تحليل شامل لمزايا وخصائص هوائي نمط الاستقبال الخاضع للتحكم ذو المصفوفة الـ 16 (CRPA)

مقدمة

في البيئة المتطورة لتقنيات نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمي (GNSS)، يُعد الطلب على حلول موثوقة ومستمرة وعالية الدقة في تحديد المواقع والملاحة والتوقيت (PNT) أمرًا بالغ الأهمية، خاصة في البيئات الكهرومغناطيسية الصعبة. تُعتبر الهوائي ذو نمط الاستقبال الخاضع للتحكم المكوّن من 16 عنصرًا (CRPA) ذروة الابتكار في هذا المجال، حيث تم تصميمه للتغلب على التحدي الكبير المتمثل في التداخل اللاسلكي (RFI) والتضليل. وباستخدام تقنيات رقمية حديثة وخوارزميات تشكيل الحزمة المعقدة، يضمن هذا النظام سلامة إشارات GNSS وتوافرها. يقدم هذا المقال استعراضًا تفصيليًا للهوائي CRPA المكوّن من 16 عنصرًا، ويستعرض تقنياته الأساسية ومبادئ تشغيله والمزايا المميزة التي توفرها تهيئتيه الفيزيائيتان الرئيسيتان: المصفوفة المربعة والمصفوفة الدائرية.

التقنية الأساسية: التحكم الرقمي المتقدم وتوجيه الحزمة

تتمثل القوة الأدائية الفائقة لمجموعة الهوائيات المضادة للتداخل ذات الـ 16 عنصرًا (CRPA) في وحدة التحكم الرقمية المتقدمة والتكنولوجيا الجديدة لتوجيه الحزمة الإشعاعية. على عكس الهوائيات التقليدية التي تمتلك نمط استقبال ثابت، فإن نظام CRPA هو نظام هوائي تكيفي. ويتألف من عدة عناصر هوائية — في هذه الحالة، ستة عشر عنصراً — يتم دمج مخرجاتها الفردية ومعالجتها بذكاء في الزمن الحقيقي.

• مبدأ تقليل التداخل: تتمثل الوظيفة الأساسية لوحدة CRPA في تحديد مصادر التداخل وتقويضها. يقوم المتحكم الرقمي بأخذ عينات مستمرة من الإشارات الصادرة عن جميع العناصر الـ16. ومن خلال تحليل فروق الطور والسعة للإشارات الواردة عبر المصفوفة، يمكنه تحديد اتجاه الوصول (DOA) بدقة لكل من إشارات GNSS المرغوبة ومصادر التداخل غير المرغوب فيها. وباستخدام خوارزميات معقدة، يحسب المتحكم مجموعة فريدة من الأوزان لكل عنصر. تقوم هذه الأوزان بتعديل طور وسعة الإشارات، ما يؤدي إلى إنشاء فراغات عميقة "عُمياء" في نمط استقبال الهوائي موجهة نحو مصادر التداخل. ويؤدي هذا الإجراء إلى تقليل كبير في إشارات التشويش مع الحفاظ على كسب الهوائي تجاه أقمار GNSS أو حتى تعزيزه.

• مقاومة التشويش متعدد المصادر: تتمثل إحدى المزايا الرئيسية للنظام المكون من 16 عنصرًا في قدرته على التعامل مع مصادر تداخل متعددة في الوقت نفسه. إن درجات الحرية التي توفرها العناصر الـ16 تسمح للنظام بتوليد عيوب مستقلة متعددة. وهذا يعني أنه يمكنه قمع عدة أجهزة تشويش تعمل من مواقع جغرافية مختلفة في آنٍ واحد، وهي حالة شائعة في بيئة الحرب الإلكترونية الحديثة أو البيئات الحضرية المزدحمة. تمثل هذه القدرة على إلغاء المصادر المتعددة ترقية كبيرة مقارنة بالأنظمة الأبسط ذات العناصر الأقل، وتكفل استمرارية التشغيل حتى في البيئات الطيفية العدوانية للغاية.

• توجيه الشعاع وتعزيز الإشارة: بالإضافة إلى إلغاء الإشارات غير المرغوب فيها، يمكن استخدام تقنية تشكيل الحزمة لتوجيه حزم عالية الكسب نحو أقمار GNSS محددة. وهذا لا يحسن فقط نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) بالنسبة للإشارات الأضعف، بل يساعد أيضًا في تقليل آثار التعددية الناتجة عن ارتداد الإشارات عن المباني أو الأرض قبل وصولها إلى الهوائي، مما يؤدي إلى أخطاء في تحديد الموقع. ومن خلال استقبال المسار المباشر للإشارة بشكل تفضيلي، يقدم نظام CRPA ذو المصفوفة المكونة من 16 عنصرًا بيانات PNT أكثر دقة وموثوقية.

التكوينات الفيزيائية: تخصيص الحل

يتوفر نظام CRPA ذو المصفوفة المكونة من 16 عنصرًا بنسختين فيزيائيتين مختلفتين، تم تصميم كل منهما بدقة لتقديم فوائد محددة تناسب متطلبات تطبيقات مختلفة: المصفوفة المربعة والمصفوفة الدائرية.

تكوين المصفوفة المربعة: البنية والقابلية للتوسيع

تُرتّب العناصر الـ 16 في المصفوفة المربعة بنمط شبكة 4×4. ويقدم هذا التكوين عدة مزايا عملية:

• البنية المنتظمة والتصميم الوحدوي: التصميم المتناظر والقائم على الشبكة هو في جوهره وحداتي. وهذا يبسّط عملية التصميم والتصنيع، وغالبًا ما يؤدي إلى أداء أكثر تنبؤًا وانخفاض محتمل في تكاليف الإنتاج. كما أن الانتظام يجعل دمج النظام في منصات ذات هندسة مستطيلة — مثل أسطح المركبات البرية، أو الهياكل الثابتة، أو بعض أجزاء الطائرات — أكثر سهولة.

• تركيب وأوسع توسيع: إن الطبيعة الوحداتية تسهّل عملية التركيب، حيث يمكن توحيد نقاط التثبيت والواجهات الفيزيائية. علاوةً على ذلك، تتيح فلسفة التصميم هذه توسيع النظام بسهولة أو ربطه على التوالي (daisy-chaining) في النشرات الكبيرة التي قد تتطلب أنظمة متعددة، مما يوفّر حلاً قابلاً للتوسّع في الشبكات العسكرية المعقدة أو الشبكات التجارية.

• أداء مُحسَّن للهندسات المستوية: في السيناريوهات التي يُتوقع أن تأتي التهديدات فيها بشكل أساسي من الأفق، يمكن أن تكون المصفوفة المربعة فعالة للغاية. إن هندستها تسمح بوضع فراغات دقيقة على طول المحاور الرئيسية (السمت)، مما يجعلها ممتازة في إلغاء التشويش القادم من أجهزة تشويش أرضية.

تهيئة المصفوفة الدائرية: أداء متوازن وشامل

تُرتب تهيئة المصفوفة الدائرية لعناصر الـ 16 بشكل موحد حول محيط دائرة، وعادةً مع عنصر واحد في المركز. يتم اختيار هذه الهندسة نظرًا لخصائص أدائها المتفوقة:

• تغطية متوازنة وثبات في جميع الاتجاهات: توفر التناظرية الدائرية استجابة هوائي موحدة في جميع اتجاهات السمت (360 درجة). وينتج عن ذلك قدرة أكثر اتساقًا وموازنة في إنشاء فراغات ضد التشويش، بغض النظر عن الاتجاه الذي يأتي منه جهاز التشويش. ولا توجد نقاط ضعف متأصلة على طول محور معين، كما قد يحدث في الحالة ذات الهندسة المربعة.

• أداء شامل لمكافحة التشويش: يتفوق المصفوفة الدائرية في البيئات الديناميكية حيث تتغير منصة النظام (مثل طائرة أو سفينة أو قمر صناعي) اتجاهها باستمرار، أو عندما تكون أجهزة التشويش متحركة. وتضمن قدرتها على تشكيل فراغات ذات كفاءة متساوية في أي اتجاه أفقي حماية مستمرة. كما يمكن للعنصر المركزي، بالاقتران مع الحلقة الخارجية، أن يسهم في تحسين دقة الارتفاع، مما يعزز الأداء ضد مصادر التداخل المنخفضة الارتفاع أو في بيئات الإشارات المعقدة.

• مرونة متفوقة في تشكيل الحزمة: غالبًا ما تتيح الترتيبة الدائرية أنماط حزم أكثر تناسقًا وذات أهداب جانبية أقل عند تشكيل الكسب باتجاه الأقمار الصناعية. ويمكن أن يؤدي هذا إلى رفض أفضل قليلاً للإشارات المنعكسة (تعدد المسارات) وجودة إشارة إجمالية أفضل في سيناريوهات تتبع الأقمار الصناعية المتعددة.

ملخص مقارن وسيناريوهات التطبيق

يعتمد الاختيار بين المصفوفة المربعة والمصفوفة الدائرية على الاحتياجات التشغيلية المحددة:

• اختر المصفوفة المربعة عندما تعطي التطبيق أولوية للتصميم المعياري وسهولة التكامل مع المنصات ذات الأسطح المستطيلة للتثبيت. وهو مثالي للتركيبات الثابتة في مواقع معينة، أو المركبات البرية، أو الحالات التي يكون فيها بيئة التهديد متوقعة نسبيًا ورئيسية في مستوى مستوٍ. وتُعد قابلية التوسع من المزايا المهمة لهذا النوع في النشر الواسع النطاق والقياسي.

• اختر المصفوفة الدائرية عندما تكون هناك حاجة لأعلى مستوى من الحماية الشاملة ضد التشويش تغطي جميع الاتجاهات. وهو الخيار المفضل للمنصات شديدة الديناميكية مثل الطائرات، والطائرات المُسيَّرة جواً (UAVs)، والسفن البحرية، والأقمار الصناعية، حيث يمكن أن تؤدي حركات المنصة إلى التأثير سلبًا على أداء أي مصفوفة أقل تناسقًا. وتضمن تغطيتها المتوازنة أداءً قويًا بغض النظر عن الاتجاه.

الاستنتاج

تمثل مجموعة الـ CRPA المكونة من 16 عنصرًا قفزة كبيرة إلى الأمام في تكنولوجيا PNT المرنة. وباستغلال قوة وحدة تحكم رقمية متقدمة وخوارزميات تشكيل الحزمة المتطورة، توفر هذه المجموعة حماية غير مسبوقة ضد مصادر التداخل المتعددة والمتزامنة، مما يضمن استمرارية تشغيل مستقبلات GNSS الحرجة. كما أن توافر تشكيلات المصفوفة المستطيلة والدائرية يعزز من مرونتها بشكل أكبر، ما يمكّن مُجمعي الأنظمة من اختيار الحل الأمثل وفقًا لمتطلبات الهيكل والتركيب والأداء. سواء كان الأمر يتعلق بضمان نجاح مهمة طائرة عسكرية، أو التنقل الآمن لسفينة تجارية، أو موثوقية البنية التحتية الحيوية، فإن مجموعة الـ CRPA المكونة من 16 عنصرًا تقف كحارس قوي وقابل للتكيف على طول نطاق إشارات GNSS.