أنظمة مرجعية للضغط

نظام مرجعية الضغط (PRS) هو تطوير لنظام مرجعية القصور الذاتي ونظام مرجعية الاتجاه والوضع، مصمم لتوفير قياسات زوايا الموضع المستقرة بمرور الوقت والتي لا تتأثر بالانحراف طويل الأمد الناتج عن عيوب المستشعرات. ^{[ 1 ]} يعتمد نظام القياس على سلوك الغلاف الجوي القياسي الدولي ، حيث ينخفض ​​الضغط الجوي مع ازدياد الارتفاع ، ويستخدم زوجين من وحدات القياس. يقيس كل زوج الضغط في موضعين مختلفين متصلين ميكانيكيًا بمسافة معلومة بين الوحدات، على سبيل المثال، تُثبّت الوحدات عند أطراف الجناح. في الطيران الأفقي، لا يقيس نظام القياس أي فرق في الضغط، مما يعني أن زاوية الموضع تساوي صفرًا. عند ميلان الطائرة (للانعطاف)، تتغير مواضع أطراف الجناحين بشكل متبادل، حيث يرتفع أحدهما وينخفض ​​الآخر، وتقيس مستشعرات الضغط في كل وحدة قيمًا مختلفة تُترجم إلى زاوية موضع .

يستخدم نظام الملاحة بالقصور الذاتي المُثبَّت على الطائرة التكامل المزدوج للتسارعات المقاسة بواسطة وحدة قياس القصور الذاتي (IMU). ^{[ 2 ]} تجمع هذه العملية مخرجات المستشعرات مع جميع أخطاء المستشعرات والقياسات. تعتمد دقة نظام الملاحة بالقصور الذاتي واستقراره على المدى الطويل على جودة المستشعرات المستخدمة داخل وحدة قياس القصور الذاتي. يمكن تقييم جودة المستشعرات باستخدام تقنية تباين ألان . تستخدم وحدة قياس القصور الذاتي الدقيقة جيروسكوبات ليزرية ومقاييس تسارع دقيقة، وهي مكلفة. يُعد نظام الملاحة بالقصور الذاتي نظامًا منفردًا بدون مدخلات أخرى. يتجه التوجه الحالي للملاحة الحديثة نحو دمج ^{[ 3 ]} الإشارات من وحدة قياس القصور الذاتي مع البيانات التي يوفرها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يمنح هذا النهج استقرارًا طويل الأمد لمخرجات نظام الملاحة بالقصور الذاتي عن طريق كبح تأثير خطأ المستشعر على حساب موقع الطائرة. يصبح نظام القياس نظامًا مرجعيًا للوضع والاتجاه، مما يُخفف من متطلبات دقة المستشعرات لأن نظام تحديد المواقع العالمي يضمن الاستقرار على المدى الطويل. تُستخدم المستشعرات المستخدمة في نظام AHRS فقط لتحديد زوايا الموقع، لذا يكفي إجراء عملية تكامل عددي واحدة لقياسات معدل الدوران الزاوي . يتميز نظام AHRS بانخفاض تكلفته، وتعمل العديد من الجامعات والشركات على تطوير أنظمة AHRS تعتمد على مستشعرات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). مع ذلك، لا تتمتع مستشعرات MEMS بالأداء المطلوب لأغراض الملاحة . وقد أظهر تقرير بحثي تجريبي ^{[ 4 ]} أن مخرجات حل الملاحة تنحرف بعد ثانيتين. عادةً ما تستخدم وحدات AHRS القائمة على مستشعرات القصور الذاتي MEMS مقياس مغناطيسي متجهي ، وجهاز استقبال GPS، وخوارزمية دمج بيانات لمعالجة أخطاء مستشعرات القصور الذاتي MEMS. بالإضافة إلى عيوب المستشعر، توجد أيضًا عوامل بيئية تؤثر على القيم المحسوبة (زوايا الموقع).

• تأثيرات درجة الحرارة (والرطوبة والضغط وما إلى ذلك)
• اهتزازات المحرك
• التسارعات الناتجة عن حركة الطائرة، مثل الانعطافات
• إلخ. ^{[ 5 ]}

كل هذه التأثيرات تتسبب في انحرافات في بيانات الإخراج المحسوبة مما قد يربك الطيار الذي يقوم بالرحلة.

عرّف بافيل باسيس مفهوم PRS في أطروحته للدكتوراه ^{[ 6 ]} ، حيث نُشرت أيضًا نتائج القياسات التي أُجريت في ظروف المختبر. وقد تم تقييم ثلاثة ترتيبات لـ PRS:

• المستشعر المركزي/المستشعرات ^{[ 7 ]}
• أجهزة استشعار موزعة ذات أحجام منفصلة
• أجهزة استشعار موزعة مع حجم مرجعي ^{[ 8 ]}

بينما تُعطي الطريقة الأولى نتائج غامضة، تُعدّ الطريقة الثانية فعّالة إذ يُمكن استبدالها بمقياسَي ارتفاع. لكنّ عيب الطريقة الثانية هو ارتفاع نسبة عدم اليقين في قياس كلا القيمتين. ويجري حلّ هذه المشكلة بتوسيع نطاق الحجوم المرجعية المستخدمة حتى في مجسات الضغط المطلق. ^{[ 8 ]}