جدیدترین فناوری‌ها و به‌روزرسانی‌ها در گیرنده‌های نقشه‌برداری مولتی‌فرکانسه

گیرنده‌های نقشه‌برداری مولتی‌فرکانسه (چندفرکانسه) ابزارهای کلیدی در صنعت نقشه‌برداری و تعیین موقعیت دقیق هستند. این دستگاه‌ها با دریافت سیگنال‌های ماهواره‌ای در چندین باند فرکانسی و از چند منظومۀ ناوبری جهانی (GNSS) به طور همزمان، امکان دستیابی به دقت بالاتر و پایداری بیشتر در شرایط مختلف را فراهم می‌کنند. طی سال‌های اخیر، پیشرفت‌های چشمگیری در فناوری این گیرنده‌ها صورت گرفته است. از افزایش تعداد کانال‌ها و پشتیبانی از منظومه‌های جدید گرفته تا یکپارچه‌سازی حسگرهای کمکی و بهبود قابلیت اتصال به شبکه‌های تصحیح، همه و همه به ارتقای کارایی گیرنده‌های مولتی‌فرکانسه انجامیده‌اند. در این نوشتار به جدیدترین فناوری‌ها و به‌روزرسانی‌های این حوزه می‌پردازیم و نقش شرکت‌های پیشرو مانند هیرو نگار را در به‌کارگیری این فناوری‌ها مرور می‌کنیم.

پشتیبانی چندمنظومه‌ای و چندفرکانسه: استاندارد نوین

امروزه پشتیبانی از تمامی منظومه‌های ماهواره‌ای جهانی به یک استاندارد در گیرنده‌های نقشه‌برداری تبدیل شده است. گیرنده‌های مدرن قادرند سیگنال‌های GPS آمریکا، گلوناس روسیه، گالیله اروپا و بیدو چین را به‌صورت همزمان دریافت کنند. دریافت چندمنظومه‌ای بدین معناست که تعداد ماهواره‌های در دید گیرنده به حداکثر می‌رسد و دیگر حتی در محیط‌های شهری با ساختمان‌های بلند یا مناطق کوهستانی، مشکل کمبود ماهواره یا قطع سیگنال پیش نمی‌آید. ترکیب سیگنال‌های منظومه‌های مختلف باعث افزایش پوشش ماهواره‌ای و بهبود نسبت سیگنال به نویز می‌شود که نتیجه آن موقعیت‌یابی پایدارتر و قابل‌اطمینان‌تر است. به موازات چندمنظومه‌ای شدن، بهره‌گیری از چند فرکانس مختلف (مانند باندهای L1، L2  و L5 در GPS یا باندهای معادل در سایر سامانه‌ها) نیز به استاندارد جدیدی بدل شده است.

گیرنده‌های چندفرکانسه با دریافت فرکانس‌های گوناگون می‌توانند اثراتی مانند تاخیرات جوی به‌ویژه خطای یونوسفر را تا حد زیادی حذف یا جبران کنند. برای مثال، یک گیرنده دوفرکانسه با بهره‌گیری همزمان از سیگنال‌های L1 و L2 قادر است اختلاف مسیر طی‌شده در این دو فرکانس را اندازه‌گیری کرده و تأخیر یونوسفر را محاسبه و اصلاح نماید. بنابراین به کمک فناوری مولتی‌فرکانس، دقت تعیین موقعیت تا حد سانتی‌متری بهبود یافته و راه‌اندازی سریع‌تر راه‌حل‌های موقعیت‌یابی فراهم می‌شود. بسیاری از گیرنده‌های سری S و سایر محصولات جدید هیرو نگار پارس نیز با پشتیبانی کامل از همه منظومه‌های GNSS و چندین باند فرکانسی، از این استاندارد نوین تبعیت می‌کنند و امکان موقعیت‌یابی دقیق در هر نقطه‌ای را برای کاربران حرفه‌ای فراهم ساخته‌اند.

افزایش تعداد کانال‌ها و بهبود سخت‌افزار گیرنده

یکی از شاخص‌های فنی مهم در نسل جدید گیرنده‌های GNSS، افزایش چشمگیر تعداد کانال‌های ردیابی سیگنال است. هر کانال معادل توانایی ردیابی یک سیگنال ماهواره‌ای مستقل است و هرچه تعداد کانال‌ها بیشتر باشد، گیرنده می‌تواند سیگنال‌های بیشتری را به‌طور موازی دنبال کند. در دهه گذشته، گیرنده‌های رایج نقشه‌برداری شاید چند صد کانال (مثلاً ۲۲۰ یا ۴۳۲ کاناله) داشتند. اما جدیدترین گیرنده‌های مولتی‌فرکانس امروزی با بهره‌گیری از بردهای پیشرفته‌، به بیش از ۸۰۰ تا حتی ۱۴۰۰ کانال دست یافته‌اند. این جهش فنی باعث می‌شود دستگاه قادر به رصد تمام سیگنال‌های فعلی و آتی تمامی ماهواره‌ها باشد. به عنوان نمونه، گیرنده‌ای با ۱۴۰۸ کانال می‌تواند تمام سیگنال‌های ماهواره‌های  GPS، گلوناس، گالیله، بیدو و حتی سامانه‌های منطقه‌ای یا تقویتی را به‌صورت همزمان پردازش کند. طبیعتاً برای پشتیبانی از این تعداد کانال، ارتقای سخت‌افزار پردازشی نیز ضرورت داشته است.

تولیدکنندگان از چیپ‌ست‌ها و پردازنده‌های قوی‌تر و کم‌مصرف‌تر بهره می‌گیرند تا ضمن مدیریت صدها سیگنال ورودی، داده‌ها را با سرعت بالا پردازش کنند و راه‌حل تعیین موقعیت را بی‌درنگ ارائه دهند. همچنین استفاده از آنتن‌های پهن‌باند به‌روز که تمامی فرکانس‌های مورد نیاز را پوشش می‌دهند، بخش دیگری از این به‌روزرسانی‌های سخت‌افزاری است. در کنار آن، بهبود فیلترهای گیرنده برای افزایش نسبت سیگنال به نویز و کاهش اثر چندمسیری (Multipath) نیز صورت گرفته است. مجموعه این تغییرات سخت‌افزاری به گیرنده‌های جدید اجازه می‌دهد حتی در محیط‌های چالش‌برانگیز (مانند کنار سازه‌های بزرگ یا فضایی با پوشش گیاهی انبوه) عملکردی پایدارتر و دقیق‌تر داشته باشند. محصولات سری جدید هیرو نگار پارس نیز از لحاظ سخت‌افزاری همگام با این روند بوده و با بهره‌گیری از بردهایی با تعداد کانال بیشتر و اجزای الکترونیکی مدرن، توان رقابت با برندهای برتر جهانی را دارند.

یکپارچه‌سازی حسگرهای کمکی: تیلت سنسور و ماژول IMU

فناوری مهم دیگری که در سال‌های اخیر در گیرنده‌های نقشه‌برداری مولتی‌فرکانسه رایج شده، یکپارچه‌سازی حسگرهای اینرسی (IMU) و تیلت سنسور در داخل دستگاه است. در روش سنتی، برای برداشت مختصات دقیق، آنتن گیرنده باید کاملاً شاقول و عمود نگه داشته شود تا خطای کجی ژالن در اندازه‌گیری تأثیر نگذارد. این امر مخصوصاً در نقاطی که استقرار عمودی دشوار است (مثلاً گوشه‌های دیوار، لبه خیابان یا مجاورت موانع) باعث اتلاف وقت و سختی کار نقشه‌بردار می‌شد. اما گیرنده‌های مولتی‌فرکانس نسل جدید با داشتن تیلت سنسور (سنسور زاویه) و واحد اندازه‌گیری اینرسی، این مشکل را حل کرده‌اند.

این حسگرها قادرند میزان انحراف آنتن از حالت قائم را اندازه‌گیری کرده و به نرم‌افزار گیرنده اعلام کنند. سپس دستگاه به‌طور خودکار تصحیحات لازم را برای جبران خطای ناشی از کجی انجام می‌دهد. نتیجه این است که نقشه‌بردار می‌تواند با ژالن کج (تا محدوده معینی مثلاً تا ۳۰ یا حتی ۶۰ درجه از حالت عمود بنا بر مدل دستگاه) نیز نقطه را برداشت کند و دستگاه مختصات تصحیح‌شده و دقیقی ارائه می‌دهد. چنین قابلیتی سرعت عملیات میدانی را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد و ایمنی را نیز بالا می‌برد، زیرا نیازی نیست کاربر در محل‌های ناامن صرفاً برای تراز کردن ژالن تلاش کند. برخی از گیرنده‌های جدید سریS  هیرو نگار پارس با پشتیبانی از تیلت سنسور داخلی، امکان نقشه‌برداری آسان‌تر را برای کاربران فراهم ساخته‌اند.

ترکیب داده‌های IMU با داده‌های GNSS همچنین اجازه می‌دهد حتی در لحظات کوتاه قطع سیگنال ماهواره (مثلاً هنگام عبور از کنار ساختمان بلند) دستگاه با تکیه بر اینرسی، مسیر حرکت را به طور موقت تخمین زده و از گم شدن موقعیت جلوگیری کند. به این ترتیب یکپارچه‌سازی حسگرهای کمکی در گیرنده‌های مولتی‌فرکانس گامی دیگر در جهت افزایش اعتمادپذیری و کارایی این تجهیزات است.

به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری و سرویس‌های تصحیح

توانمندی گیرنده‌های مولتی‌فرکانس امروزی تنها به سخت‌افزار پیشرفته ختم نمی‌شود، بلکه نرم‌افزار داخلی و قابلیت اتصال آن‌ها به شبکه‌های تصحیحات ماهواره‌ای نیز ارتقا یافته است. یکی از جنبه‌های مهم، پشتیبانی از انواع سرویس‌های تصحیح دقیق موقعیت است. گیرنده‌های حرفه‌ای جدید قادرند به شبکه‌های ایستگاه مرجع دائمی (CORS) متصل شوند و تصحیحات آنی را دریافت کنند. در ایران نیز سامانه‌های گوناگونی مانند شمیم، سَمت، هدی و دیگر شبکه‌های مرجع محلی راه‌اندازی شده‌اند که نقشه‌برداران می‌توانند با اتصال گیرنده خود به اینترنت، از تصحیحات آن‌ها بهره‌مند شوند.

گیرنده‌های مدرن با پروتکل‌های ارتباطی استاندارد نظیر (NTRIP) سازگار بوده و از فرمت‌های رایج تصحیحات مانند (RTCM) پشتیبانی کامل دارند. به‌روز بودن فرمت‌های تصحیح در گیرنده اهمیت ویژه‌ای دارد، چرا که استانداردهای جدیدتر مثل (RTCM 3.x) امکان استفاده مؤثرتر از مشاهدات چندفرکانسه و اطلاعات کیفیت سیگنال را فراهم می‌کنند. علاوه بر شبکه‌های زمینی، برخی گیرنده‌ها امکان دریافت تصحیحات از ماهواره‌های ژئواستیشنری سیستم‌های (SBAS) یا حتی سرویس‌های تجاری جهانی نظیر خدمات PPP را نیز دارند. به عنوان مثال، سرویسPPP که مخفف Precise Point Positioning است، می‌تواند از طریق ماهواره یا اینترنت، تصحیحات ساعت و مدار دقیق ماهواره‌ها را به گیرنده اعمال کند و به دقت سانتی‌متری بدون نیاز به ایستگاه مبنا در نزدیکی نقطه کاربر دست یابند. گیرنده‌های نسل جدید معمولاً دارای تنظیمات منعطفی هستند تا کاربر بنا بر نیاز خود یکی از روش‌های RTK (با ایستگاه مرجع محلی) یا  PPP (مبتنی بر ماهواره) را انتخاب کند. از منظر نرم‌افزاری، رابط کاربری و سیستم‌عامل گیرنده‌ها نیز به‌روز شده‌ است.

بسیاری از گیرنده‌های امروزی مبتنی بر سیستم‌عامل‌های مدرنی چون اندروید هستند یا به راحتی از طریق اپلیکیشن‌های موبایل کنترل می‌شوند. این موضوع یادگیری و کاربری دستگاه را ساده‌تر کرده و اتصال بی‌سیم بلوتوث و Wi-Fi به کنترلر یا تلفن همراه را میسر ساخته است. قابلیت بروزرسانی آنلاین فریم‌ویر دستگاه نیز ویژگی دیگری است که در سال‌های اخیر مطرح شده؛ به طوری که کاربر می‌تواند بسته‌های ارتقای نرم‌افزار گیرنده را دانلود و بدون نیاز به ارسال دستگاه به نمایندگی، نصب کند. هیرو نگار پارس نیز با ارائه نرم‌افزار اختصاصی هیرومپ (HiroMap) و بروزرسانی مستمر گیرنده‌های سری S خود، تلاش کرده تا از منظر نرم‌افزاری همگام با آخرین پیشرفت‌ها حرکت کند و تجربه کاربری روان و مطمئنی برای مشتریان خود فراهم آورد.

اتصالات پیشرفته و فناوری‌های ارتباطی نوین

برای یک گیرنده نقشه‌برداری حرفه‌ای، توانایی تبادل داده و ارتباط با سامانه‌های دیگر به اندازه دقت موقعیت‌یابی اهمیت دارد. به‌روزرسانی‌های جدید در این حوزه، شامل تجهیز گیرنده‌ها به ماژول‌های ارتباطی پیشرفته است. اکنون بسیاری از گیرنده‌های مولتی‌فرکانس دارای مودم داخلی (LTE/4G ) و حتی آماده برای  5Gهستند که امکان اتصال مستقیم دستگاه به اینترنت را فراهم می‌کند. این قابلیت به خصوص هنگام استفاده از سرویس‌های تصحیح اینترنتی مانند شبکه‌های CORS) ذکرشده (سودمند است زیرا دیگر نیازی به استفاده از دستگاه جانبی یا گوشی همراه به عنوان واسطه نخواهد بود. علاوه بر اینترنت همراه، گیرنده‌ها معمولاً به رادیوهای UHF قدرتمند نیز مجهز شده‌اند که در فواصل کوتاه تا متوسط اجازه می‌دهد یک گیرنده به عنوان Base (مبنا) و دیگری به عنوان Rover (متحرک) بدون نیاز به پوشش شبکه مخابراتی با هم ارتباط برقرار کنند. ارتقای توان خروجی و گیرندگی این رادیوها باعث افزایش برد عملیاتی و کاهش قطعی ارتباط میان ایستگاه مبنا و متحرک شده است. همچنین استفاده از بلوتوث نسخه‌های جدید (مانندBluetooth 5.x ) در گیرنده‌ها متداول شده که سرعت ارتباط بی‌سیم با کنترلر را بالا برده و مصرف انرژی را پایین آورده
است.

افزایش مقاومت در برابر اختلالات و بهبود پایداری

با گسترش کاربرد گیرنده‌های دقیق GNSS در صنایع مختلف، موضوع امنیت سیگنال و مقاومت در برابر اختلالات نیز بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. سیگنال‌های ماهواره‌ای نسبتاً ضعیف هستند و همواره خطر تداخل فرکانسی (مثلاً توسط امواج رادیویی دیگر) یا حتی spoofing (ارسال سیگنال جعلی) وجود دارد. سازندگان گیرنده‌های پیشرفته برای مقابله با این تهدیدها، فناوری‌های متعددی را به کار گرفته‌اند. یکی از آن‌ها بهبود فیلترهای سخت‌افزاری و افزوده شدن سامانه‌های شناسایی تداخل است؛ بدین صورت که گیرنده می‌تواند وجود نویز یا سیگنال غیرمجاز در باند فرکانسی GPS/GNSS را تشخیص داده و کاربر را آگاه کند یا خود به‌طور خودکار تغییراتی در الگوریتم ردیابی اعمال نماید.

برخی گیرنده‌ها از آنتن‌های ضد‌تداخل (Anti-Jam) ویژه استفاده می‌کنند که نسبت به جهت سیگنال‌های مزاحم کم‌حساس‌ترند. علاوه بر این، در حوزه نرم‌افزاری، الگوریتم‌های پشتیبان‌گیری و نظارت یکپارچگی  (RAIM)  به کمک آمده‌اند که صحت داده‌های موقعیت‌یابی را در لحظه می‌سنجند و در صورت مشاهده اختلال یا خطای غیرعادی، اخطار می‌دهند یا داده معیوب را کنار می‌گذارند. همچنین روند جدیدی آغاز شده که طی آن برخی منظومه‌ها (مثل گالیله) بخشی از سیگنال‌های خود را رمزنگاری و امضاگذاری دیجیتال می‌کنند تا امکان جعل سیگنال کاهش یابد. تمامی این اقدامات موجب می‌شود گیرنده‌های مولتی‌فرکانس جدید در شرایط چالش‌برانگیز (مانند حضور جاروب‌کننده‌های فرکانسی، نویزهای صنعتی یا حتی در سناریوهای امنیتی) هم عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند.

برای کاربران نقشه‌برداری عادی شاید این موارد کمتر محسوس باشد، اما در کاربردهای حیاتی یا محیط‌های صنعتی، مزیت یک گیرنده مقاوم در برابر تداخل می‌تواند تضمین‌کننده ادامه کار بدون وقفه و حفظ دقت اندازه‌گیری‌ها باشد. شرکت‌هایی همچون هیرو نگار پارس نیز با پیروی از استانداردهای جدید و آزمایش گیرنده‌های خود در شرایط گوناگون، سعی در بهینه‌سازی مقاومت محصولاتشان در برابر شرایط مخرب محیطی و فرکانسی دارند.

جمع‌بندی

صنعت گیرنده‌های نقشه‌برداری مولتی‌فرکانسه با سرعت بالایی در حال پیشرفت است. رقابت تولیدکنندگان جهانی و ظهور نیازهای جدید در حوزه‌هایی چون نقشه‌برداری خودکار، کشاورزی دقیق، مدیریت ناوگان و شهرهای هوشمند باعث شده هر ساله فناوری‌های نوینی به این گیرنده‌ها افزوده شود. از پشتیبانی کامل همه منظومه‌های GNSS و فرکانس‌های چندگانه گرفته تا یکپارچه‌سازی سامانه‌های اینرسی، بهبود الگوریتم‌های تصحیح و افزوده شدن امکانات ارتباطی جدید، همگی دست به دست هم داده‌اند تا دقت، سرعت، سهولت استفاده و اطمینان‌پذیری این تجهیزات به مراتب افزایش یابد. برای شرکت‌های فعال در بازار تجهیزات نقشه‌برداری، همگام شدن با این تحولات اهمیت استراتژیک دارد.

شرکت دانش‌بنیان هیرو نگار پارس به عنوان یکی از بازیگران داخلی این عرصه، با ارائه محصولات متنوع نشان داده است که فناوری روز جهان را به‌خوبی درک و بومی‌سازی کرده است. گیرنده‌های مولتی‌فرکانسه این شرکت ضمن برخورداری از جدیدترین امکانات فنی، با نیازهای کاربران ایرانی نیز تطبیق یافته‌اند و از شبکه‌ها و استانداردهای محلی پشتیبانی می‌کنند. در نهایت می‌توان گفت استفاده از گیرنده‌های مولتی‌فرکانس مدرن، به معنای دستیابی به دقت و کارایی بالاتر در پروژه‌های نقشه‌برداری است. سرمایه‌گذاری بر روی این فناوری‌ها و به‌روزرسانی دانش فنی در این زمینه، برای فعالان صنعت نقشه‌برداری امری ضروری است تا بتوانند در فضای رقابتی امروز بهترین نتایج را کسب کرده و خدماتی با کیفیت به مشتریان خود ارائه دهند.