نظام التوجيه
التاريخ > الوصف

يتضمن نظام التوجيه ثلاثة أجزاء أساسية: الملاحة التي تتتبع الموقع الحالي، التوجيه الذي يستفيد من بيانات الملاحة والمعلومات المستهدفة لتوجيه التحكم في الرحلة «إلى أين تذهب»، و التحكم الذي يقبل أوامر التوجيه لإحداث تغيير في الديناميكا الهوائية و/ أو عناصر التحكم في المحرك.
الملاحة هو فن تحديد مكانك، وهو علم شهد تركيزًا هائلاً عام 1711 مع جائزة لونغيتيود. تقيس مساعدات الملاحة إما الموقع من نقطة مرجعية ثابتة (مثال: معالم، النجم القطبي، LORAN)، الموضع النسبي للهدف (مثل: الرادار، الأشعة تحت الحمراء ...) أو تتبع الحركة من موقع / نقطة بداية معروفة (مثل IMU). تستخدم أنظمة اليوم المعقدة أساليب متعددة لتحديد الموقف الحالي، على سبيل المثال، تكون أنظمة الملاحة الأكثر تقدمًا اليوم مدمجة في الصواريخ المضادة للصواريخ الباليستية، يستفيد الصاروخ القياسي 3
RIM-161 من GPS، و IMU، وبيانات القطاع الأرضي في مرحلة التعزيز وبيانات الموقع النسبي لاستهداف الإعتراض. عادةً ما تحتوي الأنظمة المعقدة على تكرار متعدد لمعالجة الإنزياح وتحسين الدقة (مثال: بالنسبة إلى الهدف) ومعالجة فشل النظام المعزول. لذلك تأخذ أنظمة الملاحة مدخلات متعددة من العديد من أجهزة الإستشعار المختلفة، سواء داخلية للنظام و/ أو خارجية (مثال: تحديث قائم على الأرض). يوفر مرشح كالمان الطريقة الأكثر شيوعًا لدمج بيانات الملاحة (من أجهزة إستشعار متعددة) لتحديد الوضع الحالي. أمثلة على طرق الملاحة:
·     الملاحة الفلكية هي تقنية لتصحيح الموقع اُبْتُكِرَت لمساعدة البحارة على عبور المحيطات الخالية من الملامح دون الحاجة إلى الإعتماد على تقدير الموضع. تستخدم الملاحة الفلكية قياسات الزاوية بين الأفق وجسم فلكي مشترك. غالبًا ما يتم قياس الشمس. يمكن للملاحين المهرة استخدام القمر أو الكواكب أو أحد النجوم الملاحية الـ 57 التي يتم ترتيب إحداثياتها في التقويمات الفلكية. تشمل الأدوات التاريخية بيانات آلة السدس والساعة والتقويم الفلكي. يستخدم مكوك الفضاء اليوم، ومعظم المركبات الفضائية بين الكواكب، أنظمة بصرية لمعايرة أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي: COAS، متتبع نجمي.
·     وحدات قياس بالقصور الذاتي (IMUs) هم النظام الأساسي بالقصور الذاتي للحفاظ على الموقع الحالي (الملاحة) والتوجيه في الصواريخ والطائرات. إنها آلات معقدة بها جيروسكوب دوار واحد أو أكثر يمكنه الدوران بحرية بثلاث درجات من الحركة داخل نظام محوري معقد. يتم «برمجة» IMUs ومعايرتها قبل الإطلاق. يوجد ما لا يقل عن ثلاث IMUs منفصلة داخل معظم الأنظمة المعقدة. بالإضافة إلى الموضع النسبي، تحتوي ال IMUs على مقاييس تسارع يمكنها قياس التسارع في جميع المحاور. توفر بيانات الموقع وبيانات التسارع المدخلات الضرورية «لتتبع» حركة المركبة. تميل وحدات القياس بالقصور الذاتي إلى «الإنجراف» بسبب الاحتكاك والدقة. يمكن توفير تصحيح الخطأ لمعالجة هذا الانجراف عبر القياس عن بعد للوصلة الأرضية، و GPS، والرادار، والملاحة الفلكية البصرية، ومساعدات الملاحة الأخرى. عند استهداف مركبة (متحركة) أخرى، تصبح المتجهات النسبية ذات أهمية قصوى. في هذه الحالة، تعتبر وسائل المساعدة على الملاحة، التي توفر تحديثات للموضع بالنسبة للهدف، أكثر أهمية. بالإضافة إلى الموضع الحالي، تقوم أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي أيضًا بتقدير الموضع المتوقع لدورات الحوسبة المستقبلية. أنظر أيضًا إلى نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS).
·     التوجيه الفلكي بالقصور الذاتي هو اندماج المستشعر/ اندماج المعلومات للتوجيه بالقصور الذاتي والملاحة السماوية.
·      ملاحة طويلة المدى (LORAN): كان هذا الشكل السابق لنظام تحديد المواقع (GPS)، وكان (ولا يزال إلى حد ما) يستخدم بشكل أساسي في النقل البحري التجاري. يعمل النظام عن طريق تثليث موقع السفينة بناءً على إشارة اتجاهية لأجهزة الإرسال المعروفة.
·      نظام تحديد المواقع العالمي (GPS): صمم الجيش الأمريكي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بهدف أساسي هو معالجة «الإنجراف» داخل الملاحة بالقصور الذاتي للصاروخ الباليستي الذي يُطلق من الغواصات (SLBMs) قبل الإطلاق. ينقل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) نوعين من الإشارات: إشارة عسكرية وإشارة تجارية. صُنِّفَت دقة الإشارة العسكرية ولكن يمكن افتراض أنها أقل من 0.5 متر. يتكون الجزء الفضائي لنظام GPS من 24 إلى 32 قمراً صناعياً في مدار أرضي متوسط على ارتفاع حوالي 20200 كم (12600 ميل).  توجد الأقمار الصناعية في ستة مدارات محددة وتنقل معلومات دقيقة للغاية عن الوقت وموقع القمر الصناعي والتي يمكن استخدامها لاشتقاق المسافات وتحديد موقع التثليث.
·      الرادار/ الأشعة تحت الحمراء/ الليزر: يوفر هذا الشكل من الملاحة معلومات للتوجيه النسبي لهدف معلوم، وله تطبيقات مدنية وعسكرية.
o    نشط (يستخدم الرادار الخاص لإلقاء الضوء على الهدف).
o    صاروخ مضاد للأشعة (يكتشف إنبعاثات الرادار الخاصة بالمستهدف).
o     توجيه شبه نشط بالرادار.
o     توجيه بالأشعة تحت الحمراء: يستخدم هذا الشكل من التوجيه بشكل خاص للذخائر العسكرية ، وتحديداً صواريخ جو- جو وسطح- جو. يتجه الباحث الصاروخي على مصدر الأشعة تحت الحمراء (الحرارة) من  محرك الهدف، ومن هنا جاء مصطلح  «الصاروخ الباحث عن الحرارة».
o     التوجيه فوق البنفسجي المستخدم في -FIM-92 Stinger، وهو أكثر مقاومة للتدابير المضادة من نظام توجيه الأشعة تحت الحمراء.
o     التوجيه بالليزر: يقوم جهاز مؤشر الليزر بحساب الموضع النسبي للهدف المميز. معظمهم على دراية بالاستخدامات العسكرية للتكنولوجيا على القنابل الموجهة بالليزر. يستفيد طاقم مكوك الفضاء من جهاز محمول باليد لتغذية المعلومات لتخطيط الإلتقاء. القيد الأساسي على هذا الجهاز هو أنه يتطلب خط رؤية بين الهدف والمؤشر.
o     مطابقة كفاف التضاريس (TERCOM): يستخدم رادار مسح أرضي «لمطابقة» التضاريس مع بيانات الخريطة الرقمية لتصحيح الموقع الحالي. تستخدم بواسطة صواريخ كروز مثل صاروخ توماهوك.
التوجيه هو «سائق» المركبة، يأخذ مدخلات من نظام الملاحة (أين أنا) ويستخدم معلومات الإستهداف (أين أريد أن أذهب) لإرسال إشارات إلى نظام التحكم في الطيران الذي سيسمح للمركبة بالوصول إلى وجهتها (ضمن قيود تشغيل المركبة). «الأهداف» لأنظمة التوجيه تكون في حالة توجيه واحدة أو أكثر (الموقع والسرعة) ويمكن أن تكون قصورًا أو نسبيًا، أثناء الرحلة التي تعمل بالطاقة ، يقوم التوجيه بحساب اتجاهات التوجيه باستمرار للتحكم في الطيران. على سبيل المثال ، يستهدف مكوك الفضاء ارتفاعًا ومتجهًا للسرعة وجاما كي ينقطع المحرك الأساسي. وبالمثل ، يستهدف صاروخ باليستي عابر للقارات أيضًا متجه. يتم تطوير متجهات الهدف لتحقيق المهمة ويمكن تخطيطها مسبقًا أو إنشاؤها ديناميكيًا.
التحكم: يتم التحكم في الطيران إما من خلال الديناميكا الهوائية أو من خلال أدوات التحكم بالطاقة مثل المحركات، يرسل التوجيه إشارات للتحكم في الطيران. الطيار الآلي (DAP) هو الواجهة بين التوجيه والتحكم. التوجيه و DAP مسؤولان عن حساب التعليمات الدقيقة لكل تحكم في الرحلة. يوفر DAP ملاحظات للتوجيهات حول حالة ضوابط الطيران.