Управление беспилотным ла комплекса воздушной разветки. Реферат: Описание систем управления беспилотными летательными аппаратами. Инерциальная система БЛА

27.01.2024

Многоцелевой беспилотный летательный аппарат (БЛА) относится к авиационной технике, в частности к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Задачей полезной модели является повышение запаса устойчивости и расширение технических характеристик. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении диапазона применения многоцелевого БЛА за счет размещения специального оборудования, в том числе для эвакуации пострадавших из района боевых или стихийных бедствий на поверхности несущего крыла. Поставленная задача достигается тем, что многоцелевой беспилотный летательный аппарат представляет собой свободнонесущее крыло, включающее систему управления, двигательную установку, состоящую из четырех поворотных двигателей, расположенных вне корпуса, а также полезную нагрузку. При этом в многоцелевой БЛА дополнительно введены системы горизонтирования, координатометрирования и аварийного ручного управления работой поворотных двигателей, состоящие из блоков управления и усилительно-преобразующих устройств, связанных с поворотными двигателями и которые равномерно занимают весь объем свободнонесущего крыла, а органы системы аварийного ручного управления размещаются на его поверхности. Основными преимуществами беспилотного летательного аппарата с четырьмя поворотными двигателями являются: возможность размещения любого специального оборудования на наружной поверхности крыла многоцелевого БЛА, возможность реализации шести режимов работы многоцелевого БЛА, возможность взлета и посадки многоцелевого БЛА на любую твердую поверхность, обеспечение режима висения над любой труднодоступной местностью (вода, болото, песок, горы, лес, овраг и т.д.), возможность автоматического поддержания заданного положения многоцелевым БЛА на траектории и в процессе выполнения работ в режиме «Зависания», а также повышенная надежность из-за наличия сразу четырех двигателей. 3 илл.

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БЛА) вертикального взлета и посадки.

В последнее время возрос интерес к использованию беспилотных летательных аппаратов для решения множества задач, выполнение которых пилотируемыми летательными аппаратами в силу различных причин нецелесообразно.

К основным направления использования БЛА относятся:

Дистанционный мониторинг окружающей среды с автоматическим взятием проб элементов окружающей среды из труднодоступных мест с визуальным контролем проводимых замеров и мест отбора проб, а также доставка их к месту проведения анализа;

Высокая оперативность и эффективность поисково-спасательных операций (состояние объектов и масштабы разрушений, опасные зоны и пожары, аварий, стихийных бедствий, техногенных катастроф и выявления в них пострадавших);

Мониторинг морских и речных магистралей и водоемов (выявления на них браконьерства), экологический мониторинг и контроль объектов и трасс производства, добычи и транспортировки электрической энергии, природного газа, сырой нефти и продуктов ее переработки, опасных химических и других веществ;

Непрерывное и скрытое ведение разведки (военной, радиационной, химической, биологической) в реальном масштабе времени и визуальная передача данных на монитор оператора;

Предотвращение попыток осуществления террористических актов на АЭС, ГЭС, ТЭЦ, радиационных, химических и биологических и других опасных объектах (последствия которых могут быть сопоставимы с применением оружия массового поражения), а также выявлении и предотвращении попыток хищения природного газа, сырой нефти, нефтепродуктов;

Патрулирование (сухопутных и водных) границ, военных, административных, экономических объектов, крупных промышленных предприятий с опасным производство, мониторинг стратегических (железнодорожных и автомобильных) транспортных магистралей, наблюдение за мобильными объектами и группами населения, контроль и обеспечение безопасности при массовых мероприятиях (на стадионах, площадях, саммитах, олимпиадах и др.) с применением (по целеуказанию или непосредственно с БЛА) нелетальных средств сдерживания;

Непосредственное участие в борьбе с террористами, а также участие в боевых действиях и военных конфликтах;

Скрытое патрулирование и охрана территории важных военных объектов, захват цели и/или целеуказания, сбор данных организация связи и передача данных, запуск ложных целей, сопровождение военных и опасных грузов, а также наведение ракет, управляемых боевых частей и реактивных снарядов на конечном участке траектории полета;

Геологические исследования, дистанционное наблюдение за вулканической или сейсмической деятельностью;

Оповещение о возникновении и развитии аварий, стихийного бедствия или опасных ситуаций в контролируемых зонах, выявление оперативной обстановки и наличия жертв в криминогенных местах (зоны, закрытые для доступа, места, где совершаются преступления), а также из в мест химического заражения и др.

Широкое распространение нашли конструкции БЛА вертолетной схемы.

Например, патент 2021165 от 15.10.1994 «Способ управления дистанционно-пилотируемым аппаратом и система управления для его реализации», МПК В64С 29/00, В64С 15/00. Однако для большинства из них характерны следующие недостатки:

При большой удельной нагрузке поток от винта будет так силен, что не позволит работать под несущим винтом;

Большой расход топлива;

Небольшая скорость перемещения в горизонтальном направлении.

Частично данные недостатки устранены в схеме «винт в кольце». Однако для данного типа БЛА характерным недостатком является большое аэродинамическое сопротивление из-за размещения большого количества специального оборудования, что приводит к снижению скорости полета БЛА. Например, «Летательный аппарат вертикального взлета и посадки» по патенту 2089458 от 10.09.1997, МПК В64С 29/00.

Частично данные недостатки устранены в беспилотном летательном аппарате по патенту 2288140 от 27.11.2006, МПК В64С 39/00. Он содержит свободно-несущее крыло, снабженное аэродинамическими органами управления, вертикальное оперение, мотогондолу и один двигатель с воздушным винтом. Двигатель установлен в мотогондоле. Беспилотный летательный аппарат выполнен по бесфюзеляжной аэродинамической схеме "летающее крыло".

Однако одним из недостатков данного двигателя является низкий запас статической устойчивости, что приводит к его неустойчивому положению при взлете, когда стабилизатор еще неэффективен. Кроме того, не во всех случаях БЛА может быть использован.

Данные недостатки могут быть устранены в беспилотном летательном аппарате с двумя поворотными двигателями (патент РФ на ПМ 69839, 2008).

Недостатком БЛА является неустойчивое положение при взлете и в случае воздействия возмущающих факторов.

Наиболее близким по принципу действия и технической сущности к заявляемому устройству является беспилотный летательный аппарат с четырьмя поворотными двигателями (патент РФ на ПМ 71960, 2008).

Однако и этот патент полностью не устраняет неустойчивое положение БЛА как при взлете, так и в случае воздействия на него возмущающих факторов. Отсутствие синхронности в работе двигателей может привести к возникновению неустойчивости БЛА, а оно в свою очередь - к потере его работоспособности.

Задачей полезной модели является повышение запаса устойчивости БЛА в процессе работы двигателей и расширение диапазона его технических характеристик.

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении диапазона применения БЛА за счет размещения специального оборудования, в том числе для эвакуации пострадавших из района боевых или стихийных бедствий на поверхности свободнонесущего крыла.

Поставленная задача достигается тем, что многоцелевой беспилотный летательный аппарат представляет собой свободнонесущее крыло, включающее систему управления, двигательную установку, состоящую из четырех поворотных двигателей, расположенных вне корпуса, а также полезную нагрузку. Причем в него дополнительно введены системы горизонтирования, координатометрирования и аварийного ручного управления работой поворотных двигателей, состоящие из блоков управления и усилительно-преобразующих устройств, связанных с поворотными двигателями и которые равномерно занимают весь объем свободнонесущего крыла, а органы системы аварийного ручного управления размещаются на его поверхности, при этом передние поворотные двигатели расположены ближе к геометрической оси аппарата чем задние на расстоянии не менее одного наружного диаметра двигателя.

На фиг.1 изображен вид многоцелевого БЛА сверху, на фиг.2 вид сбоку и на фиг.3 - блочное устройство управления работой поворотными двигателями, где:

1 - свободнонесущее крыло;

2 - поворотные двигатели;

3 - носовой обтекатель;

4 - подъемный винт;

6 - цилиндрическая оболочка;

7 - стержни крепления двигателя;

8 - колеса;

9 - система управления;

10 - блок системы аварийного ручного управления;

11 - система горизонтирования;

12 - устройство сравнения входных сигналов системы горизонтирования;

13 - блок преобразования системы горизонтирования;

14 - система координатометрирования;

15 - устройство сравнения входных сигналов системы координатометрирования;

16 - блок преобразования системы координатометрирования;

17 - усилительно-преобразующие устройства систем горизонтирования и координатометрирования;

18 - устройство сравнения входных сигналов системы аварийного ручного управления;

19 - блок преобразования сигналов системы аварийного ручного управления;

20 - усилительно-преобразующие устройство блока системы аварийного ручного управления.

Многоцелевой беспилотный летательный аппарат выполнен по бесфюзеляжной аэродинамической схеме "летающее крыло". Он состоит из следующих основных элементов: свободнонесущего крыла 1, поворотных двигателей 2.

Свободнонесущее крыло 1 предназначено для размещения и крепления всех составных частей аппарата. В передней части аппарата установлен носовой обтекатель 3, внутри которого размещаются элементы функционально связанных между собой электронной аппаратуры наблюдения, приемопередающего блока, приемопередающей антенны, пилотажно-навигационной системы и др.

Передняя часть свободнонесущего крыла 1 имеет форму, обеспечивающую минимальное аэродинамическое сопротивление. Внутри свободнонесущего крыла 1 закрепляется бортовое оборудование (система управления, система горизонтирования, система координатометрирования, источники питания). Специальное оборудование в зависимости от назначения многоцелевого БЛА может быть различным и крепится на наружной поверхности. Например, для экологических целей оборудование может быть представлено пробоотборниками, газоанализаторами и т.д.

Двигательная установка состоит из четырех поворотных двигателей 2, расположенных симметрично относительно оси аппарата и вне корпуса. Поворотные двигатели 2 независимо работают от единой системы управления и имеют 3 степени свободы вращения. Каждый двигатель 2 состоит из винта 4, закрепленного с помощью скега 5 к цилиндрической оболочке 6, которая с помощью стержней 7 соединена с корпусом многоцелевого БЛА.

Поворотные двигатели 2 предназначены для создания тяги, необходимой для перемещения многоцелевого БЛА по заданной траектории полета, а также для вертикального взлета и посадки аппарата.

При этом вся полезная нагрузка полностью занимает весь свободный объем свободнонесущего крыла 1.

Многоцелевой БЛА в исходном состоянии может устанавливаться или поступательно перемещаться по твердой поверхности с помощью колес 8. На исходной позиции проводится развертывание наземного пункта дистанционного управления беспилотным летательным аппаратом. Кроме того, проводится предполетная подготовка многоцелевого БЛА.

Многоцелевой БЛА может работать в следующих режимах: запуск, приземление, висение, полет, рабочий режим и ручной режим.

Режим - «Запуск». Запуск многоцелевого БЛА может проводиться как с мобильной, так и со стационарной стартовой установки. Кроме того, он может осуществляться как по командам оператора, находящегося в районе пункта управления, так и быть заложен в память системы управления 9, а также с борта многоцелевого БЛА. В первом случае запуск осуществляется с пусковой установки, а во втором - автономно с места трагедии, катастрофы, заражения и т.д.

При запуске многоцелевого БЛА двигатели 2 начинают свою работу. Как только суммарная тяга, создаваемая двигателями 2 превысит стартовый вес многоцелевого БЛА, он отрывается от поверхности и начинает совершать подъем до набора нужной высоты. Так как центр масс многоцелевого БЛА находится между геометрическими осями валов подъемных двигателей 2, то в процессе подъема аппарат является статически устойчивым. Следует отметить, что в данном случае для запуска БЛА не требуется наличия взлетно-посадочной полосы.

Режим - «Приземление». Приземление многоцелевого БЛА осуществляется при переводе подъемных двигателей 2 в режим взлета и посадки. При этом БЛА плавно приземляется. Следует отметить, что для приземления многоцелевого БЛА не требуется наличие взлетно-посадочной полосы (фиг.1 и фиг.2).

Режим - «Висение». При необходимости многоцелевой БЛА может зависать в воздухе над заданной точкой, например, для ведения наблюдений, разведки и т.д. Для этого поворотные двигатели 2 работают таким образом, чтобы многоцелевой БЛА расположился над заданной точкой пространства. При этом работают система управления и система координатометрирования, а при необходимости - система горизонтирования. Кроме того, для достижения заданной точки траектории может быть использована аварийная ручная система управления. Затем по команде поворотные двигатели 2 переводятся в режим зависания, т.е. создают только вертикально направленную тягу. При этом суммарная тяга, создаваемая двигателями 2, должна равняться стартовому весу многоцелевого БЛА (фиг.1, фиг.2).

Режим - «Рабочий режим». Данный режим используется в случае выполнения погрузочно-разгрузочных работ, проводимых с помощью многоцелевого БЛА и при нахождении его в состоянии «Висение». Для этого многоцелевой БЛА по командам системы координатометрирования занимает требуемые координаты места выполняемых работ: х, у на заданной высоте.

Однако выполнение работ, например, загрузка многоцелевого БЛА сопровождается нарушением координат и высоты его нахождения, а также горизонтирования (фиг.3). Например, в процессе выполнения каких-либо работ с применением БЛА или воздействия на него внешних возмущающих факторов происходит отклонение от его горизонтального положения. При этом с соответствующих датчиков горизонтирования в продольном и поперечном направлениях поступают текущие значения появившихся углов отклонений от горизонтального положения в разных плоскостях. Эти значения в устройстве сравнения входных сигналов 12 системы горизонтирования 11 сравниваются с заданными значениями параметров х, у, Н, которые вырабатывают сигнал рассогласования. Этот сигнал в дальнейшем поступает в блок управления системы горизонтирования 13, а затем на через усилительно-преобразующие устройства 17 поступает на все поворотные двигатели 2. При этом двигатели поворачиваются и изменяют число оборотов, а, следовательно, и тягу таким образом, чтобы многоцелевой БЛА принял горизонтальное положение в пространстве.

Например, в процессе выполнения каких-либо работ с применением многоцелевого БЛА или воздействия на него внешних возмущающих факторов с соответствующих датчиков высоты и координат поступают текущие значения параметров х, у, Н. Эти значения в устройстве сравнения входных сигналов 15 системы координатометрирования 14 сравниваются с заданными значениями параметров х, у, Н, которые вырабатывают сигнал рассогласования. Этот сигнал в дальнейшем поступает в блок управления системы координатометрирования 16, затем на через усилительно-преобразующие устройства 17 поступает на все поворотные двигатели 2. При этом двигатели поворачиваются и изменяют число оборотов, а, следовательно, и тягу таким образом, чтобы свести возникшее рассогласование между текущими и заданными значениями параметров х, у, Н к нулю. Это соответствует занятию БЛА прежнего положения в пространстве. Причем тяга, создаваемая поворотными двигателями 2, постоянно уравновешивает переменный вес многоцелевого БЛА, вызванный его загрузкой (разгрузкой). Это соответствует неизменному положения многоцелевого БЛА в пространстве, независимо от характера выполняемых работ, а также влияния возмущающих факторов.

Режим - «Полет». По команде системы управления поворотные двигатели 2 переводятся в режим горизонтального полета.

Полет многоцелевого БЛА может происходить в соответствии с полетным заданием как по заданной программе, так и по радиокомандам, передаваемым оператором с наземного пункта дистанционного управления. При этом наземный пункт дистанционного управления вырабатывает команды, передаваемые по радиоканалу на бортовое радиоэлектронное оборудование, установленное на многоцелевом БЛА. Эти команды предназначены для управения как полетом летательного аппарата, так и дистанционным обзором местности и передачей видео- и телеметрической информации через приемопередающую антенну на наземный пункт дистанционного управления.

Для поворота многоцелевого БЛА подается команда от системы управления на поворотные двигатели 2, которые непосредственно осуществляют его поворот. При этом изменение положения многоцелевого БЛА происходит по всем углам: тангажа , рыскания и вращения (крена) .

Изменение скорости полета V осуществляется изменением числа оборотов валов двигателей 2. В случае уменьшения скорости полета многоцелевого БЛА или осуществления реверса тяги необходимо или уменьшить число оборотов вала двигателей или осуществить его вращение в обратную сторону с заданной угловой скоростью. При необходимости набора заданной высоты Н поворотные двигатели 2 меняют угол тангажа .

Так как передние поворотные двигатели расположены ближе к геометрической оси аппарата чем задние на расстоянии не менее одного наружного диаметра двигателя, то их работа не скажется на работоспособности задних двигателей в процессе полета БЛА.

Разработанный многоцелевой БЛА экономичен. Это достигается его формой, которая уменьшает его аэродинамическое сопротивление. Свободнонесущие крыло 1 позволяет БЛА планировать.

Ручной режим является аварийным и используется в экстренных случаях, например, в процессе эвакуации пострадавшего из района боевых или стихийных бедствий. При этом пострадавший может частично или полностью пользоваться ручными органами управления 10, расположенными на верхней плоскости свободнонесущего крыла или использовать возможности поддержания автоматического режима работы. В последнем случае работа элементов управления поворотных двигателей будет аналогична вышеописанным режимам.

При этом в устройстве сравнения входных сигналов 18 системы аварийного ручного управления 10 сравниваются текущие значения координат х, у, высота полета Н, скорость полета V и угловые отклонений БЛА , , , которые вырабатывают сигнал рассогласования. Этот сигнал в дальнейшем поступает в блок управления системы аварийного ручного управления 19, затем через усилительно-преобразующие устройства 20 поступает на все поворотные двигатели 2. При этом двигатели поворачиваются и изменяют число оборотов, а, следовательно, и тягу таким образом, чтобы свести возникшее рассогласование между текущими и заданными значениями вышеперечисленных параметров к нулю. Это соответствует занятию многоцелевым БЛА требуемого положения в пространстве.

Беспилотные летательные аппараты с четырьмя поворотными двигателями могут быть выполнены различных типоразмеров и для различных федеральных агенств и ведомств, что позволяет назвать его многоцелевым.

Основными преимуществами многоцелевого беспилотного летательного аппарата с четырьмя поворотными двигателями являются:

Возможность размещения различного специального оборудования на наружной поверхности крыла многоцелевого БЛА;

Возможность реализации шести режимов работы многоцелевого БЛА;

Возможность взлета и посадки многоцелевого БЛА на любую твердую поверхность, а также обеспечение режима висения над любой труднодоступной местностью (вода, болото, песок, горы, лес, овраг и т.д.);

Возможность автоматического поддержания заданного положения многоцелевого БЛА на траектории и в процессе выполнения работ в режиме «Зависания», а также его горизонтирования;

Возможность эвакуации пострадавших из района боевых действий, пожара, наводнения и из других труднодоступных мест;

Повышенная надежность из-за наличия сразу четырех двигателей.

Многоцелевой беспилотный летательный аппарат, состоящий из свободнонесущего крыла, системы управления, двигательной установки, состоящей из четырех поворотных двигателей, расположенных вне его корпуса, и полезной нагрузки, отличающийся тем, что в него дополнительно введены системы горизонтирования, координатометрирования и аварийного ручного управления работой поворотных двигателей, состоящие из блоков управления и усилительно-преобразующих устройств, связанных с поворотными двигателями и равномерно занимающих весь объем свободнонесущего крыла, а органы системы аварийного ручного управления размещаются на его поверхности, при этом передние поворотные двигатели расположены ближе к геометрической оси аппарата, чем задние, на расстоянии не менее одного наружного диаметра двигателя.

Митюшин Дмитрий Алексеевич,
кандидат технических наук
Московский университет МВД России, г. Москва

Сравнительный анализ тактико-технических требований к военным
и полицейским комплексам с беспилотными летательными аппаратами

В статье проведен сравнительный анализ тактико-технических требований (ТТТ), предъявляемых к комплексам и системам с беспилотными летательными аппаратами (БЛА) Вооруженных сил, и ТТТ, которые могут предъявлять заказывающие структуры органов внутренних дел (ОВД) РФ. Коротко рассмотрены различные виды целевой нагрузки, которая может размещаться на БЛА.

Для разработки и производства систем и комплексов с беспилотными летательными аппаратами (БЛА), как и любой другой военной и специальной техники, необходимо наличие системы общих технических требований (СОТТ) к данному виду техники. В настоящее время комплексы с БЛА большей частью используются для решения задач, стоящих перед Вооружёнными силами (ВС), и головными по всей беспилотной тематике в ВС России являются Военно-воздушные силы (ВВС), независимо от того, в интересах какого вида ВС или рода войск будет применяться разрабатываемый или планируемый к разработке комплекс с БЛА. Основными руководящими документами при разработке комплексов с БЛА являются СОТТ ВВС. В то же время, например, для решения задач артиллерийской разведки ведутся разработки комплексов артиллерийской воздушной разведки, для которых в качестве СОТТ с участием автора разработан проект соответствующего документа ОТТ 7.1.28.1.

Несмотря на некоторую схожесть решаемых задач в интересах Вооружённых сил и полиции , всё же существуют определённые различия как в условиях и тактике применения, так и по характеру объектов и субъектов применения данного вида техники. Различия проявляются прежде всего в том, что ВС и полиция действуют в разном правовом поле. ВС ведут боевые действия, в первую очередь, согласно боевым уставам и наставлениям по обеспечению боевых действий. Так, в Боевом уставе Сухопутных войск сказано, что «основной формой тактических действий подразделений является бой, представляющий собой организованные и согласованные действия подразделений, воинских частей и соединений в целях уничтожения (разгрома) противника».

Перед полицией никогда не стояла задача уничтожения преступника. Преступник должен быть задержан и предстать перед судом. Органы внутренних дел (ОВД) России в своей деятельности по предотвращению, пресечению и раскрытию преступлений руководствуются Конституцией РФ, федеральными законами, приказами МВД и иными нормативно-правовыми актами.

Исходя из этого, ТТТ, которые могут быть предъявлены к комплексам, будут отличаться от требований, предъявляемых к ним Вооружёнными силами.

Рассмотрим данные требования более подробно . Начнём с требований по назначению.

Во-первых, определим, что под комплексами (системами) с БЛА органов внутренних дел (Далее по тексту - комплексы ) (полиции) необходимо понимать комплексы с БЛА, находящиеся на оснащении (вооружении) ОВД (полиции) и решающие стоящие перед ними задачи.

По способу использования аэродинамических сил БЛА могут быть как легче воздуха, так и тяжелее. В настоящей статье речь будет идти, большей частью, о БЛА тяжелее воздуха.

Технический облик комплекса будет меняться в тех или иных пределах в зависимости от решаемых задач . Несмотря на то что большинство БЛА относятся к сверхлёгким воздушным судам , комплексы ОВД можно условно разделить на три класса:

лёгкие - взлётная масса БЛА до 5 кг (пуск БЛА с руки);
средние - взлётная масса БЛА от 5 до 30 кг (пуск БЛА с катапультного устройства за исключением БЛА вертикального взлёта и посадки - ВВП);
тяжёлые - взлётная масса БЛА более 30 кг.

При этом в состав авиационных формирований полиции (ОВД) могут входить все типы комплексов, а в состав неавиационных полицейских формирований - только лёгкие и средние. При этом необходимо обратить внимание на обязательное требование отсутствия специализированных взлётно-посадочных полос для эксплуатации данных комплексов.

Состав комплекса

Для решения подавляющего большинства задач комплекс должен быть изготовлен в мобильном варианте.

Количество транспортных единиц наземной части (НЧ) комплекса не должно превышать 3 ед ( ед. - единица (например, техники) (4-5 ед. - для тяжёлых комплексов). Базовое шасси транспортных единиц может быть любым, как колёсным (желательно на шасси повышенной проходимости, например ГАЗ-2330 «Тигр», СПМ-3, Hummer), так и гусеничным (для труднодоступных районов, например МТЛБу).

В общем случае комплекс должен включать в себя следующие элементы:

Наземное оборудование в составе:
- наземного пункта управления (НПУ);
- пусковой установки или транспортно-пусковой машины (ПУ или ТПМ) (только для средних и тяжёлых комплексов);
- машины технического обеспечения (МТО) (только для средних и тяжёлых комплексов);
- транспортной (ТМ) или транспортно-эвакуационной машины (ТЭМ -только для тяжёлых комплексов);

То или иное количество БЛА с различной целевой нагрузкой (ЦН). Необходимое количество БЛА можетперевозиться ТПМ, МТО, ТМ, ТЭМ, а такжедругими транспортными средствами, в том числе и не входящими в состав комплекса, в зависимости от характера решаемых задач, площади поиска и ряда других факторов.

Назначение составныхединиц комплекса

В общем случае НПУ предназначен для решения следующих задач:

обеспечение взаимодействия комплекса с руководителем специальной операции (СО) или оперативно-розыскных мероприятий (ОРМ), соответствующим оперативным штабом и/или иными потребителями информации в ходе выполнения задачи;
управление всеми элементами комплекса на месте и в движении;
обмен служебной информацией с одним или несколькими находящимися в полёте БЛА, управление полётом БЛА, получение информации от одного или нескольких БЛА;
приём на стоянке и в движении команд управления, сигналов оповещения и распоряжений по автоматизированными неавтоматизированным каналам связи;
автоматизированная разработка плана полётов и согласование его с соответствующим должностным лицом, в том числе, при необходимости, с органами управления воздушным движением по автоматизированным и неавтоматизированным каналам связи (Если нормативно-правовыми актами установлен иной порядок согласование плана полётов, то используется установленный порядок ) ;
разработка и, при необходимости, коррекция маршрутов и программ полётаБЛА;
хранение базы данных электронных карт местности (ЭКМ) региона или субъекта РФ, где предполагается эксплуатировать комплекс, или района его работы в масштабе 1:25000, их трансформации в масштаб 1:50000;
собственная топографическая привязка и ориентирование комплекса;
обучение расчёта комплекса без реальных пусков БЛА;
контроль собственной работоспособности комплекса с выявлением неисправности до отдельного блока;
предстартовая и предполётная подготовка БЛА.

ПУ в общем случае предназначена для решения следующих задач:

размещение БЛА перед стартом;
проведение предполётной и предстартовой подготовки (совместно с НПУ);
осуществление пусков БЛА.

ТПМ в общем случае предназначена для решения следующих задач:

подготовка пускового устройства и БЛА к пуску;
проверка работоспособности БЛА и его ЦН (при отсутствии ТПМ эту функцию выполняет НПУ);
осуществление пусков БЛА;
кратковременное (до 6 месяцев) хранение и транспортировка от 1 до 8 БЛА в зависимости от массы БЛА и транспортной базы НЧ в контейнерах (при отсутствии ТПМ эту функцию выполняетНПУ или ТМ);
хранение и транспортировка горючесмазочных материалов (ГСМ) на несколько пусков БЛА.

МТО в общем случае предназначена для решения следующих задач:

поиск и подбор БЛА на месте посадки;
доставка БЛА с места посадки к ТМ или на стартовую позицию (СП) к ПУ (ТПМ);
очистка, сушка и заправка всех систем и механизмов БЛА;
контроль работоспособности аппаратуры БЛА и их силовых установок;
мелкий ремонт отдельных частей БЛА;
проведение регламентных работ с БЛА;
расконсервация БЛА, упаковка в транспортную тару не подлежащих восстановлению в полевых условиях БЛА для отправки на предприятия-изготовители. В составе комплексов, входящих в авиационные формирования полиции, МТО может отсутствовать.

ТМ в общем случае предназначена для решения следующих задач:

транспортированиедополнительного количества БЛА в контейнерах;
хранение и транспортирование ГСМ на несколько пусков БЛА;
доставка лёгких и средних БЛА с места посадки на СП.

ТЭМ в общем случае предназначена для:

транспортирования дополнительного количества БЛА в контейнерах;
хранения и транспортирования ГСМ на несколько пусков БЛА;
доставки БЛА с места посадки на стартовую позицию.

БЛА предназначен для решения следующих задач:

доставка в район выполнения задачи целевой нагрузки (ЦН);
передача видовой или иной информациина НПУ;
передача своих координат и прочей телеметрической информации на НПУ;
применение специальных ударных средств.

Аэродинамическая схема БЛА

Что касается аэродинамической схемы БЛА, то при решении задач наблюдения за неподвижным объектом предпочтение стоит отдать БЛА ВВП, хотя в ряде случаев он существенно дороже БЛА самолётной схемы. При решении других задач выбор схемы непринципиален. Лётно-технические характеристики (ЛТХ) БЛА также зависят от класса комплекса, вида решаемых задач, их средней продолжительности и др.

В общем можно отметить, что основные ЛТХ должны быть следующими:

1) продолжительность полёта БЛА - не менее 4 ч (не менее 1 ч - для лёгких комплексов);

2) рабочие высоты полёта БЛА - 50-500 м (до 1000 м - для тяжёлых комплексов) над подстилающей поверхностью;

3) практический потолок БЛА - не менее 3000 м над уровнем моря;

4) скорость полёта БЛА - до 300 км/ч. НПУ комплекса должен иметь возможность управлять не менее чем двумя находящимися в полёте БЛА и получать видеоинформацию не менее чем от одного из них. Получение данных телеметрии или информации, которая не связана с передачей по широкополосному каналу, должно осуществляться с борта не менее чем двух БЛА одновременно.

Целевая нагрузка БЛА

Для предъявления требований к ЦН сначала необходимо определиться с терминами. Очень часто во многих источниках для различных задач приводится разное определение понятий «полезная нагрузка» и «целевая нагрузка», часто эти понятия смешивают.

Поэтому для данного цикла статей определим:

1. Полезная нагрузка (ПН) - всё оборудование БЛА, кроме планёра и двигательной установки.

2. Целевая нагрузка - часть ПН, предназначенная для решения определённых задач. Например, для решения задач наблюдения ЦН будет являться аппаратура наблюдения, а для ударных задач - прицельно-наблюдательный комплекс и средства поражения.

Вид ЦН и её массогабаритные характеристики зависят от характера решаемых задач и ЛТХ БЛА.

В зависимости от решаемых задач в качестве ЦН могут использоваться:

цветная или чёрно-белая телевизионная камера (камеры) бокового (БО) или планового обзора (ПлО);
тепловизионная (диапазона 3-5 или 8-14 мкм) камера БО или ПлО;
цифровые аэрофотоаппараты ПлО;
спектрозональная аппаратура БО или ПлО;
лазерно-люминесцентная аппаратура;
аппаратура радиоретрансляции;
аппаратура постановки радиопомех;
аппаратура газового анализа;
аппаратура измерения ионизирующих излучений;
аппаратура прицеливания и точного сброса;
специальные боеприпасы и др.

ЦН может быть изготовлена как в сменном варианте, так и жёстко связанной с конкретным БЛА. Также в зависимости от взлётной массы БЛА может использоваться комбинированная ЦН.

Средства связи предназначены для связи между подвижными элементами комплекса, между членами расчёта, между НПУ комплекса и внешними абонентами (потребителями информации, руководителем ОРМ или СО, начальником оперативного штаба и т.д.).

Средства связи должны выбираться из принятых на вооружение в ОВД и иметь встроенные устройства маскирования речи. Должна быть предусмотрена возможность передачи внешним абонентам как отдельных видеокадров, так и видеоинформации по их требованию.

Точность определениякоординат объектов

Требования к точности определения координат объектов зависят от того, в чьих интересах работает комплекс, от решаемых задач и от объектов работы. В общем случае точность определения координат (Среднеквадратическое отклонениесвязи ОВД (полиции) в типовых условиях применения комплекса. ) может составлять до 10-20 м при использовании спутниковой навигационной системы и до 50-70 м в других случаях.

Радиоэлектронная защита(РЭЗ) и электромагнитнаясовместимость (ЭМС)

Требования по РЭЗ могут быть существенно снижены, так как противник вряд ли будет располагать необходимыми средствами радиоэлектронной борьбы, что приведёт к снижению стоимости комплекса. Тем не менее, необходимо, чтобы информация, передаваемая с борта и на борт БЛА, была зашифрована для исключения случайного перехвата различной аппаратурой, в том числе бытовыми телевизионными и радиоприёмниками.

Радиолинии комплекса должны обеспечивать ЭМС со штатными средствами радио-

Живучесть и стойкость к внешним воздействующим факторам (ВВФ)

Требования по живучести и стойкости к ВВФ тоже могут быть существенно снижены, что также приведёт к снижению стоимости комплекса.

Подвижные единицы НЧ комплекса могут быть окрашены с использованием принятой в ОВД цветографической схемы, а могут иметь любое окрашивание, в том числе и камуфлированное. БЛА могут иметь различные варианты окрашивания. Для решения задач, связанных с наблюдением за дорожной обстановкой, поиском путей объезда заторов на автодорогах, с работой в районе стихийных бедствий и катастроф, профилактикой правонарушений, БЛА может быть окрашен в яркие цвета (оранжевый) или в цветографическую схему ОВД. Требования по акустической и оптической заметности при проведении ОРМ или СО могут быть более жёсткими. В этом случае необходимо, чтобы БЛА не обнаруживался невооружённым глазом на фоне неба с расстояния до 300 м и высоте полёта 300 м с вероятностью не ниже 0,8 и не обнаруживался в акустическом диапазоне (без использования спецаппаратуры) при уровне фонового шума до 30 дБ на расстоянии до 300 м. Требования по заметности в ИК- и радиолокационном диапазонах, по защите от оружия массового поражения не предъявляются, что также приведёт к снижению стоимости образца.

Показатели надёжности НЧ комплекса должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТ и нормативных документов МВД России. Что касается показателей надёжности БЛА, то они должны быть гораздо выше, чем в ВС. Вероятность безотказной работы БЛА в течение одного полёта должна быть не менее 0,99. Назначенный ресурс БЛА с учётом замены повреждённых при посадке аэродинамических поверхностей должен быть не менее 100 пусков.

Требования по эргономике и технической эстетике, по эксплуатации, удобству технического обслуживания, ремонта и хранения, требования по транспортабельности должны соответствовать требованиям ГОСТ и нормативных документов МВД России.

Что касается безопасности при работе, то конструкция комплекса и его элементов должна соответствовать требованиям «Системы стандартов безопасности труда». В конструкции комплекса должны быть предусмотрены (в зависимости от его класса) организационные и технические меры защиты персонала от поражения электрическим током, электромагнитного излучения, высокого давления, возгорания ГСМ, жидкого азота, безопасности такелажных работ. В конструкции БЛА и пусковой установки должны быть предусмотрены меры защиты от самопроизвольного срабатывания устройства запуска БЛА и самосрабатывания системы выпуска парашюта (при парашютной посадке БЛА). Поскольку в комплексе при дистанционном управлении БЛА могут применяться источники электромагнитного излучения, то должны быть определены пределы пространственного сектора, представляющего опасность электромагнитного облучения для персонала, и предусмотрены организационные и технические меры по предотвращению облучения.

Степени секретности всех видов информации, циркулирующей в комплексе и в ходе обмена информацией с внешними абонентами, - в соответствии с установленными на них грифами.

При загрузке специального программного обеспечения и информации, имеющей гриф секретности, и в процессе последующей работы с ними в комплексе должна быть предусмотрена система защиты от несанкционированного доступа (СЗИ НСД), включающая комплекс организационных, программных, технических средств, систем и мероприятий по защите данной информации. СЗИ НСД должна удовлетворять требованиям ФСТЭК России.

Требования по стандартизации и унификации и технологичности должны соответствовать нормативным документам МВД России. Поскольку требования по полной технологической независимости от других государств жёстко не ставятся, то использование импортной элементной базы позволит уменьшить массогабаритные характеристики ряда узлов, блоков и элементов комплекса и снизить стоимость его изготовления и эксплуатации. Так как БЛА и видов ЦН может быть несколько, целесообразно разработать типовой ряд как БЛА, так и ЦН. В то же время НЧ комплекса должна быть максимально унифицирована, независимо от типа применяемого БЛА и ЦН. Вычислительные средства комплекса должны строиться с использованием аппаратных платформ, принятых в ОВД. Операционная система, общесистемное программное обеспечение, инструментальные средства программирования должны выбираться из числа разрешённых к использованию в ОВД.

Конструктивные требования могут быть различными для разных видов комплекса, но в то же время единым остаётся требование по минимуму авиационной специфики. Кроме того, в конструкции БЛА должны отсутствовать пиротехнические устройства.

Требованияпо видам обеспечения

Требования по метрологическому обеспечению должны удовлетворять требованиям ГОСТ и руководящим документам МВД России.

Программное обеспечение комплекса (общее и специальное) при необходимости должно быть сертифицировано в органах сертификации МВД России по требованиям безопасности информации.

Информационное и лингвистическое обеспечение комплекса должно быть совместимо с информационным и лингвистическим обеспечением комплексов средств автоматизации ОВД.

Топогеодезическое обеспечение комплексов включает в себя обеспечение ЭКМ и/ или обычными топографическими картами, принятыми в МВД России. Ориентирование НПУ и антенн каналов борт - НПУ на местности должно осуществляться с помощью спутниковой и инерциальной систем ориентирования. Привязка позиции НПУ (при необходимости) должна осуществляться с помощью встроенной наземной аппаратуры потребителя системы «ГЛОНАСС» или GPS.

Метеорологическое обеспечение может осуществляться расположенными поблизости метеостанциями, а также в состав комплекса при необходимости может быть включён метеокомплект типа ДМК-1 или «Борисполь»(либо другие, принятые на снабжение в МВД).

Учебно-тренировочные средства (УТС)

Так как в России в настоящее время практически отсутствуют учебные заведения, готовящие специалистов по эксплуатации комплексов с БЛА, то наличие в составе комплекса УТС имеет большое значение.

В состав УТС должны входить:

специальное программное обеспечение;
учебно-методические пособия и руководства;
цветные эскизы учебных плакатов. УТС должны также включать имитационные программы, воспроизводящие ситуации боевой работы без реальных пусков БЛА, в том числе нештатные ситуации, а также наборы видеоснимков, полученных в ходе реальных полётов БЛА (как учебных, так и рабочих) от оптико-электронной ЦН, для тренировки операторов-дешифровщиков.

Таким образом, подводя итог вышесказанному, необходимо отметить следующее.

Многие ТТТ к комплексам с БЛА, которые могут работать в интересах полиции, носят менее жёсткий характер или не предъявляются вовсе по сравнению с подобными комплексами, разрабатываемыми в интересах Вооружённых сил. Это связано как со спецификой решаемых задач, так и с условиями применения.

В силу этого полицейские комплексы могут быть дешевле как в разработке, так и в производстве. Ответ на вопрос, насколько дешевле, требует дополнительных исследований с привлечением предприятий промышленности.

В то же время ряд положений, высказанных в данной статье, требует дополнительных уточнений и исследований.

Литература

1. Воздушный кодекс Российской Федерации от 19 марта 1997 года № 60-ФЗ (ред. от 18.07.2009 г.). [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi . (дата обращения 23.04.2010 г.).

2. Митюшин Д.А. Вопросы применения комплексов с БЛА в деятельности органов внутренних дел РФ // Специальная техника. - 2011. - №1. - С.26-30.

3. ГОСТ РВ 15.201-2000. Система разработки и постановки на производство военной техники. Тактико-техническое (техническое) задание на выполнение опытно-конструкторской работы. (Введён в действие 01.01.2001 г.).

4. Боевой устав Сухопутных войск. Часть III. Взвод, отделение танк. - М.: Военное издательство, 2002. - 129 с.

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет Аэрокосмический

Кафедра Летательные аппараты и управление

по истории аэрокосмической техники

Описание систем управления беспилотными летательными аппаратами

Челябинск 2009

Введение

Сам по себе БЛА - лишь часть сложного многофункционального комплекса. Как правило, основная задача, возлагаемая на комплексы БЛА, – проведение разведки труднодоступных районов, в которых получение информации обычными средствами, включая авиаразведку, затруднено или же подвергает опасности здоровье и даже жизнь людей. Помимо военного использования применение комплексов БЛА открывает возможность оперативного и недорогого способа обследования труднодоступных участков местности, периодического наблюдения заданных районов, цифрового фотографирования для использования в геодезических работах и в случаях чрезвычайных ситуаций. Полученная бортовыми средствами мониторинга информация должна в режиме реального времени передаваться на пункт управления для обработки и принятия адекватных решений. В настоящее время наибольшее распространение получили тактические комплексы микро и мини-БЛА. В связи с большей взлетной массой мини-БЛА их полезная нагрузка по своему функциональному составу наиболее полно представляет состав бортового оборудования, отвечающего современным требованиям к многофункциональному разведывательному БЛА. Поэтому далее рассмотрим состав полезной нагрузки мини-БЛА.

История

В 1898 г. Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно. В 1910 г., вдохновлённый успехами братьев Райт, молодой американский военный инженер из Огайо Чарльз Кеттеринг предложил использовать летательные аппараты без человека. По его замыслу управляемое часовым механизмом устройство в заданном месте должно было сбрасывать крылья и падать как бомба на врага. Получив финансирование армии США, он построил, и с переменным успехом испытал несколько устройств, получивших названия The Kattering Aerial Torpedo, Kettering Bug (или просто Bug), но в боевых действиях они так и не применялись. В 1933 г. в Великобритании разработан первый БПЛА многократного использования Queen Bee. Были использованы три отреставрированных биплана Fairy Queen, дистанционно управляемые с судна по радио. Два из них потерпели аварию, а третий совершил успешный полёт, сделав Великобританию первой страной, извлёкшей пользу из БПЛА. Эта радиоуправляемая беспилотная мишень под названием DH82A Tiger Moth использовалась на королевском Военно-морском флоте с 1934 по 1943 г. Армия и ВМФ США с 1940 года использовали ДПЛА Radioplane OQ-2 в качестве самолёта-мишени. На несколько десятков лет опередили своё время исследования немецких учёных, давших миру на протяжении 40-х годов реактивный двигатель и крылатую ракету. Практически до конца восьмидесятых, каждая удачная конструкция БПЛА «от крылатой ракеты» представляла собой разработку на базе «Фау-1», а «от самолёта» - «Фокке-Вульф» Fw 189. Ракета Фау-1 была первым применявшимся в реальных боевых действиях беспилотным летательным аппаратом. В течение второй мировой войны немецкие учёные вели разработки нескольких радиоуправляемых типов оружия, включая управляемые бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X, ракету Enzian и радиоуправляемый самолёт, заполненный взрывчатым веществом. Несмотря на незавершённость проектов, Fritz X и Hs 293 использовались на Средиземном море против бронированных военных кораблей. Менее сложным и созданным скорее с политическими, чем с военными целями самолёт V1 Buzz Bomb с реактивным пульсирующим двигателем, который мог запускаться как с земли, так и с воздуха. В СССР в 1930-1940 гг. авиаконструктором Никитиным разрабатывался торпедоносец-планер специального назначения (ПСН-1 и ПСН-2) типа «летающее крыло» в двух вариантах: пилотируемый тренировочно-пристрелочный и беспилотный с полной автоматикой. К началу 1940 г. был представлен проект беспилотной летающей торпеды с дальностью полёта от 100 км и выше (при скорости полёта 700 км/ч). Однако этим разработкам не было суждено воплотится в реальные конструкции. В 1941 году были удачные применения тяжёлых бомбардировщиков ТБ-3 в качестве БПЛА для уничтожения мостов. Во время второй мировой войны ВМС США для нанесения ударов по базам германских подводных лодок пытались использовать дистанционно пилотируемые системы палубного базирования на базе самолёта B-17. После второй мировой войны в США продолжились разработки некоторых видов БПЛА. Во время войны в Корее для уничтожения мостов успешно применялась радиоуправляемая бомба Tarzon. 23 сентября 1957 г. КБ Туполева получил госзаказ на разработку мобильной ядерной сверхзвуковой крылатой ракеты среднего радиуса действия. Первый взлёт модели Ту-121 был осуществлён 25 августа 1960 г., но программа была закрыта в пользу Баллистических ракет КБ Королёва. Созданная же конструкция нашла применение в качестве мишени, а также при создании беспилотных самолётов разведчиков Ту-123 «Ястреб», Ту-143 «Рейс» и Ту-141 «Стриж», стоявших на вооружении ВВС СССР с 1964 по 1979 г. Ту-143 «Рейс» на протяжении 70-х годов поставлялся в африканские и ближневосточные страны, в том числе и в Ирак. Ту-141 «Стриж» состоит на вооружении ВВС Украины и поныне. Комплексы «Рейс» с БРЛА Ту-143 эксплуатируются до настоящего времени, поставлялись в Чехословакию (1984 г.), Румынию, Ирак и Сирию (1982 г.), использовались в боевых действиях во время Ливанской войны. В Чехословакии в 1984 г. были сформированы две эскадрильи, одна из которых в настоящее время находиться в Чехии, другая - в Словакии. В начале 1960-х годов дистанционно-пилотируемые летательные аппараты использовались США для слежения за ракетными разработками в Советском Союзе и на Кубе. После того, как были сбиты RB-47 и два U-2, для выполнения разведывательных работ была начата разработка высотного беспилотного разведчика Red Wadon (модель 136). БПЛА имел высоко расположенные крылья и малую радиолокационную и инфракрасную заметность. Во время войны во Вьетнаме с ростом потерь американской авиации от ракет вьетнамских ЗРК возросло использование БПЛА. В основном они использовались для ведения фоторазведки, иногда для целей РЭБ. В частности, для ведения радиотехнической разведки применялись БПЛА 147E. Несмотря на то что, в конечном счёте, он был сбит, беспилотник передавал на наземный пункт характеристики вьетнамского ЗРК C75 в течение всего своего полёта. Ценность этой информации была соизмерима с полной стоимостью программы разработки беспилотного летательного аппарата. Она также позволила сохранить жизнь многим американским лётчикам, а также самолёты в течение последующих 15 лет, вплоть до 1973 г. В ходе войны американские БПЛА совершили почти 3500 полётов, причём потери составили около четырёх процентов. Аппараты применялись для ведения фоторазведки, ретрансляции сигнала, разведки радиоэлектронных средств, РЭБ и в качестве ложных целей для усложнения воздушной обстановки. Но полная программа БПЛА была окутана тайной настолько, что её успех, который должен был стимулировать развитие БПЛА после конца военных действий, в значительной степени остался незамеченным. Беспилотные летательные аппараты применялись Израилем во время арабо-израильского конфликта в 1973 г. Они использовались для наблюдений и разведки, а также в качестве ложных целей. В 1982 г. БПЛА использовались во время боевых действий в долине Бекаа в Ливане. Израильский БПЛА AI Scout и малоразмерные дистанционно-пилотируемые летательные аппараты Mastiff провели разведку и наблюдение сирийских аэродромов, позиций ЗРК и передвижений войск. По информации, получаемой с помощью БПЛА, отвлекающая группа израильской авиации перед ударом главных сил вызвала включение радиолокационных станций сирийских ЗРК, по которым был нанесён удар с помощью самонаводящихся противорадиолокационных ракет, а те средства, которые не были уничтожены, были подавлены помехами. Успех израильской авиации был впечатляющим - Сирия потеряла 18 батарей ЗРК. СССР ещё в 70-е-80-е годы был лидером по производству БПЛА, только Ту-143 было выпущено около 950 штук. Дистанционно-пилотируемые летательные аппараты и автономные БПЛА использовались обеими сторонами в течение войны в Персидском заливе 1991 г., прежде всего как платформы наблюдения и разведки. США, Англия, и Франция развернули и эффективно использовали системы типа Pioneer, Pointer, Exdrone, Midge, Alpilles Mart, CL-89. Ирак использовал Al Yamamah, Makareb-1000, Sahreb-1 и Sahreb-2. Во время операции «Буря в пустыне» БПЛА тактической разведки коалиции совершили более 530 вылетов, налёт составил около 1700 часов. При этом 28 аппаратов были повреждены, включая 12, которые были сбиты. Из 40 БПЛА Pioneer, используемых США, 60 процентов были повреждены, но 75 процентов оказались ремонтопригодными. Из всех потерянных БПЛА только 2 относились к боевым потерям. Низкий коэффициент потерь обусловлен вероятнее всего небольшими размерами БПЛА, в силу чего иракская армия сочла что они не представляют большой угрозы. БПЛА также использовались и в операциях по поддержанию мира силами ООН в бывшей Югославии. В 1992 г. Организация Объединённых Наций санкционировала использование военно-воздушных сил НАТО, чтобы обеспечить прикрытие Боснии с воздуха, поддерживать наземные войска, размещённые по всей стране. Для выполнения этой задачи требовалось ведение круглосуточной разведки.

В августе 2008 года ВВС США завершили перевооружение беспилотными летательными аппаратами MQ-9 Reaper первой боевой авиачасти - 174-го истребительного авиакрыла Национальной гвардии.Перевооружение происходило в течение трёх лет. Ударные БПЛА показали высокую эффективность в Афганистане и Ираке. Основные преимущества перед заменёнными F-16: меньшая стоимость закупки и эксплуатации, большая продолжительность полёта, безопасность операторов.

[А. Б. Сухачев, А. М. Жалнин, С. Л. Ерема, ЗАО «МНИТИ», Москва]; STRUCTURE OF THE ONBOARD EQUIPMENT OF MODERN RPV

Фрагмент 3-го выпуска справочника "Кто есть кто в робототехнике"

Сам по себе БЛА - лишь часть сложного многофункционального комплекса. Как правило, основная задача, возлагаемая на комплексы БЛА, - проведение разведки труднодоступных районов, в которых получение информации обычными средствами, включая авиаразведку, затруднено или же подвергает опасности здоровье и даже жизнь людей. Помимо военного использования применение комплексов БЛА открывает возможность оперативного и недорогого способа обследования труднодоступных участков местности, периодического наблюдения заданных районов, цифрового фотографирования для использования в геодезических работах и в случаях чрезвычайных ситуаций . Полученная бортовыми средствами мониторинга информация должна в режиме реального времени передаваться на пункт управления для обработки и принятия адекватных решений.

В настоящее время наибольшее распространение получили тактические комплексы микро и мини-БЛА. В связи с большей взлетной массой мини-БЛА их полезная нагрузка по своему функциональному составу наиболее полно представляет состав бортового оборудования, отвечающего современным требованиям к многофункциональному разведывательному БЛА. Поэтому далее рассмотрим состав полезной нагрузки мини-БЛА.

Для обеспечения задач наблюдения подстилающей поверхности в реальном масштабе времени в процессе полета и цифрового фотографирования выбранных участков местности, включая труднодоступные участки, а также определения координат исследуемых участков местности полезная нагрузка БЛА должна содержать в своем составе:

Устройства получения видовой информации:

Спутниковую навигационную систему (ГЛОНАСС/GPS);

Устройства радиолинии видовой и телеметрической информации;

Устройства командно-навигационной радиолинии с антенно-фидерным устройством;

Устройство обмена командной информацией;

Устройство информационного обмена;

Бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ);

Устройство хранения видовой информации.

Современные телевизионные (ТВ) камеры обеспечивают представление оператору в реальном времени картины наблюдаемой местности в формате наиболее близком к характеристикам зрительного аппарата человека, что позволяет ему свободно ориентироваться на местности и при необходимости выполнять пилотирование БЛА. Возможности по обнаружению, и распознаванию объектов определяются характеристиками фотоприемника и оптической системы телевизионные камеры. Основным недостатком современных телевизионных камер является их ограниченная чувствительность, не обеспечивающая всесуточности применения. Применение тепловизионных (ТПВ) камер позволяет обеспечить всесуточность применения БЛА. Наиболее перспективным представляется применение комбинированных теле-тепловизионных систем. При этом оператору представляется синтезированное изображение, содержащее наиболее информативные части, присущие видимому и инфракрасному диапазонам длин волн, что позволяет существенно повысить тактико-технические характеристики системы наблюдения. Однако подобные системы сложны технически и достаточно дороги. Применение РЛС позволяет получать информацию круглосуточно и при неблагоприятных метеоусловиях, когда ТВ и ТПВ каналы не обеспечивают получение информации. Применение сменных модулей, позволяет снизить стоимость и реконфигурировать состав бортового оборудования для решения поставленной задачи в конкретных условиях применения.

Рассмотрим состав бортового оборудования мини-БЛА.

▪ Обзорное курсовое устройство закрепляется неподвижно под некоторым углом к строевой оси летательного аппарата, обеспечивающим необходимую зону захвата на местности. В состав обзорного курсового устройства может входить телевизионная камера (ТК) с широкопольным объективом (ШПЗ). В зависимости от решаемых задач может быть оперативно заменена или дополнена тепловизионной камерой (ТПВ), цифровым фотоаппаратом (ЦФА) или РЛС.

▪ Устройство детального обзора с поворотным устройством состоит из ТК детального обзора с узкопольным объективом (УПЗ) и трехкоординатного поворотного устройства, обеспечивающего разворот камеры по курсу, крену и тангажу по командам оператора для детального анализа конкретного участка местности. Для обеспечения работы в условиях пониженной освещенности ТК может быть дополнена тепловизионной камерой (ТПВ) на микроболометрической матрице с узкопольным объективом. Возможна также замена ТК на ЦФА. Подобное решение позволит использовать БЛА для проведения аэрофотосъемки при развороте оптической оси ЦФА в надир.

▪ Устройства радиолинии видовой и телеметрической информации (передатчик и антенно-фидерное устройство) должны обеспечивать передачу видовой и телеметрической информации в реальном или близком к реальному масштабе времени на ПУ в пределах радиовидимости.

▪ Устройства командно-навигационной радиолинии (приемник и антенно-фидерное устройство) должны обеспечивать прием в пределах радиовидимости команд пилотирования БЛА и управления его оборудованием.

▪ Устройство обмена командной информацией обеспечивает распределение командно и навигационной информации по потребителям на борту БЛА.

▪ Устройство информационного обмена обеспечивает распределение видовой информации между бортовыми источниками видовой информации, передатчиком радиолинии видовой информации и бортовым устройством хранения видовой информации. Это устройство также обеспечивает информационный обмен между всеми функциональными устройствами, входящими в состав целевой нагрузки БЛА по выбранному интерфейсу (например, RS-232). Через внешний порт этого устройства перед взлетом БЛА проводится ввод полетного задания и осуществляется предстартовый автоматизированный встроенный контроль на функционирования основных узлов и систем БЛА.

▪ Спутниковая навигационная система обеспечивает привязку координат (топопривязку) БЛА и наблюдаемых объектов по сигналам глобальной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС (GPS). Спутниковая навигационная система состоит из одного или двух приемников (ГЛОНАСС/GPS) с антенными системами. Применение двух приемников, антенны которых разнесены по строительной оси БЛА, позволяет определять помимо координат БЛА значение его курсового угла.

▪ Бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ) обеспечивает управление бортовым комплексом БЛА.

▪ Устройство хранения видовой информации обеспечивает накопление выбранной оператором (или в соответствии с полетным заданием) видовой информации до момента посадки БЛА. Это устройство может быть съемным или стационарным. В последнем случае должен быть предусмотрен канал съема накопленной информации во внешние устройства после посадки БЛА. Информация, считанная с устройства хранения видовой информации, позволяет проводить более детальный анализ при дешифрировании полученной в полете БЛА видовой информации.

В зависимости от класса БЛА полезная нагрузка может дополняться различными видами РЛС, датчиками экологического, радиационного и химического мониторинга.

Комплекс управления БЛА представляет собой сложную, многоуровневую структуру, основная задача которой - обеспечить вывод БЛА в заданный район и выполнение операций в соответствии с полетным заданием, а также обеспечить доставку информации, полученной бортовыми средствами БЛА, на пункт управления. Помимо БЛА и пункта управления в состав комплекса входят системы жизнеобеспечения, транспортировки и предполетной подготовки, а также стартовое и посадочное оборудование.

Рассмотренный состав ботового оборудования БЛА позволяет обеспечить решение широкого круга задач по мониторингу местности и труднодоступных для человека районов в интересах народного хозяйства.

Применение в состав бортового оборудования телевизионных камер позволяет в условиях хорошей метеовидимости и освещенности обеспечить высокое разрешение и детальный мониторинг подстилающей поверхности в режиме реального времени. Применение ЦФА позволяет использовать БЛА для проведения аэрофотосъемки в заданном районе с последующей детальной дешифровкой.

Использование ТПВ аппаратуры позволяет обеспечить круглосуточность применения БЛА, хотя и с меньшим разрешением, чем при использовании телевизионных камер.

Наиболее целесообразно применение комплексирванных систем, например ТВ-ТПВ, с формированием синтезированного изображения. Однако такие системы пока еще достаточно дороги.

Наличие на борту РЛС позволяет получать информацию с меньшим разрешением чем ТВ и ТПВ, но круглосуточно и при неблагоприятных метеоусловиях.

Применение сменных модулей устройств получения видовой информации, позволяет снизить стоимость и реконфигурировать состав бортового оборудования для решения поставленной задачи в конкретных условиях применения.

Литература

1. Вилкова Н. Н., Сухачев А. Б. Россия должна вернуться в ряд ведущих «беспилотных» держав. // Национальная оборона. №10 (19), октябрь 2007, с.48-54.

2. Сухачев А. Б. Беспилотные летательные аппараты. Состояние и перспективы развития. - М.: МНИТИ, 2007. 60 с.

3. Балыко Ю. П. Базовые принципы формирования технического облика комплексов с БЛА в интересах ТЭК на основе систем военного назначения. // Труды Второго Московского Международного Форума «Беспилотные многоцелевые комплексы в интересах ТЭК». М. Экспоцентр, 29-31 января 2008 г.

4. Трубников Г. В. Опыт развития гражданских беспилотных систем и услуг в России. // Труды Второго Московского Международного Форума «Беспилотные многоцелевые комплексы в интересах ТЭК». М. Экспоцентр, 29-31 января 2008 г.

5. Сухачев А. Б., Мелькумова Н. Г., Шапиро Б. Л., Ерема С. Л. Исследование технико-экономических характеристик перспективных комплексов беспилотных летательных аппаратов.//Электросвязь, №5, 2008, с.16-20.

МЕТОДЫ ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОЛИНИИ КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ (БЛА) В ПРОЦЕССЕ ЕЕ РАЗРАБОТКИ И ПРОВЕДЕНИЯ СТЕНДОВОЙ ОТРАБОТКИ (А. Б. Сухачев, ЗАО «МНИТИ», Москва); METHODS OF SCALED-DOWN MODELLING OF THE RADIOLINE OF THE RPV"S MANAGEMENT COMPLEX DURING ITS WORKING AND DEVELOPMENT TESTING (Andrey Suhachev, JSC “The Moscow Scientific-research institute of television”, Moscow) По докладу на 17-й Международной научно-технической конференции «СОВРЕМЕННОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ»

Основные комплексные параметры радиолинии могут быть определены в процессе стендовой отработки радиолинии в целом без ее разборки на составные части .

Значение обобщенной пороговой чувствительности радиоприемной системы ПR может быть измерено непосредственно на стенде или при отработке комплекса в целом.

Функциональная схема определения обобщенной пороговой чувствительности радиоприемной системы ПR приведена на рис. 1.

Рис.1 Функциональная схема определения обобщенной пороговой чувствительности радиоприемной системы ПR.

Изменяя величину затухания аттенюатора ηAT , добиваются такой величины сигнала на входе радиоприемного тракта, когда значение отношения сигнал/шум на выходе радиоприемного устройства станет равным минимально допустимому для данного типа радиоприемного устройства, и связь прекратится. Величина минимально допустимого отношения сигнал/шум определяется характеристиками радиоприемного устройства и видом модуляции сигнала.

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет Аэрокосмический

Кафедра Летательные аппараты и управление

по истории аэрокосмической техники

Описание систем управления беспилотными летательными аппаратами

Челябинск 2009

Введение

История

Состав бортового оборудования современных БЛА

Для обеспечения задач наблюдения подстилающей поверхности в реальном масштабе времени в процессе полета и цифрового фотографирования выбранных участков местности, включая труднодоступные участки, а также определения координат исследуемых участков местности полезная нагрузка БЛАдолжна содержать в своем составе:

Устройства получения видовой информации:

Спутниковую навигационную систему (ГЛОНАСС/GPS);

Устройства радиолинии видовой и телеметрической информации;

Устройства командно-навигационной радиолинии с антенно-фидерным устройством;

Устройство обмена командной информацией;

Устройство информационного обмена;

Бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ);

Устройство хранения видовой информации.

▪ Бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ) обеспечивает управление бортовым комплексом БЛА.

▪ Встроенный блок питания обеспечивает согласование по напряжению и токам потребления бортового источника питания и устройств, входящих в состав полезной нагрузки, а также оперативную защиту от коротких замыканий и перегрузок в электросети. В зависимости от класса БЛА полезная нагрузка может дополняться различными видами РЛС, датчиками экологического, радиационного и химического мониторинга. Комплекс управления БЛА представляет собой сложную, многоуровневую структуру, основная задача которой – обеспечить вывод БЛА в заданный район и выполнение операций в соответствии с полетным заданием, а также обеспечить доставку информации, полученной бортовыми средствами БЛА, на пункт управления.

Бортовой комплекс навигации и управления БЛА

Бортовой комплекс "Аист" является полнофункциональным средством навигации и управления беспилотного летательного аппарата (БЛА) самолетной схемы. Комплекс обеспечивает: определение навигационных параметров, углов ориентации и параметров движения БЛА (угловых скоростей и ускорений); навигацию и управление БЛА при полете по заданной траектории; стабилизацию углов ориентации БЛА в полете; выдачу в канал передачи телеметрической информации о навигационных параметрах, углах ориентации БЛА. Центральным элементом БК "Аист" является малогабаритная инерциальная навигационная система (ИНС), интегрированная с приемником спутниковой системы навигации. Построенная на базе микроэлектромеханических датчиков (МЕМS гироскопов и акселерометров) по принципу бесплатформенной ИНС, система является уникальным высокотехнологичным изделием, гарантирует высокую точность навигации, стабилизации и управления ЛА любого класса. Встроенный датчик статического давления обеспечивает динамичное определение высоты и вертикальной скорости. Состав бортового комплекса: блок инерциальной навигационной системы; приемник СНС; блок автопилота; накопитель Летных Данных; датчик воздушной скорости В базовой конфигурации управление осуществляется по каналам: элероны; руль высоты; руль направления; контроллер двигателя. Комплекс совместим с радиоканалом РСМ (импульсно-кодовая модуляция) и позволяет управлять БЛА как в ручном режиме со стандартного пульта дистанционного управления, так и в автоматическом, по командам автопилота. Управляющие команды автопилота генерируются в форме стандартных широтно-импульсно-модулированных (ШИМ) сигналов, подходящих к большинству типов исполнительных механизмов. Физические характеристики:

размеры, мм: блок автопилота - 80 х 47 х 10; ИНС – 98 х 70 х 21; приемник СНС - 30 х 30 х 10; вес, кг: блок автопилота - 0,120; ИНС - 0,160; приемник СНС - 0,03. Электрические характеристики: напряжение питания, В - 10...27; потребляемая мощность (макс.), Вт - 5. Окружающая среда: температура, град С - от –40 до +70; вибрация/удар, g - 20.

Управление: порты RS-232 (2) - прием/передача данных; порты RS-422 (5) – связь с внешними устройствами; каналы ШИМ (12) - управляющие устройства; программируемые ППМ (255) - поворотные пункты маршрута. Рабочие диапазоны: крен - ±180°; тангаж - ±90°; курс (путевой угол) - 0...360; ускорение - ±10 g; угловая скорость - ±150°/сек

Система управления пространственным положением остронаправленных антенных систем в комплексах БЛА

Сам по себе беспилотный летательный аппарат (БЛА) – лишь часть сложного комплекса, одна из основных задач которого – оперативное доведение полученных сведений до оперативного персонала пункта управления (ПУ). Возможность обеспечения устойчивой связи является одной из важнейших характеристик, определяющих эксплуатационные возможности комплекса управления БЛА и обеспечивает доведение сведений, полученных БЛА, в режиме «реального времени» до оперативного персонала ПУ. Для обеспечения связи на значительные расстояния и повышения помехозащищенности за счет пространственной селекции в комплексах управления БЛА широко используются остронаправленные антенные системы (АС) как на ПУ, так и на БЛА. Функциональная схема системы управления пространственным положением остронаправленной АС, обеспечивающая оптимизацию процесса вхождения в связь в комплексах управления БЛА, приведена на рис. 1.

Система управления остронаправленной АС (см. рис. 1) включает в себя:

Собственно остронаправленную АС, радиотехнические параметры которой выбираются, исходя из требований обеспечения необходимой дальности связи по радиолинии.

Сервопривод АС, обеспечивающий пространственную ориентацию ДН АС в направлении ожидаемого появления излучения объекта связи.

Систему автоматического сопровождения по направлению (АСН), обеспечивающую устойчивое автосопровождение объекта связи в зоне уверенного захвата пеленгационной характеристики системы АСН.

Радиоприемного устройства, обеспечивающего формирование сигнала «Связь», свидетельствующего о приеме информации с заданным качеством.

Процессор управления антенной системой, обеспечивающий анализ текущего состояния системы управления АС, формирование сигналов управления сервоприводом для обеспечения пространственной ориентации АС в соответствии с полетным заданием и алгоритмом пространственного сканирования, анализ наличия связи, анализ возможности перевода сервопривода АС из режима «Внешнее управление» в режим «Автосопровождение», формирование сигнала перевода сервопривода АС в режим «Внешнее управление».

Рис. 1. Функциональная схема системы управления пространственным положением остронаправленной АС в комплексах управления БЛА

Основная задача, выполняемая системой управления пространственным положением остронаправленной АС, – обеспечить устойчивое вхождение в связь с объектом, заданным полетным заданием.

Эта задача распадается на ряд подзадач:

Обеспечение пространственной ориентации ДН АС в направлении ожидаемого появления излучения объекта связи и ее пространственной стабилизации для случая расположения АС на борту летательного аппарата.

Расширение зоны устойчивого захвата излучения объекта связи за счет применения дискретного алгоритма пространственного сканирования с детерминированной пространственно-временной структурой.

Переход в режим устойчивого автосопровождения объекта связи системой АСН при обнаружении объекта связи.

Обеспечение возможности повторного вхождения в связь в случае ее срыва. Для дискретного алгоритма пространственного сканирования с детерминированной пространственно-временной структурой можно выделить следующие особенности:

Сканирование ДН АС осуществляется дискретно во времени и в пространстве. Пространственные перемещения ДН АС при сканировании осуществляются таким образом, чтобы не оставалось пространственных зон, которые не перекрываются зоной уверенного захвата система АСН за весь цикл сканирования (см. рис.2).

Рис.2. Пример организации дискретного пространственного сканирования в азимутальной и угломестной плоскостях

Для каждого конкретного пространственного положения, определяемого алгоритмом сканирования, можно выделить две фазы: «Автосопровождение» и «Внешнее управление».

В фазе «Автосопровождение» система АСН осуществляет оценку возможности приема излучения объекта связи для выбранного пространственного положения РСН.

В случае положительного результата оценки: Пространственное сканирование прекращается. Система АСН продолжает осуществлять автосопровождение излучения объекта связи по своему внутреннему алгоритму. На вход сервопривода АС поступают сигналы пространственной ориентации АС по данным текущего пеленга объекта связи от системы АСН X АСН (t). В случае отрицательного результата оценки: Осуществляется пространственное перемещение РСН АС в следующее пространственное положение, определяемое алгоритмом сканирования.

В фазе «Внешнее управление» на выходе процессора управления антенной системой формируются сигналы управления сервоприводом АС. Компоненты сигнала управления сервоприводом обеспечивают:

X 0 – первоначальную пространственную ориентацию ДН АС в направлении на объект связи; ∆X ЛА (t)–парирование пространственных эволюций летательного аппарата; X АЛГ (t) – расширение зоны устойчивого захвата излучения объекта связи системы АСН в соответствии с дискретным алгоритмом пространственного сканирования с детерминированной пространственно-временной структурой.

В случае срыва связи, начиная с момента времени Т СВ=0 (пропадание сигнала «СВЯЗЬ»), сигнал X АСН (Т СВ=0) запоминается в устройстве «Вычисления и хранения», и используется в дальнейшем процессором управления АС в качестве значения ожидаемого пеленга объекта связи. Процесс вхождения в связь повторяется как описано выше. В режиме «Внешнее управление» сигнал управления сервоприводом остронаправленной АС по каналам «курс», «тангаж» и «крен» может быть записан

(1)

В режиме «Автосопровождение» сигнал управления сервоприводом остронаправленной АС может быть записан

(2)

Конкретный вид сигналов управления определяется конструктивными особенностями сервопривода антенной системы.

Инерциальная система БЛА

Ключевым моментом в упомянутой цепочке является «измерение состояния системы».То есть координат местоположения, скорости, высоты, вертикальной скорости, углов ориентации, а также угловых скоростей и ускорений. В бортовом комплексе навигации и управления, разработанном и производимым ООО «ТеКнол», функцию измерения состояния системы выполняет малогабаритная инерциальная интегрированная система (МИНС). Имея в своем составе триады инерциальных датчиков микромеханических гироскопов и акселерометоров), а также барометрический высотомер и трехосный магнитометр, и комплексируя данные этих датчиков с данными приемника GPS, система вырабатывает полное навигационное решение по координатам и углам ориентации. МИНС разработки ТеКнола – это полная Инерциальная система, в которой реализован алгоритм бесплатформенной ИНС, интегрированной с приемником системы спутниковой навигации. Именно в этой системе содержится «секрет» работы всего комплекса управления БЛА. По сути, одновременно работают три навигационных системы в одном вычислителе по одним и тем же данным. Мы их называем «платформами». Каждая из платформ реализует свои принципы управления, имея свои «правильные» частоты (низкие или высокие). Мастер-фильтр выбирает оптимальное решение с любой из трех платформ в зависимости от характера движения. Этим обеспечивается устойчивость системы не только в прямолинейном движении, но и при виражах, некоординированных разворотах, боковом порывистом ветре. Система никогда не теряет горизонт, чем обеспечиваются правильные реакции автопилота на внешние возмущения и адекватное распределение воздействий между органами управления БЛА.

Бортовой комплекс управления БЛА

В состав Бортового Комплекса Навигации и Управления БЛА входят три составных элемента (Рисунок 1).

1. Интегрированная Навигационная Система;

2. Приемник Спутниковой Навигационной системы

3. Модуль автопилота.__

Модуль автопилота осуществляет выработку управляющих команд в виде ШИМ (широтно-импульсно-модулированных) сигналов, сообразно законам управления, заложенным в его вычислитель. Помимо управления БЛА, автопилот программируется на управление бортовой аппаратурой:

Стабилизация видеокамеры,

Синхронизированное по времени и координатам срабатывание затвора

фотоаппарата,

Выпуск парашюта,

Сброс груза или отбор проб в заданной точке

и другие функции. В память автопилота может быть занесено до 255 поворотных пунктов маршрута. Каждая точка характеризуется координатами, высотой прохождения и скоростью полета.

В полете автопилот также обеспечивает выдачу в канал передачи телеметрической информации для слежения за полетом БЛА (Рисунок 2).

А что же тогда представляет собой «квазиавтопилот»? Многие фирмы сейчас декларируют, что обеспечивают своим системам автоматический полет с помощью «самого маленького в мире автопилота».

Наиболее показательный пример такого решения - продукция канадской фирмы “Micropilot”. Для формирования сигналов управления здесь используют «сырые» данные – сигналы от гироскопов и акселерометров. Такое решение по определению не является робастным (устойчивым к внешним воздействиям и чувствительным к условиям полета) и в той или иной степени работоспособно только при полете в стабильной атмосфере.

Любое существенное внешнее возмущение (порыв ветра, восходящий поток или воздушная яма) чревато потерей ориентации летательного аппарата и аварией. Поэтому все, кто когда-либо сталкивался с подобной продукцией, рано или поздно понимали ограниченность таких автопилотов, которые никак не могут быть использованы в коммерческих серийных системах БЛА.

Более ответственные разработчики понимая, что необходимо настоящее навигационное решение, пытаются реализовать навигационный алгоритм с применением известных подходов Калмановской фильтрации.

К сожалению, и здесь не все так просто. Калмановская фильтрация - это всего лишь вспомогательный математический аппарат, а не решение задачи. Поэтому невозможно создать робастную устойчивую систему, просто перенося на MEMS интегрированные системы стандартный математический аппарат. Требуется тонкая и точная настройка на конкретное приложение. В данном случае – для маневренного объекта крылатой схемы. В нашей системе реализован более чем 15-ти летний опыт разработки инерциальных систем и алгоритмов комплексирования ИНС и GPS. К слову сказать, в мире только несколько стран обладают ноу-хау инерциальных систем. Это

Россия, США, Германия, Франция и Великобритания. За этим ноу-хау стоят научные, конструкторские и технологические школы, и по меньшей мере

наивно думать, что такую систему можно разработать и изготовить «на коленке» в институтской лаборатории или в ангаре аэродрома. Дилетантский подход здесь, как и во всех прочих случаях, чреват в конечном счете финансовыми потерями и потерей времени. Почему столь важен автоматический полет применительно к задачам, решаемым предприятиями топливно-энергетического комплекса? Понятно, что сам воздушный мониторинг не имеет альтернативы. Контроль за состоянием трубопроводов и других объектов, задачи охраны, мониторинга и видеонаблюдения лучше всего решаются с применением летательных аппаратов. А вот снижение издержек, обеспечение регулярности полетов, автоматизация сбора и обработки информации - здесь, совершенно справедливо уделяется внимание беспилотной технике, что и доказывает высокий интерес специалистов к проходящей выставке и форуму. Однако, как мы видели на выставке, беспилотные системы также могут представлять собой сложные и дорогие комплексы, требующие поддержки, обслуживания, создания наземной инфраструктуры и служб эксплуатации. В наибольшей степени это относится к комплексам, изначально созданным для решения военных задач, а теперь спешно адаптируемым к хозяйственным применениям. Отдельно остановимся на вопросах эксплуатации. Управление БЛА - задача для хорошо подготовленного профессионала. В армии США операторами БЛА становятся действующие пилоты ВВС после годовой подготовки и тренинга. Во многих аспектах это сложнее, чем пилотирование самолета, и, как известно, большинство аварий беспилотных ЛА вызваны ошибками пилота-оператора. Автоматические системы БЛА, оснащенные полноценной системой автоматического управления требуют минимальной подготовки наземного персонала, при этом решают задачи на большом удалении от места базирования, вне контакта с наземной станцией, в любых погодных условиях. Они просты в эксплуатации, мобильны, быстро развертываются и не требуют наземной инфраструктуры. Можно утверждать, что высокие характеристики систем БЛА, оснащенных полноценной САУ, снижают эксплуатационные издержки и требования к персоналу.

Системы автоматических БЛА

Каковы же практические результаты применения бортового комплекса с настоящей инерциальной системой? Компания «ТеКнол» разработала и предлагает заказчикам системы автоматических БЛА быстрого развертывания для решения задач мониторинга и воздушного наблюдения. Эти системы представлены на нашем стенде на выставке.

Автопилот в составе бортового комплекса навигации и управления обеспечивает

Автоматический полет по заданному маршруту;

Автоматический взлет и заход на посадку;

Поддержание заданной высоты и скорости полета;

Стабилизацию углов ориентации;

Программное управление бортовыми системами.

Оперативный БЛА.

Система многоцелевого БЛА разрабатывается компанией «Транзас» и оснащается комплексом навигации и управления «ТеКнола».

Поскольку управление БЛА малого размера представляет наиболее трудную задачу, приведем примеры работы бортового комплекса навигации и управления для оперативного мини-БЛА взлетным весом 3,5 кг.

При проведении аэросъемки местности БЛА совершает полет по линиям с интервалом 50-70 метров. Автопилот обеспечивает следование по маршруту с отклонением, не превышающим 10-15 метров при скорости ветра 7 м/с (Рисунок 5).

Понятно, что самый опытный пилот-оператор не в состоянии обеспечить такую точность управления.

Рис. 5: Маршрут и траектория полета мини БЛА при съемке местности

Поддержание заданной высоты полета также обеспечивается МИНС, которая вырабатывает комплексное решение по данным GPS, барометрического высотомера и инерциальных датчиков. При автоматическом полете по маршруту бортовой комплекс обеспечивает точность поддержания высоты в пределах 5 метров (Рисунок 6), что позволяет уверенно летать на малых высотах и с огибанием рельефа.

Рисунок 7 показывает, как САУ выводит БЛА из критического крена в 65º, в результате воздействия порыва бокового ветра при совершении маневра. Только настоящая ИНС в составе бортового комплекса управления в состоянии обеспечить динамичное измерение углов ориентации БЛА, не «потерять горизонт». Поэтому в процессе испытаний и эксплуатации наших БЛА ни один самолет не был потерян при полете под управлением автопилота.

Еще одной важной функцией БЛА является управление видеокамерой. В полете стабилизация камеры переднего обзора обеспечивается отработкой колебаний БЛА по крену по сигналам автопилота и данным МИНС. Таким образом картинка видео изображения оказывается стабильной, несмотря на колебания ЛА по крену. В задачах аэрофотосъемки (например, при составлении аэрофотоплана предполагаемого района проведения работ) точная информация об углах ориентации, координатах и высоте БЛА совершенно необходима для коррекции аэрофотоснимков, автоматизации сшивки кадров.

Беспилотный комплекс аэрофотосъемки также разрабатывается ООО «ТеКнол». Для этого производится доработка цифрового фотоаппарата и его включение в контур управления автопилотом. Первые полеты намечено провести весной 2007 года. Помимо упомянутых систем БЛА быстрого развертывания Бортовой Комплекс Навигации и Управления БЛА эксплуатируется СКБ «Топаз» (БЛА «Ворон»), устанавливается на новом БЛА разработанном компанией «Транзас» (многоцелевой комплекс БЛА «Дозор»), проходит испытания на мини БЛА компании Global Teknik (Турция). Ведутся переговоры с другими российскими и зарубежными клиентами. Изложенная выше информация и, главное, результаты летных испытаний, со всей очевидностью свидетельствуют, что без полноценного бортового комплекса управления, оснащенного настоящей инерциальной системой, невозможно построение современных коммерческих систем БЛА, которые могут решать задачи безопасно, оперативно, в любых погодных условиях, с минимальными издержками со стороны эксплуатирующих служб. Такие комплексы серийно выпускаются компанией «ТеКнол».

Выводы

Рассмотренный состав бортового оборудования БЛА позволяет обеспечить решение широкого круга задач по мониторингу местности и труднодоступных для человека районов в интересах народного хозяйства. Применение в состав бортового оборудования телевизионных камер позволяет в условиях хорошей метеовидимости и освещенности обеспечить высокое разрешение и детальный мониторинг подстилающей поверхности в режиме реального времени. Применение ЦФА позволяет использовать БЛА для проведения аэрофотосъемки в заданном районе с последующей детальной дешифровкой. Использование ТПВ аппаратуры позволяет обеспечить круглосуточность применения БЛА, хотя и с меньшим разрешением, чем при использовании телевизионных камер. Наиболее целесообразно применение комплексных систем, например ТВ-ТПВ, с формированием синтезированного изображения. Однако такие системы пока еще достаточно дороги. Наличие на борту РЛС позволяет получать информацию с меньшим разрешением, чем ТВ и ТПВ, но круглосуточно и при неблагоприятных метеоусловиях. Применение сменных модулей устройств получения видовой информации, позволяет снизить стоимость и реконфигурировать состав бортового оборудования для решения поставленной задачи в конкретных условиях применения. Возможность обеспечения устойчивой связи является одной из важнейших характеристик, определяющих эксплуатационные возможности комплекса управления БЛА. Предложенная система управления пространственным положением остронаправленной АС в комплексах управления БЛА обеспечивает оптимизацию процесса вхождения в связь и возможность восстановления связи в случае ее потери. Система применима для использования на БЛА, а также на пунктах управления наземного и воздушного базирования.

Используемая литература

1. http://www.airwar.ru/bpla.html

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/UAV

3. http://www.ispl.ru/Sistemy_upravleniya-BLA.html

4. http://teknol.ru/products/aviation/uav/

5. Орлов Б.В., Мазинг Г.Ю., Рейдель А.Л., Степанов М.Н., Топчеев Ю.И. - Основы проектирования ракетно-прямоточных двигателей для беспилотных летательных аппаратов.

Управление беспилотным ла комплекса воздушной разветки. Реферат: Описание систем управления беспилотными летательными аппаратами. Инерциальная система БЛА

Сравнительный анализ тактико-технических требований к военным
и полицейским комплексам с беспилотными летательными аппаратами

Состав комплекса

Назначение составныхединиц комплекса

Аэродинамическая схема БЛА

Целевая нагрузка БЛА

Точность определениякоординат объектов

Радиоэлектронная защита(РЭЗ) и электромагнитнаясовместимость (ЭМС)

Живучесть и стойкость к внешним воздействующим факторам (ВВФ)

Требованияпо видам обеспечения

Учебно-тренировочные средства (УТС)

Литература

Интересные статьи

Интересные статьи

Сравнительный анализ тактико-технических требований к военным и полицейским комплексам с беспилотными летательными аппаратами

Состав комплекса

Назначение составныхединиц комплекса

Аэродинамическая схема БЛА

Целевая нагрузка БЛА

Точность определениякоординат объектов

Радиоэлектронная защита(РЭЗ) и электромагнитнаясовместимость (ЭМС)

Живучесть и стойкость к внешним воздействующим факторам (ВВФ)

Требованияпо видам обеспечения

Учебно-тренировочные средства (УТС)

Литература

Интересные статьи

Интересные статьи

Сравнительный анализ тактико-технических требований к военным
и полицейским комплексам с беспилотными летательными аппаратами