การวัดมุมตัดกันและความแม่นยำของตำแหน่งของกล้องวัดมุมแบบโฟโตอิเล็กทริก

การวัดมุมตัดกันและความแม่นยำของตำแหน่งของกล้องวัดมุมแบบโฟโตอิเล็กทริก(Photoelectric Theodolite)

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาสูตรคำนวณการวัดมุมตัดกันและเทคนิคการผสานค่าพิกัด (Coordinate Fusion) สำหรับกล้องวัดมุมแบบโฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric Theodolite) เพื่อให้ได้ค่าพิกัดของเป้าหมายที่แม่นยำยิ่งขึ้น ทีมวิจัยประกอบด้วย Qiang Fu, Feng Zhao, Rui Zhu, Zhuang Liu และ Yingchao Li จากสถาบันและคณะวิศวกรรมออปโตอิเล็กทรอนิกส์ มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีฉางชุน ประเทศจีน ซึ่งงานนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Frontiers in Physics โดยมีจุดประสงค์ในการปรับปรุงทั้งการคำนวณมุมตัดกันและการวิเคราะห์ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในการวัดมุมแนวนอน (อะซิมัท) และมุมเงย

กล้องวัดมุมแบบโฟโตอิเล็กทริกได้รับความนิยมอย่างมากในแวดวงการบิน อวกาศ การทดสอบอาวุธ และงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ด้วยความสามารถในการติดตามเป้าหมายได้แบบเรียลไทม์และมีความละเอียดสูง หลักการทำงานสำคัญคือ กล้องวัดมุมหนึ่งตัวจะสามารถวัดพิกัดสองมิติได้ แต่เมื่อใช้สองกล้องร่วมกัน จะสามารถใช้หลักการตัดกัน (Intersection Method) เพื่อได้พิกัดสามมิติของเป้าหมาย นอกจากนี้ กระบวนการวัดระยะทางยังมีข้อจำกัดบางประการ จึงทำให้เทคนิคการตัดกันยังคงเป็นตัวเลือกสำคัญที่ช่วยเพิ่มความเที่ยงตรงได้มากยิ่งขึ้น โดยหลักการนี้ถูกต่อยอดมาจากระบบกล้องวัดมุมอิเล็กทรอนิกส์ที่ Hewlett-Packard พัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1979

ในส่วนของรากฐานทางทฤษฎี งานวิจัยได้ให้ความสำคัญกับสองแนวคิดหลัก คือ การตัดกันแบบโคแพลนาร์ (Coplanar Intersection) ซึ่งใช้ค่ามุมอะซิมัทและมุมเงยจากกล้องสองตัวเพื่อคำนวณพิกัดของเป้าหมายบนระนาบเดียวกัน และการตัดกันแบบเฮเทอโรจีนัส (Heterogeneous Intersection) ซึ่งเป็นกรณีที่เส้นจากกล้องวัดมุมทั้งสองไม่ได้ตัดกันพอดีในระนาบเดียว จำเป็นต้องมีวิธีปรับแก้ที่ครอบคลุมปัจจัยความไม่สมบูรณ์ในการวัดมุม โดยเฉพาะข้อผิดพลาดจากสภาพแวดล้อมและตัวโครงสร้างของกล้อง ซึ่งจะจัดการด้วยแบบจำลองการแจกแจงข้อผิดพลาดแบบปกติ (Normal Distribution)

เพื่อประเมินความแม่นยำของการวัด งานวิจัยได้ใช้ MATLAB ในการจำลองค่าพิกัดและข้อผิดพลาด ซึ่งประกอบด้วยการกำหนดเส้นทางการบินของเป้าหมาย สร้างค่าแจกแจงข้อผิดพลาดในการวัดมุม แล้วนำสูตร Coplanar Intersection และ Heterogeneous Intersection มาใช้ในการคำนวณ ตลอดจนตรวจสอบและวิเคราะห์ความคลาดเคลื่อนของพิกัดที่ได้ เทียบกับข้อมูลจริง ผลการทดลองพบว่า สูตรการผสานค่าพิกัดที่เสนอสามารถเพิ่มความแม่นยำในการระบุตำแหน่งได้จริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อควบคู่กับการใช้กล้องวัดมุมสองตัว ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดลงอย่างมีนัยสำคัญ

สรุปได้ว่า งานวิจัยนี้ได้เสนอวิธีการใหม่ทั้งในแง่ทฤษฎีและกระบวนการคำนวณเพื่อยกระดับความแม่นยำของการวัดพิกัดด้วยกล้องวัดมุมแบบโฟโตอิเล็กทริก ไม่ว่าจะเป็นการตัดกันแบบโคแพลนาร์หรือเฮเทอโรจีนัส โดยเฉพาะการลดข้อผิดพลาดที่เกิดจากมุมอะซิมัทและมุมเงย ผลการทดลองยืนยันว่า การแจกแจงข้อผิดพลาดร่วมกับสูตรคำนวณที่พัฒนาขึ้นมีศักยภาพในการใช้งานจริง และสามารถประยุกต์ใช้ในงานติดตามวัตถุทางอากาศ การทดสอบอาวุธ และโครงการด้านอวกาศในอนาคต ทั้งนี้ ในขั้นถัดไปอาจพิจารณาประยุกต์ใช้เทคนิค Machine Learning เพื่อปรับปรุงและเร่งการผสานข้อมูลจากกล้องวัดมุมหลายตัวให้ได้ผลลัพธ์ที่ดียิ่งขึ้นต่อไป

Credit:  Qiang Fu, Feng Zhao, Rui Zhu, Zhuang Liu และ Yingchao Li