وتسير المركبات المستقلة ذاتيا في عالم دينامي وغير قابل للتنبؤ، وذلك حسب مجموعة من أجهزة الاستشعار المتقدمة التي تتصور محيطها بخصائص عالية، ونادرا ما تميز البيانات الأولية التي تلتقطها هذه أجهزة الاستشعار عن طريق الضوضاء والتدخلات والعلامات اليدوية، وتستخدم أجهزة الاستنشاق الصنع كطبقة إلكترونية حرجة تكيف هذه الإشارات، بما يضمن أن المعلومات التي تصل إلى نظم صنع القرار في المركبة تتسم بالنظافة.

أساسيات الأفلام النشطة

ويُعدّ جهاز استخلاص نشط دائرة إلكترونية تُمرّر أو تحجب إشارات انتقائية تستند إلى التردد، بينما تستخدم مصادر طاقة خارجية وتضخم عناصر مثل أجهزة التصفيق (العمليات) لتشكل الاستجابة للترددات، وخلافا للمرشحات السلبية التي تعتمد فقط على المقاومين، والمكثفات، والموصلات، يمكن للمرشحات العاملة أن توفر مكاسب، وتظهر ارتفاعا في المدخلات دون سمات حادة.

وتتمثل الميزة الأساسية للمرشحات النشطة في قدرتها على إيجاد ردود دقيقة على الترددات يصعب أو يتعذر تحقيقها بمكونات سلبية وحدها، فعلى سبيل المثال، يمكن تصميم مرشح نشط منخفض التجويف مع وقف حاد لإزالة الضوضاء العالية التردد مع الحفاظ على الإشارة الأساسية، وهي مهمة تتطلب من الموصلات الكبيرة في تصميمات سريعة.

وفي سياق أجهزة الاستشعار المستقلة للمركبات، كثيرا ما تنفذ أجهزة الاستنشاق بالأجهزة الرشائية المتكاملة أو أجهزة التصفيق المميزة، وهي ضرورية لتكييف الإشارات النابية من أجهزة التصوير في ليدار، والنواتج المزخرفة في الرادار، وأجهزة التصفيق في الكاميرات، ضمن تطبيقات أخرى.

دور أجهزة الاستشعار ذاتية الاصطناعية

وتنتج كل نوع من أجهزة الاستشعار المستخدمة في المركبات المستقلة إشارات تتطلب تصفية مصممة خصيصا، وتفصل الأقسام الفرعية التالية كيفية تطبيق مرشحات نشطة عبر طرائق الاستشعار الرئيسية.

LiDAR (Light Detection and Ranging)

(ب) بالإضافة إلى ذلك، فإن أجهزة الاستشعار العاملة في نظام ليدار (LDAR) تُنتج إشارات كهربائية ضعيفة ومُعرضة للضوضاء الضوئي، ومُتقاطعة من أجهزة الليزر المتاخمة، وأجهزة قياس حرارية إلكترونية، ومُرشِحات ذات ترددات مُحدثة، وكثيراً ما تكون مُتَوَفَقَّلة في شكل [FpassT:0]]

رادار (الكشف عن الراديو والارتقاء)

وتُستخدم نظم الرادار الآلية في مجموعات الترددات مثل 24 جيهرتز و77 غيهرتز و79 غيغاهرتز، باستخدام جهاز الترددات الترددية المتحركة والمستمرة، أو أجهزة الموجات الملوَّثة، وتُحول الإشارات المتلقاة إلى ترددات متوسطة حيث تؤدي أجهزة التصفيف الرادارية العاملة دوراً رئيسياً.

الكاميرات

ويمكن لمستشعرات الكاميرا في المركبات المستقلة أن تلتقط الضوء المرئي والمنخفض تحت الحمراء لتوفير فهم ساكن للبيئة، كما أن ناتج الشعار من كل جهاز من أجهزة الإرسال المزودة بأجهزة قراءة تتضمن مرشحات نشطة لخفض الضوضاء، كما أن العينات المزدوجة ذات الصلة تعتمد على أجهزة التصفية النشطة لإزالة الضوضاء و[الأجهزة المستخدمة في تحديد المواقع] [الأجهزة]]](و)

أجهزة الاستشعار فوق الصوتية

وفي حين أن أجهزة الاستشعار الصوتية غير بارزة من طراز LiDAR أو رادارها، فإنها تستخدم لكشف العقبات القريبة المدى أثناء مواقف السيارات والمناورات ذات السرعة المنخفضة، وهذه أجهزة الاستشعار تنبعث موجات صوتية في نطاق 40 إلى 60 كيلوهرتز وتستمع إلى الصدى، فالأجهزة الضمية النشطة التي تركز على الترددات المتحولة ضرورية لرفض الضجيج الصوتي من المحركات والأطارات والرياح الضيقة.

أنواع الأفلام النشطة واستخدامها في أجهزة الاستشعار ذاتية المركبات

وتخدم أنواع مختلفة من مرشحات الوظائف المحددة في سلسلة إشارات أجهزة الاستشعار، فيما يلي مناقشة موسعة لأكثر الفئات شيوعا.

مصورون من طراز L-Pass

وتسمح مرشحات السيارات المنخفضة بالترددات دون توقف للتمرير بينما تخفف الترددات العالية، وتستخدم في تطبيقات الاستشعار، في إشارات الدخان ، وتخفض الضوضاء الواسعة النطاق، وتمنع الإسم في التحول من الترددات إلى الترددات الرقمية، مثلاً بعد أن يكشف جهاز لاستشعار الترددات عن وجود ترددات منخفضة.

صائدو صواريخ عالية الصدر

وتتجاوز مرشحات السيارات العالية الترددات فوق التحلل وترفض الترددات الدنيا، وهي فعالة في إزالة الانجرافات الجامدة، وتعويضات البلدان النامية، والضوضاء البيئي المتدني التردد مثل التحيز الناجم عن درجة الحرارة، وفي نظم الرادار، تزيل أجهزة التصفيق العالية الترميز من الأجسام الثابتة، مما يسمح للنظام بالتركيز على الأهداف المتحركة، كما تزيل أجهزة التقلب ذات الترددات الثابتة ببطء، وأجهزة التفافية العالية.

صانعو الضمادات

وتجمع مرشحات جوازات السفر بين خصائص منخفضة التجويف وشديدة التجويف لعزل نطاق تردد محدد، وهي تستخدم على نطاق واسع في ليدار لاختيار تردد الليزر المتحرك وبث الضوء المحيطي الذي يمتد إلى طيف واسع، وفي الرادار، تستخدم مرشحات طرق المرور بعد المزيج لاختيار التردد المتوسط الذي يقابل نطاق الهدف وسرعة التردد.

مصورون

كما أن مرشحات النوافذ، التي تسمى أيضا مرشحات لقطع النطاق، تخفف من نطاق الترددات الضيقة بينما تمر بها جميع المواصفات الأخرى، وتستخدم للقضاء على ترددات التدخل المحددة، مثل خط الكهرباء (50/60 Hz) أو التدخل في الترددات اللاسلكية من إشارات الخلايا، وفي نظم الاستشعار، يمكن للمرشحين غير الحاكفين أن يزيلوا التناسق من تبديل إمدادات الطاقة الكهربائية أو الكهربية العالية من التداخل.

جميع الأفلام

وعلى الرغم من أن المرشّحات التي تستخدم جميع المسافات تستخدم لتصحيح التشوهات التي أدخلتها المراحل الأخرى من التصفير، وفي تجهيز إشارات الرادار السريعة، فإن الحفاظ على مرحلة خطية أمر حاسم للحفاظ على سلامة النبضات والتدبير الدقيق، ويمكن أن تُطوّر أجهزة التعبئة الشاملة لتكافؤ الاستجابة على الصعيد دون التأثير على السعة.

الاعتبارات والتحديات المتعلقة بالتصميم

وتشمل وضع مرشحات نشطة لمستشعرات المركبات المستقلة تحقيق التوازن بين المبادلات المتعددة، وتوضح الأقسام الفرعية التالية التحديات الرئيسية في مجال التصميم.

الاستقرار والقابلية للثقة

وتعاني البيئات الآلية من تقلبات في درجات الحرارة من - 40 درجة مئوية في بداية باردة إلى أكثر من 125 درجة مئوية في ظل مقصورة المحرك، وقد تتضمن عناصر الرش العاملة - خاصة العمليات والمقاومين - تغيير خصائصها بدرجة الحرارة - وتتسبب معامل درجات الحرارة الممتدة في حدوث انخفاض في الحرارة إلى الانجراف، بينما تتفاوت مستويات الحرارة عند درجة الحرارة المنخفضة ودرجة التردد عند الولادة.

كفاءة الطاقة وتفكك الحرارة

وتستهلك أجهزة الاستنشاق العاملة الطاقة، وفي المركبات ذاتية تعمل بالبطارية، كل مسألة من مسائل المليوات، ويمكن أن تضيف قنوات الاستشعار المتعددة، التي لها مراحل متعددة من الرش، إلى جذب كبير للطاقة، كما أن المصابيح المنخفضة القدرة المصممة لتكييف أجهزة الاستشعار متاحة، ولكن كثيرا ما تكون لها ضوضاء أقل من النطاق الترددي أو أعلى، ويجب على المصممين أن يتقنوا نظام التصفية والقيم المكو ِّنة اللازمة للوفاء بأهداف الأداء.

التكامل مع عملية التجهيز الرقمي للعلامات

وتعتمد نظم المركبات المستقلة الحديثة بشكل متزايد تجهيزاً للإشارة الرقمية للمرونة، غير أن مرشحات التناظر النشطة لا تزال ضرورية قبل أن يُدخل المحول المناظري إلى الرقمي في المقاييس، ويُحدث فيها الآن تقلص الضوضاء، وتتطلب التفاعل بين مرشحات الناشطين وسلاسل التجهيز الرقمي تصميماً دقيقاً لمرشحات مضادة للارتحال، وأجهزة الاستنشاق بالأرقام الرقمية.

القابلية للاعتماد في الوقت الحقيقي

وتواجه المركبات المستقلة ظروفاً سريعة التغير: إذ إن دخول نفق يقلل من الضوء المحيط، ويزيد من ارتفاع الرادار، ويتفاوت التدخل الكهرومغناطيسي مع الموقع، وقد تقلل مرشحات المقاييس الثابتة من أداء بعض السيناريوهات، ويمكن أن تؤدي أجهزة التصفيف النشطة، باستخدام المكونات التي تسيطر عليها الطائرة أو تقنيات المحركات المتحولة، إلى تعديل الترددات الهندسية المقطعة التي تُستخدم فيها وإلى التكيف في الوقت الحقيقي.

تكنولوجيا التصوير النشطة المتقدمة

والدفعة إلى مستويات أعلى من الاستقلال الذاتي والسلامة (المستوى 4 و 5 من النظام الأساسي للإحصاء) تدفع الابتكار في تصميمات التصفية النشطة، وهناك العديد من التكنولوجيات الناشئة التي تستعد لتعزيز قدرة أجهزة الاستشعار.

محررون من طراز Capacitor

وتعطي مرشحات المحركات ذات القدرة البديلة الدقة والبرمجة الممتازة بالاستعاضة عن المقاومين بالمكثفات والمفاتيح، وتُحدَّد المقاومة المكافئة بقيمة التبديل والضغط، مما يتيح التحكم الرقمي في خصائص المرشات، ويمكن إدماج مرشحات SC في الرش مع عمليات أجهزة الترميز، مع خفض حجمها وتكلفتها، وهي مناسبة بصفة خاصة للمرشحات العالية التي تستخدم الترددات.

عدد الأفلام الرقمية

ومن غير التقني، توجد مرشحات رقمية نشطة حقيقية في مجال التناظر، ولكن المصطلح يشير في كثير من الأحيان إلى مرشحات قياسية ذات رقابة رقمية، كما أن استخدام مقاييس السحب الرقمية أو تيارات التحيز التي تسيطر عليها لجنة المساعدة الإنمائية، والمقاييس مثل الترددات المتقطعة، والمفاعلات العالية الجودة، والمكاسب يمكن أن يُقَيَّد برنامجياً، مما يتيح تصميماً واحداً للمعدات المتعددة التي تستخدم في صنع العيارات الرقمية التي تعوض المتطلبات المختلفة.

MMS-Based Active Filters

ويجري استكشاف تكنولوجيا النظم الميكانيكية الدقيقة للمرشحات العاملة الصغيرة، ويمكن لمفاتن نظام الرصد المتعدد المؤشرات أن تحقق مستويات عالية جدا من المحركات (الآلاف) في ترددات الموجات الدقيقة، مما يجعلها مثالية للمرشحات الضيقة في صفائف الرادار الأمامية، وعندما تقترن بتعليقات نشطة، يمكن للمرشحات التي تستخدم نظام الرصد المتعدد الأطراف أن توفر أداءً سلبياً كبيراً يتجاوز حجمها المقاييس.

التوجيهات والبحوث المستقبلية

وسيشكل تطور مرشحات المركبات المستقلة ذاتياً من خلال الحاجة إلى إيجاد حل أعلى، وطول المدى، وزيادة الموثوقية، وهناك عدة اتجاهات بحثية جديرة بالملاحظة.

AI-Optimized Filter Tuning

يمكن لشبكة تعلم الآلات أن تحلل بيانات أجهزة الاستشعار في الوقت الحقيقي لتعظيم البارامترات، مثلاً، شبكة عصبية يمكنها اكتشاف وجود تدخل في الترددات اللاسلكية وتعديل الترددات المركزية لمرشات الرش لمنعها، وهذا النهج يزيل عملية صنع القرار من المهندسين البشريين ويكيف مع السيناريوهات التي لا يتوقعها أثناء التصميم.

شركة هارد واير - برمجيات

وكثيرا ما تكون مرشحات نشطة مصممة بمعزل عن خط الأنابيب الرقمية، وتعالج منهجية التصميم المشترك مرشحة التناظر، وشركة ADC، وتجهيز الإشارات الرقمية كنظام موحد، مما يتيح تحقيق أقصى قدر من المبادلات عبر المجالات، مما قد يقلل من إجمالي الطاقة أو يحسن دقة الكشف، فعلى سبيل المثال، قد يكون تخفيف الرفض المكثف للأجهزة المصممة للأجهزة التناظرية مقبولا إذا أمكن للجهاز الرقمي للأجهزة الرقمية المزودة بالأجهزة الأكثر بروا.

في تصوير جهاز الاستشعار

ويمكن أن تدمج نماذج الاستشعار الذاتي للمركبات في المستقبل طرائق متعددة (LiDAR، رادار، آلة تصوير) على رقاقة واحدة، وسيتعين على أجهزة الاستطلاع أن تتعامل مع مجموعات مختلفة من الترددات ومستويات الإشارات من كل جهاز من أجهزة الاستشعار مع تجنب التعقب، ويمكن أن تؤدي هياكل الرش المتقاسمة التي يمكن إعادة تشكيلها لمستشعرات مختلفة إلى الحد من منطقة الغذاء والتكاليف، ويقوم الباحثون بالتحقيق في تعددية الزمنية للمصارف المرشاقة لخدمة قنوات متعددة.

خاتمة

فالأجهزة التي تعمل على فرز المركبات هي بطل غير مكتمل في تطوير أجهزة الاستشعار المستقلة القوية للمركبات، وهي تضمن أن تكون الإشارات التي تصل إلى خوارزميات التصورات نظيفة وموثوقة بقدر الإمكان، مما يتيح التشغيل الآمن في بيئات متنوعة وصعبة، ومن أن تكون أجهزة التكييف ذاتية عالية القدرة على التكيف مع أجهزة التقاطرات الرادار، فإن تكنولوجيا الرش العاملة تتطور إلى جانب أجهزة الاستشعار.

External Links:]