وتتوقف تطبيقات الاستشعار عن بعد على الاقتناء والتفسير الموثوقين للإشارة التي تنقل عبر بيئات صعبة في كثير من الأحيان، وهذه الإشارات التي تحمل بيانات حرجة عن سطح الأرض والغلاف الجوي والمحيطات، يجب أن تكون مرنة للتحلل، وقد كان تصميم إشارات العجلات المترددة على خطوط العرض مخططاً مفضلاً في كثير من نظم الاستشعار عن بعد نظراً لدقتها المتأصلة في مواجهة تقلبات الكمائنة وتنفيذ هذه الإشارة بصورة مباشرة.

Understanding FSK in Remote Sensing

ويورد نظام تحديد المسارات الرقمية الترددية بيانات رقمية عن طريق تغيير تواتر موجة الناقلة بين ترديتين أو أكثر محددتين مسبقاً، وفي أبسط شكل ثنائي، يمثل " 1 " منطقياً بتواتر واحد و " صفر " منطقي من جانب آخر، ويكتشف المتلقي هذه التحولات المتكررة ويعيد بناء المجرى الأصلي الذي يميز قدرة البرمجيات على التكيف مع تغيرات الكمية.

وفي مجال الاستشعار عن بعد، يتم نشر نظام رصد الغلاف الجوي عبر مجموعة واسعة من النظم، وكثيرا ما تستخدم وصلات القياس عن بعد نظام الترددات اللاسلكية لنقل البيانات من من منابر المدار إلى محطات أرضية، ولا سيما في البعثات ذات الطاقة المنخفضة أو في الفضاء العميق حيث تكون الهوامش ذات الكفاءة من حيث الإشارة إلى المواصفات، وتستخدم نظم الرادار ذات الفتحة الاصطناعية (سار) أجهزة الاستشعار عن بعد لقياس الضوضاء من حيث يمكن أن تكون الترددات المتحركة مباشرة.

تشمل مزايا FSK في الاستشعار عن بعد ما يلي: ]

  • الحصانة من الازدحام والتشويه
  • Ease of generation and detection (e.g., using delay-line discriminators or phase-locked cycles).
  • أداء جيد في نسب الإشارة إلى الأرقام المنخفضة مقارنة ببعض المخططات البديلة.

غير أن مؤسسة FSK ليست محصنة من الاضطرابات التي تحدث في فترات الترددات، فالضوضاء البيئية التي تُحدث ترددات تصاعدية أو تُخبط طيف الإشارة يمكن أن تُحسِّن بشدة من عمليات خفض الترددات، مما يؤدي إلى أخطاء طفيفة وإلى فساد البيانات.

مصادر الضوضاء البيئية

ويشمل الضوضاء البيئية في الاستشعار عن بعد طائفة واسعة من الاضطرابات التي يمكن تصنيفها حسب المصدر، ويفرض كل مصدر خصائص مختلفة من الطيف والزماني على الإشارة الواردة.

الظروف الجوية

كما أن التهاب الأمطار والثلوج والضباب والاضطرابات الجوية يسبب تصعيد الإشارات - خاصة عند ارتفاع ترددات الموجات الدقيقة - عن طريق الامتصاص والتشتت، مثلاً، يمكن أن تستوعب قطرات الأمطار الطاقة في النطاق الترددي كو (12-18 غيرتز) وكميات التردد (27 إلى 40 جيهرتز) مما يقلل من القدرة الفعلية على الاستيعاب ويزيد من احتمال حدوث أخطاء رمزية.

Electromagnetic Interference (EMI)

ويمكن أن تولد مصادر الطاقة الكهربائية الطبيعية، مثل تصريفات البرق، نبضات ضوضاء واسعة النطاق يمكن أن تحجب جهاز استقبال الترددات الفلورية عن فترات قصيرة، كما أن الطوافات الشمسية والمصادر الكونية تسهم أيضا في ضوضاء المعلومات الأساسية اللاسلكية، ولا سيما في الترددات المنخفضة، كما أن تكنولوجيا المعلومات والاتصالات ذات الاصدار البشري تثير أيضا إشكالية: أجهزة البث، وشبكات الاتصالات المتنقلة، والانبعاثات الرادارية من النظم القريبة، والمعدات الكهربائية الصناعية التي يمكن أن تخترق خطوط الترددات.

انعكاسات السطح وتعدد التعاطف

وكثيرا ما تعكس إشارات الاستشعار عن بعد التضاريس والمباني وأسطح المياه والنباتات، وتأتي هذه الانعكاسات إلى جهاز الاستقبال مع تأخيرات مختلفة وتحولات في المرحلة، مما يخلق إشارة مركبة تختلف عن الإشارة المباشرة إلى خط البصر، وبالنسبة للخلية المتعددة الاضطرابات، يمكن أن تسبب بعض العناصر الاصطناعية التي تلغى في الوقت الذي تعزز فيه العناصر الأخرى إلى اختلالات سريعة في نوعية الترددات.

النواحي الحرارية

وينشأ الضوضاء الحرارية )جوهنسون - ضوضاء جديدة( من الحركة العشوائية لحاملي الشحنات في المكونات الالكترونية للمستقبل، وهي ذات نطاق واسع ومضاف، بمعنى أنها موجودة دائما ولا يمكن إزالتها، إلا عن طريق التصميم المناسب )مثلا، أجهزة الاستنشاق المنخفضة الدقة(، وفي نظم الاستشعار عن بعد التي تبث فيها الضوضاء الطويلة المدى، كثيرا ما تضع الضوضاء الحرارية الحد الأقصى لخطبة كينيشي.

Effects of Environmental Noise on FSK Signal Quality

ويمكن تقدير أثر الضوضاء البيئية على المعارف التقليدية والصغيرة الحجم كمياً من خلال عدة قياسات رئيسية للأداء، فهم هذه الآثار أمر حاسم للتنبؤ بسلوك النظام وتصميم التدابير المضادة.

معدل الخصم

The most direct consequence of noise is an increase in the bit error rate. For binary FSK in additive white Gaussian noise (AWGN), the theoretical BER is 1.52 erfc(Eb/(2N0))))), where [FL frequency-T:2]Eb/N0

انخفاض نسبة الإشارة إلى الأرقام

وتزيد مصادر الضوضاء البيئية من قوة الضوضاء الإجمالية في النطاق الترددي المتلقاة، مما يقلل مباشرة من قدرة جهاز الاتصال الوطني. وبالنسبة لمؤسسة FSK، فإن هامش القرار بين الترددين متناسب مع اتساع الإشارة الواردة، فمع انخفاض عدد الترددات، قد تؤدي قدرة جهاز الاستقبال على التمييز بين الترددين (أو أكثر) إلى غلق نظامين مسببين للضجيج المزيف.

فقدان التسلسل والتأريخ

ويعتمد العديد من أجهزة استقبال الترددات على دوائر استعادة التوقيت التي تستخرج معلومات التوقيت من التحولات في الإشارات، ويمكن أن يؤدي ذلك إلى فقدان جهاز الاستقبال، مما يؤدي إلى سوء فهم الحدود الرمزية، وعندما يفقد التزامن، يمكن التخلص من جميع أطر البيانات أو إساءة تفسيرها، وهذا التأثير واضح بشكل خاص في نظم الفرز السريع التي تستخدم في بعض تطبيقات الرادار والاتصال.

انخفاض موثوقية البيانات وتفسيرها

فبعد الأخطاء التي تحدث في القاع، يمكن أن تؤدي الضوضاء البيئية إلى التلفيق النوعي لبيانات الاستشعار عن بعد، مثلا، في الرادار الذي يحمل مكانا فضائيا ويقاس ارتفاع سطح البحر، يمكن أن يؤدي انفجار أخطاء طفيفة في صدد التوابل إلى كشف خاطئ عن عقيدة الموجات أو الطفرة، مما يؤدي إلى أخطاء في تقديرات مستوى الغطاء الأرضي في السواتل، وفي قياسات الصوتية، يمكن أن تسبب حالات تنبيه كاذبة أو تغيب عن الثقة.

استراتيجيات التخفيف

ويتطلب التصدي للضوضاء البيئية في الاستشعار عن بعد الذي يقوم على أساس نظام المعلومات المالية اتباع نهج متعدد المستويات يشمل تصميم المعدات، وخوارزميات تجهيز الإشارات، وأساليب التشغيل.

تقنيات التصوير المتقدمة

ويمكن أن يرفض تصفية صواريخ الزور في الطرف الأمامي للمستقبل ضوضاء وتدخلات خارجية، ولإطلاق ضوضاء مُندفعة أو مرشحات متوسطة أو مرشحات متطابقة ، ولها أجهزة لاسلكية مُشوّهة في شكل نبضات الترددات، أن تحسن أجهزة التصفيق الرقمية النافذة التي تتبع طيف الضوضاء (مثل، وجهاز الإنذار)

Error Correction Coding (ECC)

وتصحيح الأخطاء الرجعية مثل رموز عمليات السحب غير المميتة، مثل Reed-Solomon، ]، أو ]، أو ] رموز التلقي إضافة أخطاء مكررة تسمح للمتلقي بالكشف عن بعض الأخطاء البيئية

التحوُّل الإيجابي ومراقبة السلطة

وفي بعض نظم الاستشعار عن بعد يمكن أن تكيف بشكل دينامي معالمها في مجال تعديلها استجابة لظروف الضوضاء المقيسة، مثلا، أن التحول من نظام ثنائي لأجهزة الاتصال اللاسلكية إلى نظام أعلى درجة )٤-FSK، ٨-FSK( يمكن أن يزيد من كفاءة الأطياف، ولكن قد يكون أقل قوة في الضوضاء؛ وعلى العكس من ذلك، فإن تقليل عدد الترددات واستخدام الترددات الضيقة يمكن أن يؤدي إلى تحسين الحصانة المستمرة من الترددات.

التنوع المكاني والاستقطاب

وباستخدام هوائيات متعددة في جهاز الاستقبال أو جهاز الإرسال (تشكيلات البعثة) يمكن أن يخفف من مصادر الضجيج المتعددة الاضطرابات والضوضاء الموجهة، ومن خلال الجمع بين الإشارات من الهوائيات المنفصلة مكانيا، يمكن أن تُحدَّد آثار التلاشي العميق، وأن تحسِّن التنوع الكلي للسواتل، حيث تُنقل الإشارات في استقطابات التقلبات العنيفة، لأن مصادر ضوضاء (مثلة من الطرق أو من خلال الاستشعار عن بعد).

الدرع، التجويف، والتأقلم الأمثل

ويمكن أن تؤدي خيارات تصميم البرمجيات المزودة بالبراعات إلى الحد من التدخل الكهرومغناطيسي، فالدفاع السليم لدوائر الاستقبال الحساسة، والضغط الدقيق على الأرض لتجنب الحلقات الأرضية، وتفادي خطوط الإمداد بالطاقة يمنعان شركة EMI من إفساد الإشارة، وفي نشر أجهزة الاستشعار، وتوجيه الهوائي إلى الحد الأدنى من استقبال مصادر التدخل المعروفة (مثلا، الإبعاد عن الأزهار اللاسلكية القريبة) وتجنب حدوث حركات تفكك ذات تأثيرات على الأرض.

تجهيز الإشارات الإحصائية والتعلم في مجال الآلات

وتؤثر التقنيات الناشئة على نماذج التعلم الآلات - مثل ] الشبكات الخلقية ] و أجهزة الناقل - لتصنيف رموز FSK في وجود ضوضاء معقدة وغير موسية، ويمكن للناقلات ذات القاعدة التعليمية العميقة أن تتعلم خصائص مرحلة الضوضاء من البيانات التدريبية ونهج التصورات الافتراضية الافتراضية.

الاعتبارات العملية في النظم العالمية الحقيقية

وكثيرا ما تجمع نظم الاستشعار عن بعد العاملة بين عدة استراتيجيات من هذا القبيل، فعلى سبيل المثال، فإن أجهزة التتبع التابعة لوكالة الرصد والتحقق المستمرين (Stil-Ral-T) التي لا تستخدم وصلة منخفضة من أجهزة القياس عن بعد (FSK) محمية بواسطة آليات الترميز الملتوية والتكرار التلقائي لضمان وجود وصلة موثوقة بين البيانات العلمية.

مثال آخر: كثيرا ما تستخدم نماذج FSK الصوتية تحت الماء للاستشعار الأوقيانوغرافية طيف الانتشار المزود بالترددات، مقترنا برمز قوي من قانون الجماعة الاقتصادية الأوروبية مثل Reed-Solomon] لمكافحة الضوضاء الشديدة المتعددة التعاطف والمتربة من الحياة البحرية والشحن البحري، والمبادلات في معدل البيانات مقبولة نظرا لضرورة الرصد الطويل الأجل الموثوق به.

(ب) الموارد الخارجية للقراءة: NASA’s State of the Art for Small Spacecraft Communications]) تقدم لمحة عامة عن خيارات الصيغ والتخفيف من الضوضاء.() وتوضح ورقة عن الصيغ التكييفية في الاستشعار عن بعد ضوضاء عميقة تقنية.()

الاتجاهات المستقبلية

وبالإضافة إلى ذلك، فإن الاستشعار عن بعد يدفع إلى ارتفاع معدلات البيانات وإلى مزيد من الملاحظات، فإن الطلبات على الكاكاو والصيغ البديلة ستزداد حدة، ويمكن أن تدمج النظم المستقبلية هياكل إذاعية معروفة ، وأن تتجنب الضجيج المتناسق، مع ، أجهزة دردشة غير متعلمة، مع أن هذه الشبكات لا تزال مصممة على نحو هامشي.

خاتمة

إن الضوضاء البيئية هي رفقة لا يمكن التغلب عليها للاستشعار عن بعد، وآثاره على نوعية الإشارة في منطقة المحيط الهادئ عميقة، ومن التكتل الجوي والتدخل المتعدد التعاطف في التداخل الكهرومغناطيسي والضوضاء الحراري، فإن كل مصدر يحلل نسبة الإشارة إلى الضوضاء، ويحدث أخطاء طفيفة، ويمكن أن يعطل التطابق، وتؤثر النتائج على التكييف الكامل للنظم الجغرافية.