امروزه فناوری پرواز تجمعی در جهان در حال توسعه الگوریتم‌های هوشمند برای اجرای عملیات‌های پیچیده است. پرواز تجمعی UAVها می‌تواند در بردارنده هوش گروهی باشد که در آن قوانینی ساده رفتار هر یک از اعضا را تعریف می‌کند. هنگامی که هر یک از پرنده‌ها از این رفتارهای ساده پیروی کنند، رفتارهایی یکپارچه و پیچیده ایجاد خواهد شد. برای این منظور تمامی پرنده‌های گروه باید همگن باشند. آن‌ها باید مشخصات فیزیکی، برنامه یکسان و حتی حسگرهای مشابهی داشته باشند. در این میان تشابه حسگرها از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا قوانین حاکم بر رفتار گروه اغلب بر مبنای عوامل محیطی خارج از گروه است. در نسخه شماره 26 مجله اویونیک فناوری پرواز تجمعی پرنده‌های بدون سرنشین به طور کامل شرح داده شده است.

در حال حاضر با پیشرفت فناوری‌های تاکتیکی، نسل بعدی پرواز‌های تجمعی پرنده‌های بدون سرنشین با تحول عظیمی روبه‌رو خواهد شد. یکی از این فناوری‌ها که مورد توجه محققان قرار گرفته است، جهت‌دهی پرتو[1] آنتن‌ها (شکل‌دهی پرتو) است. شکل‌دهی پرتو در واقع یک روش انتقال سیگنال رادیویی است که مشخصات خروجی هر آنتن در طول ارسال داده کنترل می‌شود. در واقع هر آنتن با کمی تفاوت در مشخصات خروجی عمل ارسال داده را انجام می‌دهد. بنابراین جمع آثار امواج ارسال شده توسط مجموعه‌ای از آنتن‌ها، آرایه فازی را تشکیل می‌دهد. از این‌رو شکل‌دهی پرتو بر مبنای ترکیب عناصر در یک آرایه فازی کار می‌کند، به‌طوریکه سیگنال‌هایی که در یک جهت خاص با یکدیگر تداخل سازنده داشته تقویت می‌شوند و در غیر این صورت اگر تداخل مخرب داشته باشند، تضعیف می‌شوند. بنابراین هدف شکل‌دهی پرتو ارسال سیگنال‌هایی سریع‌تر و محدوده پوشش‌دهی بیشتر برای هر دستگاه است.

در همین راستا نیروی هوایی ایالت متحده آمریکا درخواست خود را از شرکت Intelligent Automation مبنی بر استفاده از قابلیت‌های فناوری شکل‌دهی پرتو در نسل بعدی پرواز تجمعی پرنده‌های بدون سرنشین ارائه کرده است. از این‌رو آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی یک قرارداد 4/1 میلیون دلاری را با شرکت Intelligent Automation برای استفاده از سیستم آنتن آرایه فازی توزیع شده توسط مجموعه‌ای از UAVهای کوچک، منعقد کرده است.

در این پروژه قرار است مهندسان شرکت Intelligent Automation قابلیت‌های شکل‌دهی پرتو توزیع شده را با حداقل هزینه و به وسیله گروهی از آنتن‌های همه جهته طراحی کنند تا از این طریق رفتار تجمعی و همکاری بین پرنده‌های بدون سرنشین فراهم شود. به همین منظور از سیستم‌های رادیویی همه جهته برای همکاری و ایجاد یک آرایه شبه فازی با المان‌های توزیع‌شده استفاده می‌شود تا در آن آنتن‌های همه جهته بتوانند سیگنال‌های خود را در برد طولانی‌تری هدایت کنند. به عبارت دیگر هر UAV دارای یک آنتن همه جهته است و باید متناسب با موقعیتش در پرواز تجمعی، مشخصات سیگنال خروجی آنتن را تنظیم کند.

این کار بخشی از پروژه Autonomous Swarms است که در اواخر سال 2017 برای توسعه فناوری‌های مقرون‌به‌صرفه پرواز تجمعی هواپیماهای بدون سرنشین کوچک شروع شده است. یکی از این فناوری‌ها شکل‌دهی پرتو توزیع‌شده است که از الزامات تبادل اطلاعات برای برنامه‌های فعلی نیروی هوایی ایالات متحده است.

شرکت Intelligent Automation ملاحضات متعددی را برای شکل‌دهی پرتو توزیع شده در پرواز تجمعی UAVها و در هنگام برقراری ارتباط در نظر می‌گیرد. این ملاحظات عبارتند از:

  • هماهنگ‌سازی و زمان‌بندی دقیق در طول پرواز تجمعی با وجود اثرات نسبی داپلر و عدم دسترسی به سیگنال‌های ناوبری ماهواره‌ای GPS
  • روش‌های کارآمد و مقیاس‌پذیر برای تعیین وزن انتقال به صورت پویا به گره‌ها برای خواص الگوی پرتو قوی مانند حداقل نشت در بیم جانبی (sidelobe) و عرض پرتو باریک
  • انتشار موثر داده و کنترل پیام‌ها به پرنده‌های بدون سرنشین حاضر در پرواز تجمعی
  • شکل‌دهی پالس، کنترل مشارکت یا استفاده از روش‌های دیگر برای ایجاد تاخیر زمانی به گره‌هایی که فاصله آن‌ها از سایر اعضای گروه بیش از چند طول موج است.

در این پروژه محققان برای حرکت خودآگاه UAVها از حسگرهای نصب شده روی آن‌ها و پردازش سیگنال پیام پرنده استفاده می‌کنند. علاوه بر محققان برای ارزیابی موقعیت آگاهانه پرنده‌ها مانند حرکت پیش‌بینی شده همسایه‌ها، از حسگرهای نوری، واحدهای اندازه‌گیری اینرسی (IMU) و رادار استفاده خواهند کرد.

قرار است شرکت مجری پروژه فناوری‌های شبکه تجمعی خود را با استفاده از پهپادهای ارزان قیمت کلاس I و II ثابت کرده تا به وسیله آن مزایای فناوری شکل‌دهی پرتو توزیع‌شده را با استفاده از پرواز تجمعی UAVها در محیط‌های تاکتیکی نشان دهد.

[1] Beamforming