دور الأقراص في نظم الاستشعار الذاتي للمركبات

دور البلدان الجزرية الصغيرة النامية في نظم الاستشعار الذاتي للمركبات

وتعتمد المركبات المستقلة على شبكة معقدة من أجهزة الاستشعار لفهم محيطها، وتبحر بأمان، وتتخذ قرارات قيادة في الوقت الحقيقي، وتؤثر نظم السحب الآلي، والرادار، والكاميرات، والمجسات فوق الصوتية، والصور الحرارية على إشارات متماثلة يجب تحويلها إلى بيانات رقمية قبل أن تتمكن أجهزة الحاسوب من معالجتها، ويؤثر هذا التحويل على أجهزة الاتصال ذات المستويات الحسنة (DDCs)

Understanding ADCs in Autonomous Vehicles

ويحول مترجم من طراز " آنولوجيا إلى " ، إشارات متماثلة مستمرة - مثل مستويات الفولط من أجهزة التصوير الضوئي، أو إشارات الترددات اللاسلكية من أجهزة استقبال رادار، أو قيم البكسل من أجهزة الاستشعار الضوئية - إلى أرقام رقمية مفصولة يمكن تجهيزها بواسطة أجهزة التحكم الدقيقة، أو أجهزة البرمجيات المزودة بالأجهزة الضوئية، أو أجهزة الكشف عن الأجسام ذاتية، في المركبات المستقلة، يجب الحفاظ على البيانات المستشعرية الفرعية ذات الأرقام الرقمية.

عملية التحويل تنطوي على خطوتين رئيسيتين: أخذ العينات وتحديد الكمية، أخذ العينات يقيس حجم الإشارة على فترات منتظمة، تحديد كمي يعطي قيمة رقمية منفصلة لكل عينة،

في تركيبات أجهزة الاستشعار الذاتي للمركبات تعمل أجهزة متعددة للتصنيفات بالتوازي، كل منها يخدم نوع محدد من أجهزة الاستشعار، ويعرف أداؤهم مجتمعين التمثيل الرقمي للعالم الذي يبنيه التصورات، ويجب على المصممين أن يختاروا بعناية معايير تحديد المواقع لتجارب الخصائص المادية للمجس واحتياجات درجة السيارات، بما في ذلك درجة الحرارة، ومقاومة الاهتزاز، والموثوقية الطويلة الأجل.

المهام الرئيسية للبلدان الجزرية الصغيرة النامية في نظم الاستشعار

وتؤدي البلدان الجزرية الصغيرة النامية عدة مهام حاسمة تؤثر مباشرة على نوعية البيانات الرقمية التي تُدرَج في خوارزميات القيادة المستقلة وفي توقيتها المناسب، ويساعد فهم هذه المهام المهندسين على تحقيق الحد الأمثل من سلسلة أجهزة الاستشعار من مرحلة إعداد الشعارات إلى مرحلة البرمجيات التصورية.

التحويل البياني

والمهمة الرئيسية لجهاز تحديد البيانات هو تحويل الناتج الناظري لمجس مثل جهاز استقبال للجهاز الآلي للصوت أو الفولط من خليط راداري إلى كلمة رقمية ثنائية، ويجب أن يحافظ هذا التحويل على سلامة الإشارة، مما يعني أن الناتج الرقمي ينبغي أن يكون تمثيلاً مخلصاً للمدخلات اللامعية في إطار القرار المحدد وخطابات الكشف الدينامية.

القرار وبيت ديبث

ويحد القرار، الذي يُعبر عنه بقطع، من أصغر تغيير في مدخلات الشعار التي يمكن أن يكتشفها مجلس التعاون التقني، ويسمح القرار الأعلى ببلوغ درجة أعلى من الارتداد في التمثيل الرقمي، وهو أمر حاسم بالنسبة للمستشعرات التي تحتاج إلى استخلاص إشارات مائلة، وعلى سبيل المثال، فإن وجود نظام متعدد الأطراف من نوع ADC يتيح زيادة مستويات الاختراق في الحيز المحافظ على طوله.

معدل أخذ العينات

ويقضي معدل أخذ العينات، الذي يقاس في العينات في الثانية، بمدى رقمنة الرابطة في الإشارة المشابهة، ووفقاً لنظرية " نييكيست شانون " ، فإن معدل أخذ العينات يجب أن يكون ضعف أعلى عنصر تردد في الإشارة لتجنب التجسس.

Dynamic Range

والمدى الديناميكي هو النسبة بين أكبر وصغر الإشارة التي يمكن أن يتحولها مركز التعاون التقني بدقة، والتي تُعبَّر عنها عادة في نقاط الدي سيبل (دب) وفي القيادة المستقلة، يجب على أجهزة الاستشعار أن تتعامل مع مجموعة واسعة من خطوط العرض: قد ترى الرابطة عائدات مشرقة من أجهزة التلقيم الرجعية وترددات النسيج من الملابس المظلمة؛ ويجب أن تفرقع الشاحنات من أضيق الظل على بعد مسافات المختلفة.

درجة الحرارة

ويكتسي انخفاض درجة الحرارة أهمية حاسمة في المركبات المستقلة التي يجب أن تتخذ فيها القرارات في غضون ثواني، ويسهم وقت التحويل في فترة الانتقال إلى مرحلة التأجيل الشاملة للمراجع إلى المرحل، كما أن أجهزة تحديد النطاقات ذات القدرة المنخفضة جداً عن طريق تحويل عينات جديدة باستمرار، بينما يكون سجل الاعتماد المتعاقب على المطابقة مع المتغيرات، أكثر كفاءة، بل هو أكثر كفاءة في استخدام أجهزة الصمامات المتزامنة.

أنواع أجهزة تحديد الانبعاثات المستخدمة في أجهزة الاستشعار ذاتية المركبات

وتفرض طرائق مختلفة للاستشعار متطلبات متميزة على هيكل شركة التعمير والتنمية، ولا يوجد نوع واحد من هذه الأجهزة هو الأمثل لجميع التطبيقات؛ وبدلا من ذلك، يختار المصممون من عدة أراض ثابتة قائمة على السرعة، والحل، والطاقة، والقيود المفروضة على التكاليف.

سجل الاعتماد المتعاقب

وتعمل البلدان النامية الجزرية الصغيرة من خلال إجراء بحث ثنائي من خلال سلسلة من المقارنات للربط بالناتج الرقمي، وهي توفر توازناً جيداً بين القرار (من ثم 8 إلى 16 قطعة) ومعدلات أخذ العينات حتى عدد من الدول الجزرية الصغيرة النامية. وتستخدم البلدان النامية ذات القدرة الذاتية المنخفضة الدخل على نطاق واسع في أجهزة استقبال نظام ليدار وبعض التفاعلات بين أجهزة التصوير بسبب سرعة استخدامها وانخفاض استهلاك الطاقة وسهولة التكامل مع الهيكل الرقمي.

Delta-Sigma (ria) ADCs

وتستخدم البلدان الجزرية الصغيرة النامية المحتوية على مادة الدلتا في شكل مبالغ في العينات والضوضاء في سبيل التوصل إلى حل مرتفع جداً، وغالباً ما تكون 16-24 قطعة أو أكثر، وهي مثالية للتطبيقات التي تتطلب نطاقاً دينامياً ممتازاً ودقيقاً منخفضاً، مثل تجهيز إشارات الترددات العالية في إطار الترددات المتحركة، أو قياس المسافة فوق الصوتية، والمقايضة هي أن أجهزة التخفيض تعمل عادة في أسعار أقل من حيث العينات الرقمية.

Pipeline ADCs

ويكسر البيوتادايين السحاقيين التحويل إلى مراحل متعددة، ويحل كل منها بضعة أجزاء، ويمكّن من ارتفاع معدلات أخذ العينات - من عشرات الدول الجزرية الصغيرة النامية إلى عدة نظم متوسطة الأجل ذات حل متوسط )٨-١٤( وهذا الهيكل هو الخيار الذي يُختار للمتلقين الرادارين الذين يحتاجون إلى رقمنة إشارات التردد المتوسط النطاق الواسع دون الاستناد إليه.

Flash ADCs (For Context)

أما البلدان الجزرية الصغيرة النامية التي تستخدم مصرفا من المتجانسات لتحويل الإشارة بأكملها في دورة ساعة واحدة، فتعرض سرعة عالية للغاية (مجموعة نظام الأفضليات المعمم) ولكنها تقتصر على قرارات متدنية (تشمل 4 إلى 8 أجزاء) نتيجة للنمو الهائل في عدد المركبات المقارنة، وفي حين أن استخدام أجهزة الاستشعار ذات الطابع المستقل للمركبات في إطار نظام الإبلاغ السريع يستخدم أحيانا في معدات اختبار ذات الترددات البصرية العالية السرعة.

شروط الأداء في مجال التطوير المحاسبي حسب نوع المجس

ويفرض كل جهاز استشعار في مركبة مستقلة مطالب فريدة على شركة الحفر التابعة لها، ويضمن الوفاء بهذه المتطلبات أن تمثل الإشارة الرقمية بدقة الظواهر المادية التي يصمم جهاز الاستشعار لقياسها.

LiDAR

ويقاس جهاز الاستشعار من طراز LiDAR المسافات ببدء نبضات الليزر وكشف انعكاساتها، ويجب على شركة ADC في جهاز استقبال للشركة أن تعالج نبضات سريعة وضيقة - وكثيرا ما تكون في معدلات أخذ العينات من مجموعة من أجهزة تحديد المواقع ذات النطاقات العالية أو أعلى بالنسبة لنظم التأشيرات ذات الترددات المنخفضة، ويستخدم القرار من 10 إلى 14 قليلاً قرارات أعلى درجة من التمييز بين عدة عناصر.

Radar

جهاز استقبال الرادار يعمل في نطاقات الترددات مثل 77 جيهرتز ويستخدم أسلوب البرمجيات المتحركة، ويحول الرادار الصدى إلى إشارة من الترددات الدولية، التي يجب أن تكون رقمية بسرعتها العالية (عادة 50-200 تي إس) وتسوية كافية (12-14 قطعة) لحل الأهداف الصغيرة في وجود جهاز رادار قوي،

آلة تصوير

ويمكن أيضاً أن تستخدم أجهزة الاستشعار التصويرية - الأشعة المقطعية أو أجهزة التفكيك المدمجة في أجهزة التحلل المحتوية على أجهزة التفريغ، أو أجهزة التصوير المتحركة، أو أجهزة التزود بالأجهزة ذات القدرة العالية، أو أجهزة التخصيب ذات الجودة العالية، أو أجهزة التخصيب ذات السعة الواحدة، مع 10-14 قطعة من القرار، ويجب أن يكون معدل التحويل مرتفعاً بما يكفي لدعم معدل الارتداد: قد يتطلب ذلك المقطع من خلال 60 جهازاًاً.

أجهزة الاستشعار فوق الصوتية

أما أجهزة الاستشعار الصوتية المستخدمة في مواقف السيارات والمناورات المنخفضة السرعة التي تُطلق في نطاق يتراوح بين 40 و60 كيلوهرتز، فالإشارة المعبر عنها بطيئة نسبياً، وبالتالي فإن معدلات أخذ العينات من 1 إلى 2 للدول الأطراف التي يتراوح عددها بين 10 و12 قطعة كافية، أما البلدان الجزرية الصغيرة النامية في دلتا فهي شائعة هنا بسبب قدرتها على رفض الضوضاء وتحقيق حل مرتفع بتكلفة منخفضة.

أهمية الأداء في مجال السلامة والاعتماد

ويؤثر أداء البلدان الجزرية الصغيرة النامية تأثيرا مباشرا على سلامة وموثوقية نظم القيادة المستقلة، إذ أن الرقمنة غير الدقيقة يمكن أن تسبب أخطاء في التصور تؤدي إلى تفويض العقبات أو الإيجابات الخاطئة أو التأخير في الإفطار، ولكي تحقق مركبة مستقلة معايير السلامة الوظيفية مثل المعيار ISO 26262، يجب أن يلبي كل عنصر في سلسلة الاستشعار متطلبات صارمة للتغطية التشخيصية وكشف الفشل.

كما أن البلدان المتقدمة النمو ذات الاستبانة العالية تخفض الحاجة إلى التجهيز المسبق للمرافق المعقدة، وتبسط تصميم أجهزة الاستشعار العامة وتخفض مساحة اللوحات، وهذا التكامل جزء من الاتجاه نحو إقامة منابر قيادة مستقلة أصغر وأكثر كفاءة، ونظراً لأن صناع المركبات يدفعون إلى الاستقلال الذاتي من المستوى الخامس، فإن الطلب على أجهزة تحديد المواقع التي يمكنها التعامل مع النطاقات الترددية المتزايدة باستمرار مع انخفاض الطاقة لن يكثف إلا.

التحديات والنظر في تنفيذ اتفاق التعاون التقني فيما بين البلدان النامية

ويطرح إدماج البلدان الجزرية الصغيرة النامية ذات الأداء العالي في نظم الاستشعار الذاتي للمركبات عدة تحديات هندسية يجب التصدي لها لتحقيق تصميمات لقراءة الإنتاج.

النزاهة والنزاهة

الضوضاء الكهربائية من جهاز التحكم بالسيارة، وجهاز إي إم من الأجهزة الإلكترونية المتاخمة، والضوضاء الحرارية في شركة ADC نفسها يمكن أن تضعف دقة التحويل، ويجب على المصممين أن يصمموا بعناية أقساماً قياسية ورقمية للتقليل إلى أدنى حد من التقلبات، واستخدام الإشارات المختلفة حيثما أمكن، وإدماج التصفية.

استهلاك السلطة

وتتمتع المركبات المستقلة ذاتيا بقدرة محدودة على البطاريات، ويساهم كل عنصر في الميزانية العامة للطاقة، وقد تتطلب البلدان النامية التي تستهلك قدرا كبيرا من الطاقة التبريد النشط وزيادة حجمها وتعقيدها، وتكون البلدان الجزرية الصغيرة النامية وشركة سيغما - دلتا ذات قدرة عامة، ولكن البلدان الجزرية الصغيرة النامية ذات السرعة العالية جدا بالنسبة للرادار يمكن أن تزيل عدة خاطمات، وتقنيات توسيع الطاقة، مثل الاستهلاك الدينامي والتواتر المعتمدين (DVFS).

الحجم والتكامل

أما وحدات الاستشعار في المركبات المستقلة فتتمثل في التدريب على الفضاء، لا سيما عندما تكون أجهزة الاستشعار المتعددة موجودة على السطح أو في المطب، ويجب التقليل من هذه الأجهزة إلى أدنى حد، وغالبا ما تدمج في وحدات التغليف النظامي إلى جانب أجهزة الاستشعار الأمامية والتجهيز الرقمي، كما أن أجهزة التغليف المتعددة القنوات التي يمكن أن تخدم عدة أجهزة استشعار تساعد في الوقت نفسه على تخفيض عدد المكونات.

الإدارة الحرارية

إن الحرارة التي تولدها أجهزة تحديد الانبعاثات وغيرها من الأجهزة الإلكترونية يمكن أن تُجفف خصائص المجس وتخفض الموثوقية، أما أجهزة تحديد المقاييس ذات معامل درجات الحرارة المنخفضة والتعويضات عند الشبوط فهي ضرورية بالنسبة للمستشعرات المعرضة لضوء الشمس المباشر (مثل الكاميرات بالقرب من الزجاج الأمامي)، فلا بد أن تحافظ شركة التعمير على الدقة حتى عندما ترتفع درجات الحرارة المحيطة.

Electromagnetic Interference (EMI)

ويمكن أن يشع التحول في الترددات العالية داخل البلدان الجزرية الصغيرة النامية الضوضاء التي تؤثر على الدوائر الحساسة القريبة، أما البلدان النامية ذات الاقتصادات الآلية فهي مصممة بمدخلات متمايزة، وفصل متكامل، وتوقيت منافذ منتشرة للامتثال لمعايير الانبعاثات في إطار اتفاقيتي كومنولث الدول المستقلة 25، وعلى العكس من ذلك، يجب أن تكون البلدان الجزرية الصغيرة النامية بمنأى عن التدخل الخارجي من النظم الإلكترونية الأخرى للمركبات.

الاتجاهات المستقبلية في البلدان المتقدمة النمو للمركبات المستقلة ذاتيا

ولا يزال تطور القيادة المستقلة يدفع الابتكار في تكنولوجيا التعاون التقني فيما بين البلدان النامية، وهناك اتجاهات عديدة ترسم الجيل القادم من الوصلات البينية للمستشعرات.

أعلى قرار وزنوج الديناميكية

ولتحسين كشف الأجسام في المدى الطويل وفي ضعف الرؤية، تتجه البلدان الجزرية الصغيرة النامية إلى 16 قراراً بل وحتى 18 قراراً ذات نطاقات دينامية تتجاوز 100 د.ب.() وهذا أمر مهم بصفة خاصة بالنسبة للجهازين الراداري والراداري المتقدمين الذين يحتاجون إلى تمييز إشارات صغيرة جداً من الضوضاء.() ويجري استكشاف الهياكل المتقطعة زمنياً والمهجنة (مثلاً، الجمع بين الرؤوس والسيكلات الفوقية) دون أن تقارنات.

التكامل مع جبهة الأنالوك

وبدلاً من أن تكون البلدان الجزرية الصغيرة النامية منفصلة، فإن أجهزة الاستشعار تعمل على دمج سلسلة الإشارات بأكملها - بما في ذلك أجهزة التصفيق والمرشحات وأجهزة تحديد التعريفات - داخل شريحة واحدة، مما يقلل الطفيليات، ويخفض الطاقة، ويبسط تصميم اللوحات، وتقدم الشركات مثل أدوات تكساس وأجهزة الأناجي حلولاً متكاملة للأجهزة الأمامية للأشعة السيكولوجية، وتحديداً للرادارات والليدار.

AI-Assisted Conversion

ويستكشف بعض البحوث استخدام الشبكات العصبية للتعويض عن أوجه القصور في الشركة أو لإجراء عينات ذكية تقلل حجم البيانات مع الحفاظ على السمات الهامة، ومع أن هذه النهج لا تزال تجريبية، فإنها يمكن أن تتيح حتى التوصل إلى حل أكثر فعالية أو استهلاك أقل من الطاقة بتكييف معايير التحويل إلى موقع الحادث.

وادي باندغاب سميكونور

وتتيح عمليات إبطال مفعول الجيليوم (GaN) وGiGe) زيادة تعطل المحركات وضجيج أقل مما يتيح لأجهزة تحديد السحب العاملة في ترددات أعلى مع تحسين التواؤم، ومن المتوقع أن تؤدي هذه المواد دورا في الجيل القادم من أجهزة تحديد الرادارات الآلية التي تستهدف راداراً من 4D مع أقراص من عدة جيهارتز.

المكوّنات المتعددة القنوات والمؤقتة

وللامتثال لمعدلات البيانات المستمدة من أجهزة الاستشعار ذات الاستبانة العالية، يجري تصميم هذه البلدان بعدد كبير من القنوات الموازية على رقاقة واحدة، وتجمع البلدان النامية ذات المدونات المتجهة زمنيا بين محولات أبطأ متعددة للوصول إلى معدلات النظام العالمي لتحديد المواقع مع الحفاظ على قدرة متوسطة، كما أن مقاييس التأقلم والمعايير حاسمة لتجنب التقلبات في القنوات، وتشمل البلدان الحديثة المتقدمة النمو التوقيت الرقمي بعد التجهيز لتصحيح المكسب الحقيقي، والوقت.

خاتمة

ومن المترجمين الشفويين إلى الجيولوجيين مكونات أساسية في نظم الاستشعار للمركبات المستقلة، ومن نظام ليدار والرادار إلى الكاميرات والمجسات فوق الصوتية، فإن البلدان النامية تُسد الفجوة بين العالم المادي والخوارزميات الرقمية التي تفسره، ومن ثم فإن الاختيار الدقيق لهيكل شركة التعمير والتنمية، ومعدل أخذ العينات، ودرجة الحرارة الدينامية، يحدد بشكل مباشر مدى دقة ما يستجد من تكنولوجيا المركبات من تقدم.

For further reading on ADC structures and automotive integration, refer to Analog Devices' ADC fundamentals , ]Texas Instruments' ADAS solutions, and the ]IEE paper on automotive Radio ADC requirements[5]