شركة سيكويا تشاينا بخطوة أخرى.

ما هي مواقع تركيب الهوائيات عالية الكسب؟ وما الذي يجب الانتباه إليه؟