Системи за управление на безпилотни превозни средства. Резюме: Описание на системи за управление на безпилотни летателни апарати
Уникалното софтуерно решение помага на клиентите да управляват ефективно дори голям брой безпилотни летателни апарати (UAV) или дронове.
Въздушна фотография, видеонаблюдение, изследване на огромни територии, мониторинг на околната среда - това не е пълен списък от задачи, които стават по-лесни с използването на дронове. За да разгърнат пълния потенциал на дроновете, техните оператори трябва да имат на разположение удобен инструмент за контрол и управление на БЛА.
КРОК предлага на клиентите си универсална система за управление, която поддържа почти всички безпилотни системи и автопилоти, предлагани на гражданския пазар: DJI, MavLink-съвместими, Yuneec, Mikrokopter, Microdrones.
Предлагани продукти
|
Планиране и изпълнение на полета Софтуер за управление на дронове и създаване на карти от данни от въздушна фотография. Планиране на оптималния маршрут на триизмерна карта, като се вземат предвид препятствията, затворените зони |
|
|
Система за наблюдение на височината Привързан безпилотен летателен апарат, захранван чрез проводник от наземна станция. Височина - до 100 м, продължителност на полета - до 200 часа |
|
|
Управление на съзвездие от дронове Координиране на синхронните движения на много безпилотни летателни апарати за организиране на светлинни, пиротехнически шоута |
|
Функции на решението
- Управление на един или повече UAV, получаване и запис на телеметрия, уведомяване на оператора за опасни срещи между дронове и други участници във въздушния трафик
- Поддръжка за Windows, MacOS, Linux, Android
- Едновременна работа на няколко оператора, гъвкаво конфигуриране на сценарии за управление, разделение на функциите между членовете на екипа
- Интеграция със системи за автоматично зависимо наблюдение и излъчване (ADS-B).
Характеристики на решението
Универсалната архитектура ви позволява да свързвате дронове със собствени протоколи за управление и телеметрия, бързо и лесно да добавяте нови устройства без мащабни софтуерни модификации - веднага след изваждането от кутията системата е запозната с устройства от основните водещи производители на роботика. Решението поддържа мащабируемост и модулност, за да поддържа нови контролни протоколи и типове полезен товар.
Различните сценарии позволяват на един или повече оператори, управляващи един или повече UAV, да работят със системата, за да споделят контрола върху движението и полезния товар на UAV между операторите. Потребителският интерфейс може да бъде стандартизиран за определен тип машина. Режимът на симулация ви позволява да организирате обучение, обучение на оператори на UAV и изпити.
Благодарение на поддръжката на пълноценно 3D картографиране и алгоритми за планиране на траекторията, можете да създавате маршрути, като вземете предвид терена, препятствията и зоните с ограничен достъп, маршрути във въздушното пространство на Руската федерация, отразени върху цифров модел на терена. Задачите се формират с помощта на типични маневри: движение по права линия, кръг, "змия", "кутия", полет около периметъра, въздушна фотография с зададени параметри на припокриване и резолюция. При подготовката на задачи операторите могат да измерват разстояния и площи, да оценяват зоните на директна радиовидимост, да планират различни действия на определени сегменти от маршрута: завъртане на камерата, снимане на интересна точка, пускане на полезен товар и т.н. В постоянен режим височината профилът се наблюдава по маршрут.
В зависимост от вида на полезния товар БПЛА могат да събират голямо количество фото и видео материали, данни от радиационно и екологично разузнаване и друга информация за околната среда по модел на движение с координати и ориентация в пространството. По желание на клиента системата може да бъде модифицирана за събиране на информация от външни системи и електронни чипове (локация на персонал, стационарна и мобилна техника, обекти от автоматичната зависимна система за наблюдение и излъчване). Получаването на оперативна информация и показването на целеви обекти на картата увеличава скоростта на оценка на сценариите за развитие и задачите за планиране. Всички телеметрични данни могат да се съхраняват за допълнителен анализ и преглед.
Изобретението се отнася до областта на управлението на безпилотни летателни апарати (БЛА) в извънредни ситуации. Техническият резултат от изобретението е да осигури възможност за привеждане на UAV както в радиоконтрастна точка, така и в точка, която няма радарен контраст, без значителни разходи за хардуер при надграждане на съществуващи системи. Системата за управление на безпилотен летателен апарат включва автопилот, бордов електронен компютър (BEVM), конзола за предстартова подготовка и въвеждане на задачи за полет, радарен координатор с фазово изместен сондиращ сигнал, който съдържа антена, предавател и приемник, далекомер, синхронизатор и устройство за обработка на сигнали, в състава на който са включени филтър за компресиране на сигнала, прагово устройство, устройство за фиксиране на координати, три превключвателя, устройство за максимално фиксиране и блок за формиране на прагове . 11 болен.
Изобретението се отнася до системи за контрол на местоположението и курса на безпилотни летателни апарати (БЛА) и може да се използва при проектирането на БЛА, предназначени за високоточно довеждане до дадена точка на земната повърхност, по-специално за доставка на товари до заразени зони или към обекти, блокирани от терористи. Известна е система за управление на БЛА, която съдържа радиолокационен мерник (измервател на координатите и параметрите на целевия обект или с други думи координатор), измервател на координатите и параметрите на движението на контролирания обект, устройство за генериране на управляващи сигнали, устройство за обработка на информация, радиовисотомер, устройство за задаване на прагове, управляван превключвател, устройство за корекция на височина и вертикална скорост. Използвана е инерциална навигационна система като мярка за координати и параметри на движение на контролиран обект (БПЛА). Устройството за генериране на управляващи сигнали, включващо софтуерен блок, устройство за обмен на информация и изчислителни блокове, е бордов електронен компютър (ECM), който организира процесите на обмен на информация между елементите на системата за управление на UAV и в съответствие с алгоритмите, вградени в него, взема решение за управление на UAV чрез промяна или коригиране на управляващите сигнали на автопилота. Известната система за управление е доста ефективна, когато е необходимо да се приведе БПЛА до радиоконтрастна точка или до радиоконтрастен обект. Това се постига по следния начин. Координаторът с помощта на антена сканира пространството пред БПЛА и анализирайки отразените сигнали по посока и разстояние, определя координатите на желания обект по центъра на тежестта на наблюдаваната двуизмерна решетка (дадени са алгоритми, например в [2, стр. 25]). Недостатък на известната система за управление на БПЛА е невъзможността за извеждане на БЛА на място на повърхността, което няма радарен контраст на фона на други обекти от естествено и изкуствено образувание, които го заобикалят. За привеждане на БПЛА в дадена точка от земната повърхност, която няма радарен контраст, се използват системи, които в литературата се обединяват под общото наименование корелационно-екстремни системи за насочване. Същността на корелационно-екстремните системи се състои в това, че локаторът изследва повърхността под самолета (висотомерен локатор), отстрани на самолета (странично сканиращ локатор), пред него (преден сканиращ локатор) или отзад (локатор за задно сканиране). Резултатите от инспекцията се сравняват с референтната радарна карта и координатите на истинското местоположение на UAV спрямо теоретичната (или програмна) точка на местоположението му, посочена по време на измерването, се определят от максималния коефициент на корелация на наблюдаваното изображение. и референтната карта. Тази разлика в координатите се използва при коригиране на автопилота за по-нататъшен полет по програмата на БПЛА до дадена точка на земната повърхност. Необходимо условие за внедряването на такива системи е наличието в тях на корелатор, реализиран на универсален (или специализиран) високопроизводителен бордов компютър или базиран на оптичен корелатор. В новоразработените системи за управление на UAV, предназначени да доведат точно до радиоконтрастни и нерадиоконтрастни обекти, е необходимо да се комбинират двата принципа на насочване и съответно да се поемат общите хардуерни разходи за обичайната обработка на получените сигнали (сигнал изолация срещу шумов фон, избор на смущения и класификация на наблюдаваните обекти, определяне на координатите на избраната най-ярка точка) и върху корелационната обработка на пространственото радарно изображение. Трябва обаче да се има предвид следното. Прилагането на корелационно-екстремната система изисква използването на локатор с висока разделителна способност както по разстояние, така и по ъглови координати, т.е. изисква локатор със странично сканиране със синтетична апертура или локатор с тясна диаграма на излъчване. Поради ограничения размер на антената на UAV е необходимо да се използва милиметровият обхват на радиоизлъчванията, което ви позволява да стесните максимално диаграмата на излъчване на антената и съответно да подобрите разделителната способност в ъглови координати. Въпреки това обхватът на радара с милиметрови вълни е силно зависим от метеорологичните условия, което от своя страна ограничава използването му върху UAV. За да се елиминира този недостатък, е възможно да се използват многоканални бордови радари, които използват едновременно два диапазона радиоизлъчвания: сантиметър и милиметър. В същото време диапазонът от сантиметри осигурява по-голям обхват и възможност за всякакви метеорологични условия, а диапазонът от милиметри осигурява по-добра точност на къси разстояния. Недостатъкът на екстремалните корелационни системи с многоканални бордови радари е значителното увеличение на разходите за хардуер. В системите за управление на UAV, които се модернизират, е невъзможно да се направят значителни промени в оборудването, особено по отношение на въвеждането на допълнителни устройства и комуникации. Следователно е необходимо да се търсят други начини за практическо прилагане на първия (контрастен обект) или втория (неконтрастен обект) принципи на управление на насочването на БЛА. Най-близкият аналог, приет като прототип на настоящото изобретение, е система за управление на UAV, която използва едноканален бордов радар със сантиметров обхват с фазово изместен сондиращ сигнал като координатор. В допълнение към координатора, системата за управление на безпилотни летателни апарати съдържа система за автопилот (автопилот), свързана с бордовия компютър, който е конфигуриран да се свързва с панела за предстартова подготовка и да въвежда полетната задача, която се намира при изстрелването на БЛА сайт. Координаторът съдържа предавател, в който се генерира импулсен сондиращ сигнал с промяна на фазата на носещата честота чрез псевдослучаен двоичен код, антена, кинематично свързана с антенното задвижване, приемник, синхронизатор, далекомер ( брояч на обхват) и устройство за обработка на сигнали, включително филтър за компресиране на сигнала, праг и координати на устройство за фиксиране, което генерира сигнали за обхват и ъглово положение на отразените сигнали, идващи към компютъра. Компютърът определя координатите на истинската цел, сравнява данните за местоположението на БПЛА, измерени от автопилота, с данните за местоположението на истинската цел и генерира сигнали за коригиране на курса на БЛА, идващ към автопилота. . Предимството на системата за управление на UAV с координатор, използващ сигнал за фазово изместване, е по-висока точност на проследяване на целта и по-висока устойчивост на шум по отношение на активни и пасивни смущения, което е известно, например, от. Недостатъкът на прототипа на системата за управление е неговата ниска ефективност, когато е необходимо да се приведе БЛА до нерадиоконтрастен целеви обект или до нерадиоконтрастна точка на земната повърхност. Целта на изобретението е да осигури възможност за привеждане на БПЛА както до радиоконтрастни цели, така и до цел, която няма радарен контраст, без значителни хардуерни разходи при надграждане на съществуващи системи. Същността на изобретението се състои в това, че в системата за управление на безпилотен летателен апарат, съдържащ автопилот, свързан чрез вход и изход към първия изход и втория вход на бордовия електронен компютър (ECM), първият вход на което е задачи, и радарен координатор с фазово изместен сондиращ сигнал, който съдържа антена, кинематично свързана към задвижването на антената, предавател, свързан към антената, и приемник, чийто хетеродинен изход е свързан към съответния вход на приемник, синхронизатор, далекомер и устройство за обработка на сигнали, което включва филтър за компресиране на сигнала, прагово устройство и устройство за фиксиране на координати, съответните входове на които са свързани към изхода на праговото устройство, изхода на далекомерът и информационният изход на задвижването на антената и изходите, на които се формират стойностите на разстоянието и ъгловото положение, се отразяват x сигнали, свързани към четвъртия и петия вход на компютъра, шестият вход на който и входът на предавателя са свързани към изхода на синхронизатора, който предава импулсна последователност с честотата на сондиране, изхода на синхронизатора, който предава последователност от синхронизиращи импулси, е свързан към втория вход на далекомера, чийто първи вход и вторият вход на приемника са свързани към втория изход на предавателя чрез сигнала за края на сондиращия импулс, чийто хетеродинен изход е свързан към хетеродиновия вход на приемника, три превключвателя са допълнително въведени в устройството за обработка на сигнала, устройство за максимално фиксиране и блок за формиране на праг, чиито контролни входове са свързани съответно чрез сигнала за знак на режим и сигналът за настройка на скалата към петия и седмия изход на компютъра, изходът е свързан към входа за ниво на праговото устройство, а съответните сигнални входове са свързани към изходите на приемника, на който се измерва средната стойност на интензитета на шума и се формират средни стойности на интензитета. сигналът за отражение, кодовият изход на предавателя и изходът на видеосигнала на приемника са свързани съответно към първите входове на първия и втория ключ, вторите входове на първия и втория ключове са свързани съответно към третия и четвърти изходи на компютъра, на които се формират последователността на двоичната измервателна матрица и последователността на еталонната двоична матрица, управляващите им входове са свързани към втория изход на компютъра, а изходите са свързани съответно към първи и втори вход на филтъра за компресия на сигнала, чийто изход е свързан към сигналния вход на третия ключ, чийто контролен вход е свързан към шестия изход на компютъра, а изходите са свързани към сигналните входове на праговото устройство и устройството за фиксиране на максимума, като изходът на последния, на който се генерира сигнал, характеризиращ местоположението на двоичния масив от измервания върху референтната карта, е свързан към третия вход на BE
Фиг.10, 11 - примери за зависимости на показателите за оценки на точността при привеждане на БЛА към обекти за различни цели. На фиг. 1 от блоковата схема на системата за управление на БПЛА са приети следните обозначения:
1 - антенно устройство,
2 - предавател,
3 - приемник,
4 - синхронизатор,
5 - устройство за обработка на сигнали,
6 - бордов електронен компютър,
7 - автопилот,
8 - далекомер,
9 - конзола за предстартова подготовка и въвеждане на задача за полет,
10 - филтър за компресия на сигнала,
11 - прагово устройство,
12 - устройство за фиксиране на координати,
13 - първият превключвател,
14 - втори превключвател,
15 - трети превключвател,
16 - максимално фиксиращо устройство,
17 - блок за образуване на праг. Съгласно фигура 1 в системата за управление на UAV към първия изход на синхронизатора 4 (изхода на импулсната последователност с честотата на звучене) е свързан към входа на предавателя 2 и шестия вход на компютъра 6, и към втория му изход (последователност от тактови импулси) - вторият (отчитащ) вход на далекомера 8, чийто първи вход и вторият вход на приемника 3 (по сигнала за края на сондиращия импулс) са свързани към вторият изход на предавателя 2. Първият (сигнален) изход на предавателя 2 е свързан към антената, чийто сигнален изход е свързан към първия вход на приемника 3, а информационният изход на задвижването на антената е свързан към третия вход на устройството 12 за фиксиране на координатите. Третият (хетеродин) изход на предавателя 2 е свързан към третия (хетеродин) вход на приемника, а неговият четвърти (код) изход е свързан към първия вход на първия превключвател 13. Изходът на видеосигнал (първи) на приемникът 3 е свързан към първия вход на втория превключвател 14 и неговия втори изход, на който се формира средната стойност на интензитета на шума (изход на ТОПКАТА), и третия изход, на който се извежда средната стойност на интензитетът на отразените сигнали се формира (изход на AGC), са свързани към втория и третия (сигнален) вход на блок 17 за формиране на прага, изходът на който е свързан към втория (ниво) вход на праговото устройство 11. Изходът на праговото устройство 11 е свързан към първия вход на устройството за фиксиране на координати 12, чийто втори вход е свързан към изхода на далекомера 8, а първият и вторият изходи, на които формират се стойностите на разстоянието и ъгловото положение на отразените сигнали, свързани съответно към четвъртия и петия вход на компютъра 6, чийто първи изход и вторият вход са свързани ne с автопилота 7, като първият вход е входът за връзка с дистанционното управление 9 за предстартова подготовка и въвеждане на полетната задача. Сигналният (първи) вход на праговото устройство 11 и входът на устройството 16 за фиксиране на максимума са свързани съответно към първия и втория изход на третия превключвател 15. Сигналният (първи) вход на третия превключвател 15 е свързан към изхода на филтъра за компресиране на сигнала 10, чиито първи и втори вход са свързани към изходите на първия и втория превключватели 13 и 14, съответно. Управляващите входове на първия и втория превключвател 13, 14 са свързани към втория изход на компютъра 6, чийто шести изход е свързан към втория (управляващ) вход на третия превключвател 15, а петият и седмият изход са свързани съответно към контролния вход на знака за режим (първи) и контролния вход на блока за настройка на мащаба (четвърти) 4, образуващ прага. Третият вход на компютъра 6 е свързан към изхода на устройството 16 за фиксиране на максимума, на който се генерира сигнал, който характеризира местоположението на двоичния масив от измервания върху референтната карта, а третият и четвъртият изход на компютър 6, от който се предава последователността на двоичната измервателна решетка и последователността на еталонната двоична решетка, са свързани към вторите сигнални входове, съответно на първия и втория превключвател 13 и 14. Антенно устройство 1, предавател 2, приемник, синхронизатор 4, далекомер 8 и устройство за обработка на сигнали 5 образуват радарния координатор на системата за управление на UAV. Антенно устройство 1 е главата на координатора и съдържа едно- или двуогледална антена със сантиметров обхват със симетрична тясна (доколкото позволяват структурните размери на БПЛА) диаграма на излъчване. Антената е монтирана в карданно окачване, оборудвано с две серво задвижвания, които могат да я въртят около хоризонталната и вертикалната ос, осигурявайки сканиране на диаграмата на излъчване във вертикална и хоризонтална равнина. Сензори за ъгъла на въртене на антената около вертикалната и хоризонталната ос, направени например под формата на потенциометри или цифрови оптико-електронни ъглово-кодови преобразуватели, генерират информационни сигнали за ъгловото положение на антената спрямо тялото на самолета в момента: a е ъгълът на въртене в хоризонталната равнина и a - ъгълът на въртене във вертикалната равнина. Управлението на антената в двете равнини е идентично, следователно, за простота на представянето, по-долу се разглежда само въртенето в хоризонталната равнина. Конструкцията на системата за управление на антената на радарния координатор е описана подробно, например в. За да се види пространството пред БПЛА, на входа на серво задвижванията на антената се подава зъбчат контролен сигнал за периодично сканиране на антената в съответната равнина. Този сигнал може да се формира директно вътре в антенното устройство с помощта на интегриращ операционен усилвател в аналогова форма, реверсивен часовников брояч в цифрова форма или в бордов компютър. Трансмитер 2 е направен под формата на усилвателна верига на тръба с пътуваща вълна (TWT), на входа на която носещата честота на възбудителя се модулира във фаза от псевдослучайна последователност, образувана от кодов генератор и фазов манипулатор (Яковлев V.V., Fedorov R.F. Stochastic VM, L ., Машиностроене, стр. 147-153, 1974 г.). Честотата на повторение и продължителността на пробните импулси към предавателя се задават от синхронизатора 4. Импулсът, съответстващ на края на пробния импулс, се формира на управляващия изход на усилвателя на мощността, който служи като втори изход на предавателя, а изходът на сигнала на усилвателя на мощността формира първия изход на предавателя. Изходът на хетеродинната честота на възбудителя формира третия изход на предавателя, а изходът на кодовия генератор, на който кодовата последователност на промяната във фазата на носещата честота на всеки излъчван сигнал - u 1, формира четвърти изход на предавателя. Пример за изпълнение на предавател с фазово изместване и неговите съставни блокове е известен, например, от. Приемникът 3 е направен под формата на високочестотен усилвател, свързан последователно, миксер, чийто втори вход образува хетеродинен (трети) вход на приемника, усилвател на междинна честота (IFA) и видео усилвател. Опциите за изграждане на PJIC приемник с манипулиращ сигнал с фазово изместване са описани в. Важно обстоятелство е задължителното присъствие в приемника на автоматичен контрол на нивото на шума (BALL) и автоматичен контрол на усилването (AGC). Първият изход на приемника 3 е основният изход на видеоусилвателя, на който се формира последователност u 2 от сигнали, отразени от наблюдаваните обекти, вторият изход е изходът на веригата SHARU, на която се извежда аналогов (дискретен схема и е възможен цифров изход) се формира сигнал a w, чиято стойност е пропорционална на средната стойност (ниво) на интензитета на шума на отразените сигнали, третият изход е изходът на веригата AGC, на която се формира сигналът a c, пропорционален на средната стойност на интензитета на отразените сигнали. Бордовият компютър 6 е компютър с общо предназначение, който с разделяне на времето получава информация на шест входа и генерира информация или управляващи сигнали на съответните изходи от първия до седмия. Дадени са примери за цифрови компютри. По-специално може да се използва Micro PC от Octogon. Структурна схема на един от възможните варианти за изграждане на компютър 6 е показана на фиг.2. Тази структура е изградена с помощта на три интерфейсни магистрали 18, 19, 20 за обмен на информация, всяка от които чрез съответния контролер 21, 22, 23 за директен достъп до паметта е свързана със системната интерфейсна магистрала 24 памет и вътрешна интерфейсна магистрала 25 на процесора. Процесорът 26 е директно свързан към двете магистрали 24, 25, а паметта 27 (DZU) е свързана само към магистрала 24. Три адаптера 28, 29, 30 на външни устройства са свързани към първата интерфейсна магистрала 18 на информацията обмен, чрез който се осъществява комуникация с предстартовата конзола 9. подготовка (адаптер 29) и с автопилот 7 (адаптери 28 и 30). Адаптери 31, 32, 33 на външни устройства са свързани към втората интерфейсна магистрала 19, получавайки съответните сигнали на радарния координатор, които се подават към третия, четвъртия и петия вход на компютъра 6 и чрез група адаптери 34 ,...,40, външни устройства, свързани към третата информационна магистрала 20 и формиращи изходите на компютъра от втора до седма, съответните управляващи и информационни сигнали се предават към устройството за обработка на сигнали 5 на радарния координатор. Процесорът 26 контролира подготовката на програмите и тяхното поставяне в блока памет 27, инициира в определени моменти от времето чрез своя вътрешен интерфейс линия 25 и съответната линия за обмен на информация 18 (19, 20) работи с желаното външно устройство, като същевременно показва чрез контролера 21 (22, 23) директният достъп до паметта е мястото в блока памет 27, където се съхранява необходимата програма. След завършване на програмата обратната връзка от каналите се осъществява с помощта на софтуерно прекъсване също през вътрешната интерфейсна магистрала 25. Използването на горната структура осигурява увеличаване на изчислителната мощност на компютъра поради факта, че процесорът 26 прави не участва във входно-изходните операции, а само инициира работата на каналите и управлява логико-времевата диаграма на работата на компютъра. Има и други възможности за изграждане на бордови компютър и свързването му с външни устройства. Широко разпространен, например, компютър с опорен интерфейс (GOST 26765.52-67). Видът на комуникацията между компютъра и външните устройства обаче не е от основно значение за същността на изобретението. Автопилотът 7 или бордовата навигационна система е система от жироскопични инструменти (в най-простия случай, жироазимут, жирохоризонт и три жироинтегратора), които измерват изминатото разстояние в началната координатна система: X - посоката на полета, определена в началната точка, Y - височина на полета, Z - странично отклонение от вертикална равнина, съвпадаща с посоката на полета, определена в началната точка, или, с други думи, равнината на стрелба. Ако текущите координати Y t и Z t, измерени от автопилота при X t, се отклоняват от стойностите, определени от полетната задача, автопилотът автономно или с помощта на бордовия компютър подава управляващи сигнали към органите за управление, с с чиято помощ страничното отклонение от равнината на стрелба Z t = Z n и височината на полета Y t = Y n . Информацията, необходима за внедряване на автопилота, е дадена например в . Известно е също, че висотомерът често се използва за управление на БЛА във височина, чиито показания във вертикална равнина могат да бъдат по-точни от тези на жироинтегратора, но това няма значение за същността на изобретението. Поради тази причина следващото описание е ограничено само до разглеждане на управлението на безпилотно летателно средство в хоризонтална равнина. За настройка на програмата за движение на БЛА в страничната равнина често се използва нулевата настройка на жироскопичните инструменти в азимуталната равнина, съвпадаща с посоката към целта - (равнина на стрелба). В този случай автопилотът отработва смущения, намалявайки несъответствието Z (отклонение от равнината на стрелба) до нула. Пътят, изминат от UAV по оста X, в този случай съответства на текущото разстояние Dt от началната точка до UAV. Крайната точка на полета се задава от разстоянието Dk. Далекомерът 8 в разглежданата система е брояч на тактови импулси, идващи от втория изход на синхронизатора 4. Броячът се нулира и стартира чрез сигнал от втория изход на предавателя 2, който се подава към първия вход на далекомера 8. Изходът на брояча е изходът на далекомера 8. Изходният сигнал на далекомера в последователен или паралелен код носи информация за времето 3, което е изминало от края на радиационния импулс. Измерената дискретност или цената на най-малката цифра на брояча е например 0,1 μs, което съответства на разстояние от 15 м. усилвател, който генерира трионообразно напрежение с период на повторение на пробните импулси. В този случай стойността на изходния сигнал на далекомера 8 е пропорционална на времето, изминало от края на сондиращия импулс. Дистанционно 9 подготовка преди изстрелване и въвеждане на полетната задача е предназначена за проверка на изправността на всички бордови системи на UAV и въвеждане в компютъра 6 на полетната задача. Преди изстрелването на БЛА всички бордови устройства получават захранване от външен източник и въз основа на резултатите от тестовата проверка дават обратни сигнали за готовност (или неизправности), според които операторът решава дали БЛА може да бъде стартиран. След проверка на изправността на всички бордови системи и възли, полетната задача се предава в паметта на бордовия компютър 6 под формата на програма за траектория на полета. В същото време планираният маршрут се въвежда в табличен, аналитичен или смесен вид, посочен под формата на зависимости на координатите Y(X) и Z(X), където X е надлъжната координата в равнината на стрелба, Y е височината на полета, а Z е страничното отклонение от равнината на стрелба. С дистанционно управление 9 се задава първоначалното положение на автопилотните жироустройства, съответстващи на избраната равнина на стрелба. Освен това, с помощта на дистанционно управление 9, основните параметри на логико-времевата диаграма и режимите на работа на бордовото оборудване се въвеждат в бордовия компютър. Оборудване за предстартови тестове и ориентация на жироскопични инструменти е известно, например, от. Самата конзола представлява операторски терминал, който съдържа клавиатура, монитор и централно устройство за управление и комуникация, включително компютър, ДЗУ. RAM и адаптери, организирани в мрежа чрез интерфейсни магистрали. Пример за едно от възможните изпълнения на конзолата 9 е схемата на операторската конзола на бойната информационно-управляваща система на кораба. Филтърът за компресиране на сигнала 10, чиято блокова схема е показана на фиг. 3 съдържа регистър на паметта 41 и регистър за изместване 42, чиито изходи са побитово свързани към входовете на многобитов ИЛИ изключващ елемент 43, изходът на който формира изхода на филтъра за компресиране на сигнала 10. Входовете на регистрите 41 и 42 формират първия и втория вход на филтъра 10. Диаграмите, обясняващи работата на компресионния филтър, са показани на фиг.4, където е посочено: u 1 - кодова последователност за промяна на фазата на носеща честота на излъчения сигнал на първия вход на филтъра 10, u 2 - последователност отразени сигнали от видео изхода на приемника на втория вход на филтъра 10, u 3 - изходния сигнал на филтъра 10. Прагът устройство 11 е направено, например, под формата на компаратор - DC усилвател с диференциален вход без външна обратна връзка. Вторият му вход се подава със сигнал за ниво от изхода на блока 17 за формиране на прага, който определя нивото на прага на компаратора, а първият вход - сигналът u 3 от изхода на филтъра за компресия . Ако стойността на сигнала u 3 на изхода на филтъра за компресия е по-голяма от праговата стойност U pop, тогава изходът на праговото устройство 11 ще получи нормализиран сигнал с постоянна амплитуда с продължителност .
Устройството 12 за фиксиране на координатите е верига за съвпадение на сигнала за забавяне на времето 3, идващ от изхода на далекомера, и сигналите за ъгловото положение на антената a, идващи от сензорите за ъгъла на въртене на антената 1 , с управляващ сигнал - импулс от изхода на праговото устройство 11. При наличие на управляващ импулс се записват стойности в съответните изходни регистри на разстоянието до целевия обект Dц = c З /2 (с е скоростта на разпространение на електромагнитното излъчване) и ъгъл a (по същия начин, ако е необходимо, ъгъл a). С аналогова версия на системата, веригата за съвпадение може да бъде направена на пикови детектори, а в дискретно-цифрова версия - под формата на тригерни регистри. Броят на пиковите детектори или изходните регистри в устройството 12 за фиксиране на координатите се определя от максималния възможен (допустим за даден БПЛА) брой едновременно наблюдавани целеви обекти, сред които по определени характеристики (например по относителни позиция), определя се целевият обект, към който е насочен UAV. За UAV, задвижвани към радиоконтрастни точки или обекти, максималният брой възможни наблюдавани обекти е, например, 20. Това ограничава броя на изходните регистри на разстояние D и ъгъл a на наблюдение (наблюдение) на обекта. Превключватели 13, 14 и 15 са конвенционални двупозиционни релета (контактни електромеханични или безконтактни електронни). Управляващите входове на превключвателите 13 и 14 са свързани към втория изход на компютъра 6, а управляващият вход на превключвателя 15 е свързан към неговия шести изход. От тези изходи се издават команди за преминаване към режим на привеждане на БЛА към неконтрастен обект след радарно изследване. Нормално затворените контакти на превключвателя 13 превключват сигнала на кодовата последователност на промяната във фазата на сондиращия сигнал от предавателя 2 към входа на регистъра за съхранение 41 (първият вход на филтъра за компресиране на сигнала 10), и нормално отворените контакти на този ключ превключват към своя вход последователността на двоичния масив от измервания от третия изход на компютъра 6. Нормално затворените контакти на клавиша 14 превключват изхода на видеосигнала на приемника 3 към входа на регистъра за смяна 42 (вторият вход на филтъра за компресиране на сигнала 10) и нормално отворените контакти на този превключвател превключват към входа на регистъра за смяна 42 кодовата последователност на референтния двоичен масив от четвъртия изход на компютър 6 Нормално затворените контакти на превключвателя 15 превключват изходния сигнал на филтъра за компресиране на сигнала 10 към входа на праговото устройство 11, а нормално отворените контакти към входа на максималното затягащо устройство 16. Блок 17 на формирането на прага е направен съгласно схемата, показана на фиг.5, където е посочено:
44 - двупозиционно реле, 45 - мащабиращ усилвател, 46 - трипозиционно поляризирано реле, R 1, ..., R 8 - резистори. Двупозиционното реле 44 е предназначено да превключва към входа на мащабиращия усилвател 45 сигнала на средната стойност на интензитета на шума a w от втория вход на блока 17 за формиране на прага или (ако има сигнал за знак на режима на контролния вход) средната стойност на интензитета на сигнала a от третия вход на блока 17. Трипозиционно поляризирано реле 46 е предназначено за превключване на резистори във веригата за обратна връзка на усилвателя 45. Коефициентът на предаване на средния шум a w от вторият вход на блок 17 към неговия изход се определя от съотношението (R 5 + R 6) / (R 1 + R 3), а средната стойност на сигнала и c от третия вход на блок 17 към неговия изход в липсата на управляващ сигнал на четвъртия вход, съответно, чрез съотношението (R 5 +R 6)/(R 2 +R 3). При наличие на положителен управляващ сигнал на поляризираното реле 46, коефициентът на предаване на блока за формиране на прагове 17 се увеличава и съответства на съотношението (R 5 +R 6 +R 7)/(R 1 +R 3) и с отрицателен контролен сигнал, коефициентът на предаване намалява и е равен на отношението R 7 /(R 1 + R 3). Резисторът R 8 е необходим, за да се предотврати претоварването на усилвателя 45 в моментите на отваряне на контактите на релето 46. Стойността на сигнала на изхода на блока 17 за формиране на прага определя стойността на прага U изскачане на праговото устройство 11. Устройството за максимално фиксиране 16 може да бъде реализирано в аналогова или цифрова форма. Пример за неговото изпълнение в аналогова форма е показан на фиг.6, където: 47 - операционен усилвател, 48 - диференциален усилвател, R 9 ,..., R 14 - резистори, D 1 - диод, C 1 , C 2 - кондензатори. Устройството за максимално затягане 16 съдържа последователно свързан пиков детектор (D 1), интегрираща верига R 9 C 1, съгласуващ операционен усилвател 47, коефициентът на усилване на който се определя от съотношението R 11 /R 10, диференцираща верига C 2 R 12, резистор R 13 и съвпадащ диференциален усилвател 50. Прагът на усилвателя 50 се определя от величината на преднапрежението, което може да се използва като захранващо напрежение на усилвателя, и съотношението R 14 / R 15. Входът на устройството 16 за фиксиране на максимума е входът на детектора D 1, а изходът е изходът на диференциалния усилвател 50. В зависимост от вида на целевия обект (радиоконтраст или нерадиоконтраст) , системата за управление на безпилотния летателен апарат работи в един от двата режима на насочване, които се задават като знак на режима и се въвеждат в полетната задача преди старта на БЛА от дистанционното управление 9 за предстартова подготовка и въвеждане на полетната задача. В режим на привеждане на БЛА към радиоконтрастен обект (в полетната задача Mode = 1) няма управляващи сигнали на втория и шестия изход на компютъра 6, на петия изход няма управляващ сигнал на знак за режим, на седмия изход има сигнал за настройка на мащаба, а третият вход на компютъра 6 не получава сигнал от устройството 16. Привеждането на UAV до целевия обект се извършва с помощта на радарен координатор, който в този режим действа по следния начин. Антена 1 сканира пространството пред UAV. Предавателят 2 с даден честотен синхронизатор 2 излъчва сондиращи импулси с фазово изместване. Кодът на последователността за промяна на фазата на носещата честота u 1 през нормално затворените контакти на превключвателя 13 влиза в регистъра на паметта 41 на филтъра за компресиране на сигнала 10 и се съхранява в него. Вторият вход на филтъра 10 получава видеосигнал от първия изход на приемника 3, който е последователност от сигнали u2, актуализирани чрез изместване на всяка времева стъпка. При продължителност на един дискретен пробен импулс = 1 μs, честотата на обновяване е 1 MHz, а при продължителност 0,1 μs, съответно, 10 MHz. При продължителност на сондиращия сигнал T=40 μs и = 0,1 μs, броят на клетките на регистрите 41 и 42 е 400. Сигналите на регистрите 41 и 42 се сравняват паралелно за всяка двойка клетки и сумата от съвпаденията определя стойността на сигнала u 3 на изхода на филтъра за компресия 10. Максималната стойност на изходния сигнал u 3 ще бъде в момента, когато модулацията (клавиша) на приемащия сигнал съвпада (по-точно, ще има максимално съответствие) със сондиращия сигнал. След това изходният сигнал от филтъра за компресиране на сигнала 10 през нормално затворени контакти на превключвателя 15 се подава към входа на сигнала на праговото устройство 11, в което се сравнява със стойността на нивото U pop, зададена от блока за генериране на прагове 17 . Ако стойността на сигнала u 3 на изхода на филтъра за компресиране е по-голяма от праговата стойност U pop, тогава изходът на праговото устройство 11 ще бъде нормализиран сигнал с постоянна продължителност на амплитудата.
Стойността на прага U откриване на поп сигнал, над който сигналът се счита за открит, се определя от даденото ниво на фалшива аларма, като се оценява a w - средното ниво на интензитет на получения шум. Веригата BALL на приемника 3 регулира усилването на приемника, така че средната стойност на шума да е предварително определена стойност, т.е. поддържа постоянна стойност на w. Съотношението U pop /a w се определя предварително въз основа на анализа на закона за разпределение на амплитудата на шумовите емисии и е около 8-10, тъй като вероятността за фалшива аларма е зададена на малка стойност от 10 -5 -10 - 6. По този начин стойността на нивото на работа на праговото устройство в режим на откриване на отразени сигнали е свързана със сигнала на BALL чрез коефициент на мащабиране. Например, ако BALL сигналът, равен на средната стойност на шума на приемника, е 0,1 V, тогава праговата стойност на откриване ще бъде 1 V. Тази прагова стойност се преобразува във входното ниво на праговото устройство 11 през нормално затворения контакти на релето за включване и изключване 44 и мащабиращия усилвател 45 на блок 17 за формиране на праг. Устройството 12 за фиксиране на координатите записва стойностите на разстоянието и ъгловото положение на сигналите от обекта или елементите на обекта, които надвишават праговото ниво, и предава тези стойности на четвъртия и петия вход на компютър 6. В компютър 6 се анализира относителната позиция на отразените сигнали по разстояние и ъгъл, след което се определят координатите на желания обект, например по протежение на центъра на тежестта на наблюдаваната двуизмерна решетка, както е показано на фиг. 7, където са посочени:
- ъгъл на сканиране на антената в хоризонталната равнина;
c - центърът на зоната на сканиране, съвпадащ с надлъжната равнина на БЛА;
в - посока към обекта - цел;
D - разстояние; D c - разстояние до обекта - целта. Сив цвят на фиг.7 показва зоната на параметрите D и , където се извършва търсенето, откриването и проследяването на целеви обекти. За координати на целта D c, c се приема "блестяща" точка (елемент на разделителна способност с отговора на сигнала, най-близък по координата до "центъра на тежестта" на наблюдаваните сигнали в равнината D, ). 
където n е номерът на открития сигнал (обект или негов елемент);
N е броят на откритите сигнали в едно изследване. Координатите на обекта-цел X c, Z c в изходната координатна система се определят от отношенията:
X c \u003d X t + D c cos ( c);
Z c \u003d Z t + D c sin ( c).
Ако е известно, че обектът, определен за UAV, е неподвижен, тогава измерените координати X c, Z c се сравняват с координатите на полетната задача и ако се различават, текущите програмни координати X и Z се заместват в BEVM 6 със съответните измерени стойности:
X t \u003d D c cos( c);
Z t \u003d D c sin ( c).
Сесиите за преглед и измерване на координатите на даден обект могат да се повтарят до малко разстояние, където се получава заслепяване на радарния координатор. Ако обектът, определен за довеждане на UAV, е подвижен (например плаващ кораб в беда), тогава законите за самонасочване, дадени например в. В режим на привеждане на БПЛА в определената точка на земната повърхност, неговият полет се извършва по програмата на автопилота и съответно с неговите грешки, които имат два основни компонента: собствени грешки на автопилота поради естественото „напускане“ на жироскопите и грешката в обвързването на местоположението на даден обект и стартовата площадка на БПЛА, които са стотици метри при далечина на полета няколко десетки километра. Предложената система за управление позволява да се компенсират всички посочени компоненти на грешките при самонасочване на БЛА. Това се постига по следния начин. Взема се част от топографската карта на мястото, където се намира посоченият обект и се ориентира спрямо посоката на полета на БПЛА (например оста X е отдолу нагоре, а оста Z е отляво надясно) . Размерът на тази площ се определя от съотношенията:
X e \u003d X an + X zi + D;
Z e \u003d Z an + Z ei + (Dk-D 1),
където X e, Z e - размерите на зоната на картата по надлъжната X и напречната ос Z;
Х ap, Z ap - максимални грешки при привеждане на БЛА в дадена точка без участието на координатора;
X zi, Z ei - размерът на площта на предложените измервания на интензитета на радарните отражения;
D е размерът на разделителния елемент на бордовия локатор по отношение на разстоянието;
D 1 - прогнозно разстояние на включване на локатора;
Dk е изчисленото разстояние от началната до крайната точка на референтния UAV;
- ъглов размер на диаграмата на излъчване на антената в хоризонталната равнина. Този участък от топографската карта се преобразува в панела за подготовка и управление 9 в радарна карта за параметрите на бордовия локатор (, D, Dk - D 1 и H - височина на полета). На топографската карта се разграничават зони, участъци или отделни обекти с известни геометрични характеристики (релеф, геометрични размери на характерни елементи, например сгради, "скокове" в разстоянието, причинени от релефа и засенчване на по-отдалечени области от близки обекти) и отразяваща способност, която влияе върху интензитета на отразения сигнал. Геометричните характеристики на терена са най-прости, добре проучени и широко използвани, особено в райони със силно пресечен терен. Топографската карта в зоната, където е възможно да се намери желаният обект, е разделена от равномерна решетка на елементи с линейни размери, равни или по-малки от линейната разделителна способност D. Ако елементът на картата има еднаква повърхност, неговият коефициент на отражение се определя по съответната стойност от таблицата или графиките. При нехомогенна повърхност в един елемент неговата отражателна способност S neg се намира като обща стойност върху площта S. 
където n е броят на повърхностите с площ S i, с постоянен коефициент на отражение k i. Липсата на информация за отражателната способност на значими зони или обекти в разделителния елемент води до необходимостта да се изключи активното им участие в процеса на идентификация и да им се присвои индексът "липса на стандарт". Техниката за преобразуване на топографска карта в карта на интензитета на отражение е дадена в. Реалният интензитет на отраженията варира в широк диапазон (в диапазона 80-100 dB), така че радарната карта обикновено се изпълнява като двумерен масив X e Z e от осембитови числа bi, j. В предложената система радарната карта се преобразува в двоичен масив b(m,n) със същото измерение чрез прагове на всеки елемент. Ако bi,j>U pop, тогава на изхода на устройството за двоична обработка b i,j =1, в противен случай b i,j се приемат равни на нула. Естествено, масивът на двоичната карта ще се промени значително, когато стойността на прага U pop се промени. Праговата стойност на интензитета на отраженията е избрана така, че след определяне на прага да се получи двоична карта със съотношението на числата нули и единици, близки до единица. Както показват резултатите от симулацията, такава карта осигурява най-голяма граница на доверие в правилното свързване на измерената решетка с референтния радар и съответно с топографската карта на района. Стойността на този праг се определя с помощта на итеративна процедура за преброяване на броя на единиците в двоичен масив, сравнявайки го с половината от общия брой елементи в референтната радарна карта и последователно променяйки стойността на U изскача нагоре, ако броят на единици надвишава половината от масива и надолу, ако числовите единици са по-малко от половината от масива. Поради факта, че стойността на оптималния праг U por за формиране на двоична карта в много случаи не съвпада със средната стойност на интензитета на радарната карта, допълнително определяне на съотношението k p на праговата стойност Unop до средната стойност на интензитета на отраженията върху радарната карта b c, т.е. k p \u003d U pop / b s. И така, в допълнение към споменатите по-рано параметри на траекторията на полета, бордовият компютър 6 се предава от контролния панел 9 заедно с масива b(m,n) (например с размери 50x50) от двоичните стойности на еталонната радарна карта, стойността на коефициента kn, знака на режима на работа (навеждане на БПЛА до нерадиоконтрастен обект) и стойността на разстоянието Dк-D1, за което е определена еталонната двоична карта. В режим на привеждане на БПЛА до нерадиоконтрастен обект (Режим=2) системата за управление на БЛА работи по следния начин. След изстрелването на БПЛА на разстояние Dk-D2 до предвиденото местоположение на даден целеви обект, радарният координатор се включва в режим на изглед в сектора на хоризонталната равнина.
\u003d (Dk-D2) / Ze,
и за разстояние D - в диапазона (Dk-D2) X e / 2
и по AGC сигнала на приемника се определя ac - средното ниво на интензитет на отразените сигнали. Съгласно сигнала за знак на режим на контролния вход на двупозиционното реле 44 на блока за формиране на прагове 17, неговите нормално затворени контакти се отварят, превключвайки първата сигнална верига (сигнал a w) към входа на усилвателя 45 и втората сигнална верига е затворена от сигнала a c. Големината на средното ниво на интензивност на получените сигнали и с се определя от стойността на U pop 2 на нивото на работа на праговото устройство 11, което също зависи от стойността на управляващия сигнал на входа на настройката скала на трипозиционното поляризирано реле 46, идващо от седмия изход на компютъра 6:
U тогава 2 = a c kp. Разстоянието D2 се избира по-малко от D1 от количеството на движение на UAV по време на един или два цикъла на проучване, което е необходимо за установяване на сигнал на изхода на AGC, т.е. със стойността на 3TV, където T е времеконстантата на AGC (0,5 - 1 s), а V е скоростта на надлъжното движение на БЛА. На разстояние Dk - D1 до предложеното място на даден обект в праговото устройство 11 се задава прагът U пора 2, а при следващия цикъл на изследване се създава двоичен масив от измервания на сигналите U и (, D) отразен от повърхността се формира, чийто размер съответства на размера на сондиращия сигнал и броя на клетките на филтърните регистри 10 компресия. В този случай броят на клетките на филтъра за компресия може да бъде два пъти по-голям от броя на квантите в сондиращия сигнал с фазово изместване, за да компенсира квадратурния компонент на сигнала. В разглеждания пример това е числото 400, т.е. за двадесет стойности на ъгловото положение на антената с разделителна способност
\u003d D / (Dk-D1),
където D е разделителната способност на радарния координатор по отношение на разстоянието, е ъгловото изместване на антената по азимут за един период на сондиращите импулси и измерване на двадесет стойности на интензитета на сигнала по разстоянието с дискретност D. Устройството 12 за фиксиране на координатите формира за компютъра 6 масив A (i, j) от измервания, присвоявайки на всеки елемент съответната стойност на ъгъла i на въртене на антената и разстоянието D j, подобно на начина, по който се прави в първи режим на работа за контрастен обект. В компютъра 6 координатите i и D j на масива A(i, j) се преобразуват в числа на линейни координати по осите X и Z. На i-тите числа се присвоява i-тото число по оста Z , а на j-то число D се присвоява j-то число по оста X. В разглеждания пример това са числа от първо до 20. В същото време тази операция не изисква допълнителни разходи за софтуер или хардуер в компютър 6. Единственото ограничение е съотношението (Dk-D1)/(20D), което трябва да бъде повече от 10, тогава посочените промени в координатите са допустими. След получаване на двоичния масив от измервания A(i, j), компютърът 6 издава от втория си изход команда към управляващите входове на превключвателите 13 и 14, като по този начин променя позицията на превключваните от тях контакти и свързва регистрите 41 , 42 на филтъра за компресиране на сигнала 10 с третия и четвъртия изход на компютъра 6. Веднага след това (със закъснение, достатъчно за работа на превключвателите 13, 14) от третия изход на компютъра 6 към регистъра за съхранение 41 на компресионен филтър (вместо модулационния код на сондиращия сигнал), последователността на двоичния масив от измервания A (i, j) и регистърът за смяна 42 (вместо видео сигнала от изхода на приемника) получава от четвърти изход на компютъра 6 последователността на референтния масив B(i,j) със същото измерение, образуван от референтния масив b(m,n) чрез последователно изброяване и изрязване на матрицата на размера на измервателния масив ( 20x20) от матрицата на референтния масив (в нашия пример размерът му е 50x50). Алгоритъмът за формиране на масива B(i,j) е представен в края на описанието. По този начин подредени (подобно на измерения масив) двоични последователности от фрагменти на референтната карта се появяват последователно в регистъра за смяна 42 на филтъра за компресия, които се сравняват с измерения масив, разположен в регистъра за съхранение 41. Резултатите от сумирането на съвпаденията от стойностите на сигнала в регистрите 41 и 42 от изхода на филтъра за компресия през нормално отворения контролен сигнал от шестия изход на компютъра 6, контактите на превключвателя 15 се подават към устройството 16 за фиксиране на максималния сигнал . Броят на циклите на актуализиране на масива B(i,j) е равен на произведението (M-I)-(N-J). Устройството за максимално затягане 16 улавя стойността на изходния сигнал U 3 на филтъра за компресиране на сигнала 10 на всяка стъпка, като запаметява стойността му, ако надвишава предварително запаметената стойност на този сигнал, т.е. изпълнява алгоритъма:
ако текущата стойност U 3 >U запомнена, тогава U запомнена = U 3, като едновременно с това се изпраща фиксиран сигнал Uf към третия вход на компютъра 6, където се съхранява номерът на мярката, на която това се е случило спрямо началото на референтният масив се изпълнява и номерът n f му е присвоен. По този начин устройството за максимално фиксиране 16 запомня една максимална стойност на сигнала на изхода на филтъра 10 от цялата проба (M-I) ((N-J), а компютърът 6 фиксира номера на последния цикъл n f, на който този максимум на масива през филтъра за компресиране 10 в компютър 6, числото nf определя еднозначно местоположението на измерения масив върху референтната карта. долната лява точка на референтната карта в разделителните елементи i cm и j cm се определя от следните отношения:
i cm \u003d F (n f / (M-I));
j cm \u003d E (n f / (M-I)), (2)
където F() е функция на целочислен аргумент, E() е функция на целочислен аргумент. Грешката Hosh при привеждане на UAV до дадена точка на измервателното разстояние D1 в надлъжната равнина е
X osh \u003d (i cm + (M-I) / 2) x, (3)
и в напречната равнина
Z osh \u003d (j cm + (N-J) / 2) z, (4)
където x, z са стойността на елемента на разделителна способност в надлъжната и страничната равнина, м. В следващите примери за симулация, за числени оценки на точността и надеждността на определяне на координатите на въздухоплавателното средство спрямо наблюдаваната зона, разделителната способност в надлъжната и страничната равнина се приемат за еднакви и равни на разделителната способност на разстоянието, x =z=D. Като се вземат предвид откритите грешки, програмните стойности на зададената траектория на полета на БЛА се коригират, подобно на това, което се прави в предишния режим на насочване към контрастна цел, т.е. текущите програмни стойности на X и Z се сумират с Xosh и Zosh със съответния знак. Например, коригираната sk посока към дадена референтна точка на UAV се определя от следната връзка:
и разстоянието Dsk до коригираната крайна точка за насочване на UAV за падане на полезен товар:
Dsk \u003d Dk-X OSH. (6)
Такава корекция на програмата за автопилот позволява да се компенсират дрейфовете на жироскопа и неточностите при привързването на мястото за изстрелване на БПЛА към даден обект. За по-нататъшно обяснение на функционирането на системата за управление на БПЛА на Фиг. 8 е показана логико-времевата последователност от стъпки в режима на привеждане на БЛА към нерадиоконтрастен обект. Етапите са посочени на фиг.8 позиции I,II,...,X. I - извикване на топографска карта на района от паметта на компютъра (или въвеждането й чрез устройство за въвеждане на графична информация, например с помощта на скенер) и преобразуването й в карта на интензитета на радарните отражения съгласно описания по-горе метод. Този етап от работата може да се извърши предварително в лабораторията или в сервизна организация от по-високо ниво. II - определяне на позицията и размерите на участъка Х e, Z e на възможен преглед от радарния координатор от условията на излитане на жироскопични инструменти и неточността на "свързване" на началната точка на БПЛА и крайната точка на гласове. Ill - формиране на двоичен масив от референтната карта b(m,n) с размерност 50x50 елемента (за примера, разгледан по-горе) и стойността на коефициента kp. IV - транслация от конзола 9 към блок памет 27 на компютър 6 чрез първия му вход:
- знак за режим на работа при нерадиоконтрастни обекти;
- масив b(m,n);
- коефициент kp;
- програми за автопилот (в най-простия случай посоката на самолета за стрелба, височината на полета и обхвата на полета до точка на разстояние D1 до необходимата референтна точка на БПЛА, в която координаторът на бордовия радар измерва масива Ai,j на интензитета на радарни отражения). V - старт на БПЛА и неговия полет на разстояние D2 до планираната крайна цел. Тук, чрез първия изход на компютъра 6, параметрите на траекторията на програмата се съобщават на автопилота 7 в координати, свързани с мястото на изстрелване Xp, Zp и Yp. В най-простия случай програмираната траектория на полета се дава от постоянни стойности на посоката на полета в хоризонталната равнина и височината на полета над земята (или височината на полета спрямо мястото на изстрелване). Автопилот 7, използвайки своите сензори, определя истинската стойност на посоката и височината на полета (с присъщата им грешка), сравнява техните стойности с програмните стойности и управлява органите за управление на UAV по такъв начин, че да намали това несъответствие до нула. Така се осигурява движението на БПЛА по програмната траектория. От автопилота 7 към компютъра 6 по втория вход се получават текущите координати Xt и Zt на движението на БЛА спрямо началната точка. Ако избраната равнина на стрелба съвпада с оста X и отклоненията от нея Zt са малки (в рамките на изчислената грешка), тогава разстоянието Dt, прелетяно от БЛА, се приема равно на Xt. Скоростта на изменение на Xt в този случай съответства на скоростта V на надлъжното движение на БЛА. Скоростта V може да бъде подадена на компютъра 6 от автопилота като независим параметър във втория вход или допълнително изчислена в процесора 26 като съотношението на увеличението на координатата Xt за известен интервал от време t. Въз основа на изчислената или измерена скорост на полета V на UAV, процесорът 26 изчислява стойността на разстоянието D2=D1-3VT (където Т е времевата константа AGC на приемника на радарния координатор) и го сравнява с текущото разстояние Dt. VI - когато Dt достигне стойността на D2, радарният координатор се включва чрез захранване на електронните му блокове (системата за захранване не е показана на фигура 1). По време на полета от D2 до D1 координаторът инспектира сектора в хоризонталната равнина от нулевата позиция на антената, съвпадаща с равнината на стрелба, до крайната лява позиция на измервателния сектор l. В този случай, например, l \u003d m / 2. През това време се определя средната интензивност на отраженията (сигнал ac на третия изход на приемника 3). На разстояние D1 (спазено е условието Dt=Dl), на петия изход на компютъра 6 се появява сигнал +U от знака за режим (постоянно напрежение, сигнализиращо за превключване на режима на детекция на сигнала към режим на формиране на измервателна матрица ), според което прагът на откриване се превключва (от U pop към стойност U pop 2) в праговото устройство 11, като се използва блок 17, формиращ прага. Стойността на коефициента kp се предава през седмия изход на компютъра 6 в аналогова форма към четвъртия вход на блока за генериране на прагове 17, където в зависимост от неговия знак съпротивлението във веригата за обратна връзка на усилвателя 45 намалява или се увеличава , което впоследствие определя прага за двоична обработка на измерения масив. VII - на разстояние D1, отразеният сигнал се измерва на видео изхода на приемника 3 в I кванти на разстояние и в J ъглови позиции на антената (в разглеждания пример I = J = 20) и се присвояват стойности 0 или 1 (когато нивото на сигнала надвишава U pop 2 в праговото устройство 11). Устройство 12 фиксира стойностите на j-тия ъгъл на въртене на антената и стойностите на i-то забавяне 3, съответстващо на разстоянието Di на отразяващия елемент ai, j. Стойностите на Di и i се подават към 4-ия и 5-ия вход на компютъра 6 и се натрупват в неговия блок памет 27. След един цикъл на сканиране в паметта на компютъра се формира двоичен двумерен масив Ai,j. VIII - след края на формирането на масива Ai,j, което се определя чрез преброяване на броя на сондиращите импулси на радарния координатор, пристигащи на 6-ия вход на компютъра 6, на втория изход на компютъра 6 се появява команда под формата на постоянен потенциал, който се подава към управляващите входове на превключвателите 13 и 14. Чрез тази команда превключвателят 13 свързва регистъра за съхранение 41 на компресионния филтър 10, свързан преди това с предавателя 2 на радарния координатор , към третия изход на компютъра 6, а превключвателят 14 свързва регистъра за смяна 42 на компресионния филтър 10, свързан по-рано към първия изход на приемника 3 на радарния координатор, с четвъртия изход на компютъра 6. От двумерния масив Ai,j на четвъртия изход на компютъра 6 се формира едномерна последователност чрез последователно четене от масива Ai,j на i-тата колона. Тази последователност (IJ) от третия изход на компютъра 6 се подава през нормално отворените контакти на превключвателя 13 към регистъра за съхранение 41 на компресионния филтър 10 и се съхранява в него. От референтния масив b(m, n), разположен в блока памет 27 на компютъра 6, процесорът 26 формира извадка B (i, j) съгласно алгоритъма (1) и под формата на едномерна последователност (IJ) през четвъртия изход на компютъра 6 и превключвателя 14 влиза в регистъра за смяна 42 на филтъра за компресия 10. В съответствие с алгоритъма (1) последователността b(m,n) се актуализира (M-I)( N-J) пъти. След формирането на всяка нова последователност b(m,n), на шестия изход на компютъра 6 се генерира импулсен сигнал, който се подава към управляващия вход на превключвателя 15, през който се предава изходният сигнал на компресионния филтър 10. се предава на устройството 16 за фиксиране на максимума на този сигнал за целия период на обработка. IX - Фиксираният номер Uf на сесията за сравнение, при който сигналът на изхода на филтъра за компресиране е най-голям, определя необходимите корекции на програмните стойности Xts и Zts (формули (2)-(5)) до коригирайте по-нататъшния полет на UAV. X - Когато се достигне коригираното местоположение на целевата точка на UAV, системата за управление издава команда към изпълнителните механизми за освобождаване на полезния товар. Фигура 9 показва увеличена диаграма на алгоритъма на работа на компютъра 6 и дистанционното управление 9 за привеждане на БЛА в нерадиоконтрастна точка на земната повърхност. Оценката на качеството на привеждане на БПЛА в дадена точка може да се направи с помощта на две координати поотделно в единици на разделителните елементи i и j или в метри, съответно xi и zj. В този случай максималната разделителна способност се приема както за X, така и за Z координати, т.е. x=z=D. Обща грешка в единици разделителни елементи:
или в метри: 
Тъй като грешката при позициониране на UAV е случайна променлива, която зависи от голям брой зависими и независими случайни фактори, препоръчително е да се оцени средната и максималната грешка на свързване. Възможна е и вероятностна оценка за намиране на грешката в дадените граници. Тези оценки, които са достатъчни за характеризиране на обичайните измервани параметри, не дават пълна представа за качеството на ориентация при наличие на локални екстремуми на опознавателния знак, съизмерими с глобалния екстремум. В този случай е необходимо допълнително да се въведе показателят Sp - маржът за точност или надеждност на определяне на глобалния екстремум на идентификационния признак в%, определен от следното съотношение:
Sp \u003d 100 * (Pr 1 - Pr 0) / Pr,
където Pr - средната стойност на критерия върху цялата анализирана площ на референтната карта;
Pr около - стойността на критерия в близост до желаната точка, съответстваща на глобалния екстремум; Pr 1 - стойността на знака за идентификация в точката на локалния минимум, най-близка по величина до стойността на Pr 0 . Ако локалният екстремум се определя глобално поради грешките на измервателния уред или стандарта (това е възможно при малки стойности на маржа C и значителни грешки на измервателния уред), тогава няма смисъл да се оценява грешката при определяне на местоположението на БЛА по посочения критерий. Статистическата му оценка в сравнение с влиянието на други видове грешки не е правилна (превишава влиянието на други фактори с порядък или повече). В този случай е необходимо да се оцени вероятността от неправилно определяне на глобалния екстремум като съотношение на броя на грешните определяния на екстремума към общия брой статистически тестове. Горепосочените критерии за оценка на качеството на свързване на БПЛА с терена се определят от метода на статистическото моделиране за конкретни участъци от референтната карта и параметрите на бордовия локатор. Примери за промяна на тези критерии за група промишлени сгради са показани на фиг.10, а за парцел с храсти, ливади, пътища от различни класове и резервоари са показани на фиг. 11. В същото време посочените опорни точки на UAV (11 точки, чиито номера са посочени на хоризонталната ос на графиките на фиг. 10 и фиг. 11) бяха избрани според възлите на еднаква решетка с стъпка от 200 м. Скалата на референтната грешка в метри (вдясно) и скалата на границата на достоверност C в проценти. Дадените стойности на грешките и границите на достоверност са получени при следните условия на статистическо моделиране:
- непознаване на средните стойности на отражателните способности в рамките на 10 dB,
- колебания на отраженията в интензитета в рамките на 20 dB,
- пространствени колебания на отраженията в рамките на 30 m,
- грешка в коефициента на затихване на радиацията в атмосферата 10 dB,
- динамичен обхват на приемника 60 dB,
- зона на измерване на радарни отражения 300300 m,
- зони на грешка за привеждане на автопилота на UAV до дадена точка на включване на бордовия координатор в надлъжната и напречната равнина от 450 м. Законът за разпределение на всички грешки в посочените диапазони по време на моделирането се приема за еднакъв. Въз основа на резултатите от симулацията може да се твърди, че грешките при довеждането на БЛА до даден обект и точка от земната повърхност са намалели с порядък. Без използването на предложените модификации системата осигурява максимална грешка от 450 м. С модификации - 40 м. Както се вижда от графиките, не всички участъци от разглежданите теренни участъци са еднакво подходящи за точно центриране на БЛА. На 9-та секция на първата диаграма и 5-та секция на втората диаграма, грешките на редукция са големи и малки граници на надеждност. Ако е необходимо да се приведе БПЛА в тези зони, препоръчително е да се зададат съседни зони за преглед от бордовия локатор (10-ти за първия участък и 6-ти за втория). В този случай е необходимо да се добави разликата в координатите на дадена точка, например точка 5 (X5, Z5) от втория график и точка 6 (X6, Z6) от първия график, към изчисления UAV стойност на отместване (Xosh, Zosh). В противен случай работата на системата е подобна на описаната по-рано. По този начин горните резултати потвърждават възможността за използване на предложената система за управление на UAV за нейното високо прецизно намаляване както на радиоконтрастни, така и на нерадиоконтрастни цели. Използвайки горното описание и чертежи, предложената система може да бъде произведена с помощта на известна елементна база и известна технология, което определя индустриалната приложимост на предложеното изобретение. Библиография
1. RF патент 2062503, IPC G 05 D 1/04, B 64 C 19/00, публикация 20.06.96 г. 2. Максимов M.V., Gorgonov G.I. Радарни системи за самонасочване. М.: Радио и комуникация, 1992. 3. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корелационно-екстремални системи. М.: Сов.радио, 1974. 4. Белецки В.К., Юриев А.Н. Корелационно-екстремни методи на навигация. М.: Радио и комуникация, 1982. 5. Левин В.Л. Обработка на информация в оптични системи за пеленгиране. М.: Машиностроение, 1978. 6. Кузовски С. Ф. Корелационно-екстремални системи. К.: Наукова Думка, 1973. 7. Шаров С. И. Основи на проектирането на координатори на системи за управление на движещи се обекти. Държавно образувание на СССР, 1990 г., прототип. 8. RF патент 2114444, IPC G 01 S 13/44, публикация 27.06.98 г. 9. RF патент 2124221, IPC G 01 S 13/42, публикация 27.12.98 г. 10. RF патент 2083995, IPC G 01 S 13/42, публикация 10.07.97 г. 11. Л. Н. Преснухин, В. А. Шахнов и В. А. Кустов, Рус. Основи на проектирането на микроелектронни компютри (учебник). Москва: Висше училище, 1976. 12. Смолов В.Б., Барашенков В.В., Байков В.Д. и др. Специализирани цифрови компютри (учебник). М.: Висше училище, 1981. 13. Боднер В.А. Системи за управление на летателни апарати (учебник). М. : Машиностроение, 1973. 14. Андреев В.Д. Теория на инерционната навигация. Автономни системи. М.: Наука, 1966. 15. Инерционна навигация / изд. К.Ф. O "Donnell. М .: Наука, 1969. 16. Липтън А. Изложба на инерционни системи на подвижна основа. М .: Наука, 1971. 17. Репников А.В., Сачков Г.П., Черноморски А.И. Жироскопични системи (счетоводно ръководство), М. .: Машиностроение, 1983. 18. Патент RF 2163392, IPC G 06 F 15/16, публикация 20.02.2001 19. Степанов Ю. Г. Антирадарно маскиране, М.: Съветско радио, 1968. 20. С. Н. Шаров, “ Някои възможности на лазерен радар за ориентиране на движещ се обект на земята,” Сборник на BSTU, Въпроси за подобряване на качеството на управление на трафика, брой 1, 1995 г.
Иск
Система за управление на безпилотен летателен апарат, включващ автопилот, чийто вход и изход са свързани съответно към първия изход и втория вход на бордовия електронен компютър (ECM), чийто първи вход е вход за свързване към панела за предстартова подготовка и въвеждане на полетната задача и радарен координатор с фазово изместващ сондиращ сигнал, който съдържа антена, свързана чрез сигнален вход и изход към предавателя и приемника и кинематично свързана към антенното задвижване , синхронизатор, далекомер и устройство за обработка на сигнали, което включва филтър за компресия на сигнала, прагово устройство и устройство за фиксиране на координати, чиито входове са от първия до третия, свързани съответно към изхода на праговото устройство , изходът на далекомера и информационният изход на задвижването на антената, а изходите, на които се формират стойностите на разстоянието и ъгловото положение на отразените сигнали, са свързани към четвъртия и петия вход на компютъра, чийто вход и вход на предавател са свързани към първия изход на синхронизатора, предаващ импулсна последователност с честотата на сондиране, чийто втори изход, предаващ последователност от синхронизиращи импулси, е свързан към втория вход на далекомера, първия вход от които и входът на приемника са свързани към втория изход на предавателя чрез сигнала за края на сондиращия импулс, чийто хетеродинен изход е свързан към хетеродинния вход на приемника, характеризиращ се с това, че три превключвателя са допълнително въведени в устройството за обработка на сигнали, устройство за максимално фиксиране и единица за формиране на праг, чиито контролни входове са свързани съответно към петия и седмия изход на компютъра, изходът е свързан към входа на нивото на праговото устройство, и съответните сигнални входове - към изходите на приемника, които формират средната стойност на интензитета на шума и средната стойност на интензитета на отразените сигнали, кодовият изход Кодът на предавателя и изходът на видеосигнала на приемника са свързани съответно към първите сигнални входове на първия и втория превключвател, чиито контролни входове са свързани към втория изход на компютъра, а вторите сигнални входове са свързани към третият и четвъртият изход на компютъра, съответно, от които последователността на двоичния масив от измервания и последователността на референтния двоичен масив, първият и вторият вход на филтъра за компресия на сигнала са свързани към изходите на първия и втория превключватели, съответно, и неговият изход е свързан към сигналния вход на третия превключвател, чийто контролен вход е свързан към шестия изход на компютъра, а съответните изходи са свързани към сигналния вход на праговото устройство и сигнала вход на устройството за фиксиране на максимума, чийто изход, предаващият сигнал, характеризиращ местоположението на двоичния масив от измервания върху референтната карта, е свързан към третия вход на компютъра.
Предложената група изобретения се отнася до военната техника, по-специално до системите за управляемо оръжие и ракетно-артилерийско оборудване с глави за самонасочване. Техническият резултат е увеличаване на вероятността за поразяване на цели чрез осигуряване на необходимия ъгъл на приближаване на ракетата към равнината на хоризонта в целевата зона до момента на улавяне на радиация от целта. Това се осигурява от факта, че в известния метод за изстрелване на ракета в зоната за улавяне на целта чрез глава за самонасочване, която включва изстрелване на ракета по балистична траектория до дадена височина, изчисляване на ъгловите координати на линията ракета-цел, в съответствие с който до момента на улавяне на радиация от целта се формират команди за управление UY, UZ във вертикалния и хоризонталния канал за управление, пропорционални на ъгловите скорости на линията ракета-мишена, новото е, че едновременно с изчисляването на ъгловите координати на линията ракета-мишена, разликата между изчислената ъглова координата λY във вертикалната равнина и необходимия ъгъл на подход λTP към равнината на хоризонта в района се определя захващане на целта от главата за самонасочване и до генерирания управляваща команда във вертикалния канал UY добавя команда, пропорционална на ъгловата разлика: (λY-λTR)⋅Kλ, където Kλ е коефициентът на пропорционалност, определен от условието за осигуряване на стабилност на процеса на регулиране на ъгловото положение на ракетата- целева линия. Предложеното устройство включва последователно свързан изчислителен блок, първия блок за изваждане, първия усилвател, втория блок за изваждане, свързани последователно, втория усилвател, интегратора, чийто изход е свързан към втория вход на първия блок за изваждане, и изходът на първия усилвател е свързан към първия вход на втория блок за изваждане, към втория, чийто вход е свързан към изхода на запаметяващия елемент. Споменатото устройство включва допълнително последователно свързани постоянен запаметяващ блок, комутатор, трети блок за изваждане, трети усилвател, суматор, чийто втори вход е свързан към изхода на първия усилвател, а вторият вход на третия блок за изваждане е свързан към изход на изчислителната единица. 2 н.п. f-ly, 3 ил.
Изобретението се отнася до областта на авиационното оборудване и може да се използва за подобряване на точността на решаване на навигационни проблеми. За да се приложи това изобретение, в автономно коригираната ANN и допълнителни подблокове за изчисляване на ковариационната матрица и подблокове за сравнение. Техническият резултат е елиминирането на грешките, дължащи се на допълнително измерване на нарастването на височината на релефа в зависимост от скоростта на движение на самолета и по-нататъшно съвместно оценяване на грешките в измерването на координатите и скоростта на движение. 1 болен.
Координаторът на главата за самонасочване съдържа сферичен обтекател, карданни подпори, двигатели за насочване и стабилизиране, сензори за ъгъл и сензори за ъглова скорост. Първото плоско огледало е монтирано върху вътрешната рамка на окачването. Точката на пресичане на оста на въртене на вътрешната рамка и оста на въртене на външната рамка на окачването съвпада с центъра на кривината на повърхностите на сферичния обтекател. На неподвижната част на координатора има второ плоско огледало, свързано с фоточувствителни елементи. Техническият резултат се състои в увеличаване на ъгъла на видимост в предната полусфера на търсача, повишаване на точността на определяне на координатите на обекта, намаляване на натоварването на задвижванията на окачването и в резултат на това възможността за получаване на по-високи динамични характеристики на система за стабилизиране на оптичната ос. 2 болен.
Изобретението се отнася до системи за автоматично управление
Изобретението се отнася до областта на управлението на безпилотни летателни апарати в извънредни ситуации
ВЪВЕДЕНИЕ
1. ОСНОВНИ ПРОБЛЕМИ НА БЕЗОПАСНОСТТА НА ПОЛЕТИТЕ НА БЛА В ОБЩОТО ВЪЗДУШНО ПРОСТРАНСТВО.
1.1. Области на използване и задачи, изпълнявани от БЛА в интерес на пазарната икономика.
1.2. Изисквания за осигуряване на безопасността на полетите на БЛА в общото въздушно пространство.
1.3. Класификация на безпилотните летателни апарати.
1.4. Методи за управление на UAV.
Изводи по първия раздел.
2. МЕТОДИКА ЗА НАБЛЮДЕНИЕ И КОНТРОЛ НА ДВИЖЕНИЕТО НА БЛА В ОБЩОТО ВЪЗДУШНО ПРОСТРАНСТВО.
2.1 Техническа реализация на принципите на автоматичното зависимо наблюдение в режим на излъчване.
2.2 Осигуряване на интегритет при използване на ADS.
2.3. Проблеми с безопасността на полета.
2.4. Теоретична обосновка на използването на ADS.
2.5. Методи и алгоритми за предотвратяване на потенциално конфликтни ситуации с участието на БЛА.
2.5.1. Разрешаване на потенциално конфликтни ситуации чрез маневра в хоризонталната равнина.
2.5.2. Разрешаване на потенциално конфликтни ситуации чрез маневра във вертикална равнина.
Изводи по втория раздел.
3. ИЗГРАЖДАНЕ НА СИСТЕМА ЗА УПРАВЛЕНИЕ И НАВИГАЦИЯ НА БЛА
3.1. Разработване на състава на оборудването на системата за управление и навигация на БЛА.
3.2. Основни принципи на функциониране на системата за управление на БЛА
3.3. Приложение на ADS-B режим 4 връзка за данни за управление на UAV в общото въздушно пространство.
3.4. Изисквания към предназначението на автопилотния модул при управление на БЛА.
Изводи по трети раздел.
4. КОМПЛЕКС ЗА НАБЛЮДЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ НА БЛА.
4.1. Предназначение, функции и състав на комплекса.
4.2. Организация на контрола и управлението на БЛА.
4.3. Предназначение, състав и работа на бордовото оборудване за наблюдение и управление на БЛА.
4.4. Структурата на операторския интерфейс на комплекса за наблюдение и управление на БЛА.
Изводи по четвърти раздел.
Въведение в дипломната работа (част от резюмето) на тема "Методи за управление на безпилотни летателни апарати в общото въздушно пространство с използване на информация за полета в автоматично зависимо наблюдение"
Най-важната задача на въздушния транспорт е да осигури транспортна достъпност в отдалечените райони на страната, необходима за тяхното икономическо и социално развитие. Тази задача е поверена на регионалната търговска гражданска авиация, която трябва да обслужва най-социално значимите сегменти на търсенето - местен въздушен транспорт, авиационна работа в интерес на икономическите сектори, както и сферата на некомерсиалното използване на гражданската авиация - общата авиация (GA), включително, но не само, любителска и бизнес авиация.
Днес приоритетната задача на регионалната авиация е да осигури комуникация между центровете на регионите и отдалечените населени места в районите на Сибир и Далечния север, където самолетът е основното, често единственото средство за осигуряване на транспортна достъпност. При осигуряването на материални ресурси и създаването на експортно-суровинния потенциал на Русия тези региони са от първостепенно значение.
Съвсем очевидно е, че интересът, който организациите за гориво и енергия напоследък проявяват към използването на БПЛА, е естествен. Имайки в структурата си стотици хиляди километри тръбопроводи, които са доста слабо охранявани, а често и изобщо неохраняеми, горивните и енергийните компании са пряко заинтересовани от използването на безпилотни системи. Простата икономическа изгода подтиква горивните и енергийните компании да вземат решения относно използването на UAV и този процес, който в момента е в начален стадий, ще се развива постоянно.
С помощта на безпилотни системи е възможно да се контролира както техническото състояние на обектите, така и тяхната безопасност, функциониране, освен това контролираните обекти могат да бъдат разположени на голямо разстояние (разширени обекти).
Въпреки това, използването на БПЛА в гражданския сектор в момента очаква решение на някои технически и организационни проблеми, без които е невъзможно стабилното използване на БЛА.
Основните проблеми са свързани с използването на въздушното пространство, разпределянето на честотен диапазон за управление на БЛА и предаването на информация от борда към земята и обратно.
Трябва също да се отбележи, че основният проблем в областта на приложението на БЛА е получаването на статут на въздухоплавателно средство (ВС) от безпилотни превозни средства.
БПЛА, които не са въздухоплавателно средство, не подлежат на регистрация в регистъра на въздухоплавателните средства и нямат Удостоверение за регистрация и годност за използване. Те не могат и не трябва да получават разрешение за използване на въздушното пространство. И това вече е изпълнено с най-сериозните последици. Устройство, способно да лети на височина до 4 км със скорост до 250 км / ч, с тегло около 100 кг, може да се издигне във въздуха без разрешение за използване на въздушното пространство, тъй като според класификацията е радио -контролиран модел. В тази ситуация по-скоро не са необходими забранителни мерки, а организирането на разрешителни мерки.
В рамките на действащото законодателство има вид авиация, в която законно могат да съществуват "дронове". Това е експериментална авиация. Други страни (САЩ, Европа) също следват този път. Тази индустрия има дългогодишен опит в използването на самолети, както и възможност за контрол на техническото състояние на UAV и много други. След като получиха статут на самолет в рамките на експерименталната авиация, БПЛА ще могат да използват въздушното пространство в съответствие със съществуващите правила. Разбира се, всички UAV трябва да бъдат застраховани срещу щети на трети лица.
БЛА трябва да имат на борда транспондери, които отговарят на всички изисквания на ICAO в тази област. Тези БПЛА, които не могат да носят оборудването, могат да летят само в специално определени зони при предварителни заявки с дълъг период на предизвестие. 6
Целта на всички организации, участващи в регулирането на използването на БПЛА във въздушното пространство на Русия, е да се постигне ниво на безопасност на полетите на всеки клас БЛА, еквивалентно на нивото на безопасност на полетите на самолети. За тази цел е необходимо да се разработят технически изисквания за БЛА, които да допринесат за изпълнението на тази задача.
БПЛА се използват активно от военните през последните години, така че в никакъв случай не трябва да се пренебрегва опитът, който са придобили при работа с БПЛА в различни условия. Напротив, необходимо е да се включат военните в разработването на технически изисквания за БЛА, като се има предвид фактът, че целите и целите на използването на безпилотни превозни средства в гражданския сектор са малко по-различни от задачите, решавани от военните .
Така можем да отбележим факта, че използването на БПЛА във въздушното пространство на Русия е не само възможно, но и необходимо. Полети с БЛА са възможни при изпълнение на изискванията (разработени) за получаване на сертификати за летателна годност и регистрация. Това може да стане в рамките на експерименталната авиация.
Вместо това на практика съществува следната ситуация. Повечето образци на безпилотни летателни апарати се създават инициативно, като се използват налични компоненти. За унификация и стандартизация не е нужно да говорим. В резултат на това в Русия се експлоатират десетки (ако не и стотици) различни видове превозни средства, най-често срещаните семейства от които включват няколко десетки превозни средства. Но само няколко разработчици и производители могат да говорят за създаването на пълноценна система, която да включва не само самолети, но и мощна наземна инфраструктура.
Липсата на законодателна и регулаторна рамка в областта на безпилотните летателни апарати създава сериозни проблеми за разработчиците и потенциалните оператори. Дори в сферата на отбраната работата по проектиране се регулира от общи технически изисквания отпреди 20 години, а за проектирането на търговски UAV изобщо няма нормативна рамка. В момента правителството работи по програма за възраждане на малката авиация, която ще включва и безпилотни самолети като неразделна част. В условия, когато пазарът има голям потенциал за растеж, е необходимо да се консолидират усилията на разработчиците, клиентите и всички клонове на властта.
В момента контролът на нивото на безопасност на полетите се отдава на изключително значение. Това се дължи на нарастването на въздушния трафик и тежестта на последствията от въздушните бедствия. За да се подобри ефективността на системата за контрол на въздушното движение (ATC), е необходимо да се оптимизират съществуващите функции за наблюдение на наблюдаваното ниво на безопасност на полетите. За да направите това, като използвате съвременни методи за обработка на информация, трябва да можете бързо да наблюдавате текущото ниво на безопасност на полетите.
При изчисляване на оперативната оценка на нивото на безопасност на полета трябва да се използва най-пълната информация за движението на въздухоплавателни средства (включително БПЛА) в момента и структурата на контролираното въздушно пространство. В същото време се разграничават няколко задачи: оценка на нивото на безопасност по време на полети по маршрутите, в зоната за подход, по време на излитане и кацане на самолета, рулиране в района на летището. Задачата за разработване на практически приемливи модели и маневри, които разрешават потенциално конфликтна ситуация между двойка въздухоплавателни средства, е изключително важна за осигуряване на безопасността на въздушното движение.
Следва да се отбележи, че наблюдението на въздухоплавателни средства, летящи в националното въздушно пространство, е неразделна част от съществуващата система за контрол на въздушното движение.
Русия. В момента технологията за наблюдение се основава на използването на първични и вторични радари. Въпреки че тази технология ще остане важна за ATC в обозримо бъдеще, ICAO обмисля нови технологии за наблюдение, които вече са частично разгърнати в чужбина, въпреки липсата на обща визия за концепцията и нейното специфично техническо изпълнение. Русия разработи оперативна концепция за една от тези 8 нови технологии, чието използване, както изглежда, би могло да осигури най-рационалния начин за нашите условия за преход към бъдещата система CO2/ATM. Тази технология се основава на комбинация от надеждни и точни бордови навигационни системи и надеждна комуникационна система за връзка за данни (DLC), която излъчва получената на борда информация за координатите на самолета до всички потребители, които се интересуват от използването й. Тази технология се нарича Automatic Dependent Surveillance Broadcasting (ADS-B).
Използването на ADS-B няма да се ограничи до традиционните функции, свързани с наземните радарни системи, а ще предостави нови възможности, реализирани както на борда на самолета, така и на автоматизираните работни станции на ръководителите на полети. ADS-B всъщност съчетава две технологии: базирана на въздух-земя LTD и въздух-въздух LTD. Оперативната концепция представя сценариите на ADS-B, които ще бъдат приложени на еволюционна основа при вземане на решение за разполагане на ADS за излъчване в Русия. Оперативната концепция не се фокусира върху избора или дефинирането на техническите подробности за внедряването на ADS-B, а е насочена към посрещане на бъдещи оперативни нужди, както и плавен, рентабилен преход от съществуващата система за наблюдение от радарен тип до обещаващ, базиран на ADS-B.
По този начин изискванията на нормативните документи, текущите изследвания в областта на управлението на БЛА в организацията на въздушното движение показват, че в момента съществуват противоречия между:
Увеличеният обем задачи за БПЛА, решавани в интерес на националната икономика на Русия, и липсата на регулаторна и законодателна рамка за тяхното използване;
Нивото на потенциалните възможности на БПЛА с голям обсег и забраната за използването им в общото въздушно пространство;
Изискването за поддържане на паритет с нивото на развитие на БПЛА в индустриално и технологично развитите страни и текущото състояние на развитие, унификация, стандартизация на "дронове" в гражданската авиация в Русия;
Текущата липса на разработки от системен характер, насочени към създаване на система от правила за използване на БПЛА в общото въздушно пространство и спешната необходимост от това;
Повишаване на производителността и надеждността на използваните технически средства (по-специално системите ADS) и липсата на тенденция за използването им при управление на БЛА.
Горните конкретни противоречия ни позволяват да формулираме основното противоречие, което се състои във факта, че текущото ниво на развитие на методите за управление на UAV, базирани на излъчване на автоматично зависимо наблюдение, позволява да се координират полетите на UAV, но няма правна и регулаторна рамка за използването им в общото въздушно пространство.
Формулираните конкретни противоречия и тяхното обобщение позволяват да се разбере, че без тяхното премахване е невъзможно да продължи пълното използване на БЛА и следователно развитието на гражданската авиация в Русия.
Текущата ситуация в областта на управлението на БПЛА, посочените по-горе противоречия предопределиха актуалността на темата на дисертацията, насочена към разработване на методи за управление на безпилотни летателни апарати в общото въздушно пространство с използване на информация за полета в автоматично зависимо наблюдение.
Обект на изследване в работата е управлението на въздушното движение на безпилотни летателни апарати.
Предмет на изследване са методите за управление на безпилотни летателни апарати в общото въздушно пространство чрез използване на нови информационни технологии за събиране, обработка и предаване на навигационни данни и команди за управление.
Целта на дисертационната работа: подобряване на безопасността на безпилотни летателни апарати в общото въздушно пространство въз основа на използването на нови методи за тяхното управление с помощта на полетна информация в автоматичното зависимо наблюдение.
За постигането на тази цел бяха поставени и решени следните изследователски задачи:
1 - Извършен е анализ на техническите характеристики на безпилотните летателни апарати и областите на тяхното приложение за решаване на проблемите на народното стопанство на страната.
2 - Систематизирани изисквания към методите за управление на полета на БЛА в общото въздушно пространство, осигуряващи безопасността на полетите на всички участници във въздушното движение.
3 - Разработени са алгоритми за разрешаване на PKS между UAV и самолета в общото въздушно пространство.
4 - Изследван е проблемът за информационната сигурност на ADS като проблем за целостта и поверителността на предаването на данни.
5 - Разработен е алгоритъм за контрол на надеждността на предаваните данни.
6 - Разработени са структурата и функциите на наземното и бордовото оборудване за управление на БЛА.
Изследователски методи. Изчислителното и аналитично описание на изследванията се основава на общата теория на управлението и общата теория на динамичните системи, върху приложението на теорията на вероятностите, общата теория на статистиката, теорията на надеждността, теорията на крайните автомати и алгоритми, теорията на оптималното решения, методи за математически анализ и програмиране.
Основните изходни данни за провеждане на изследване са: съответните разпоредби на правни документи; протоколи от държавни тестове на мрежата за автоматично зависимо наблюдение на излъчване; резултатите от извършената научноизследователска и развойна работа.
Надеждността на резултатите от изследването се потвърждава от резултатите от експерименталните тестове на предложените методи и методи за управление на БЛА.
Като информационна база на изследването са използвани препоръки на документи на ICAO и Eurocontrol, нормативни документи на Министерството на финансите на Руската федерация и FAVT.
Структурата на дисертацията и кратка анотация"на всеки раздел.
Дисертацията се състои от увод, 4 глави, заключение, списък с използвана литература от 93 заглавия, 3 приложения.
Заключение за дисертация на тема "Навигация и управление на въздушното движение", Токарев, Юрий Петрович
Изводи по четвърти раздел
1. Предложеният комплекс (модел) за контрол и управление на БЛА осигурява решение на набор от задачи, свързани с управлението на БЛА, обработка на координатна информация, показване на получената информация, показване на маршрутите на планирания и действителния полет на UAV на фона на картата на зоната на полета, формиране на команди за управление в ръчен режим на полет, оперативна регистрация на целия обем данни, получени от всеки UAV и предадени команди за управление.
2. Този контролен комплекс поддържа работата на всички щатни режими на контрол и управление на БЛА. Внедрява най-новите разработки в контролното оборудване и използва най-новите информационни технологии.
3. Резултатите от тестовете на този контролен комплекс показаха, че използването му с използването на ADS-B е възможно за управление на полети на БЛА в общото въздушно пространство.
4. Разработеният комплекс за наблюдение и управление на БЛА е способен на; изпълняват задачите си в група (формация) с други ВС в общо въздушно пространство.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Напоследък в нашата страна се обръща все повече внимание на създаването и контрола на трафика на БПЛА.
Но трябва да се отбележи, че въпреки привлекателността, очевидната достъпност и простотата на темата за UAV, в действителност това е не само много сложна техническа задача, но и сериозен идеологически проблем, тъй като засяга идеологията на организиране на икономическата политика. на държавата. Правната рамка за използването на БЛА в общото въздушно пространство в момента се нуждае от подобрение.
Тази дисертационна работа е посветена на разработването на методи за управление на безпилотни летателни апарати в общото въздушно пространство, използвайки полетна информация в автоматично зависимо наблюдение, по време на което е постигната заявената цел на изследването, задачите са решени.
Изследванията, проведени в дисертационния труд, доведоха до създаването на методология, която осигурява безопасно управление на полета на безпилотни летателни апарати в общото въздушно пространство. В този случай бяха получени следните основни резултати:
1 Направен е анализ на перспективната технология за наблюдение на самолети ADS-B, която предоставя на ръководителя на полети, наред с радарното наблюдение, поле за сателитно наблюдение, което гарантира висока точност при определяне на координатите, независимо от посоката и разстоянието до наблюдавания обект: до 15 m или до 2 m с използване на локална контролно-коригираща станция.
2 Технология за управление на полета на UAV в общото въздушно пространство е разработена и експериментално потвърдена, характеризираща се с това, че командите за управление се предават (в пряка радиовидимост) към UAV от наземната контролна станция от оператора чрез ADS-B LTD.
3 Установено е, че нивото на интегритет на ADS-B може да бъде оценено
139 индикатор за вероятността от загуба или изкривяване на данни за позицията на UAV. Предложен е метод за оценка на изкривяването на данните за местоположението на БЛА, който се състои в определяне на времевите закъснения при преминаване на сигнал от източник на радиация и измерване на разстоянието до БЛА, изчислено от координатите. Ако разликата между изчислените координати надвишава допустимата по модул стойност, тогава се взема решение за изкривяване на данните. Благодарение на това се повишава надеждността на данните, предавани през LTD.
4 Предложени са методи и алгоритми за предотвратяване на потенциално конфликтни ситуации с участието на БЛА. Маневрите на БПЛА са оптимизирани, като се вземат предвид особеностите на разпространението на информация от ADS-B, като точност, периодичност, време за изпреварване.
5 Предложен е метод за управление на БЛА и устройство за неговото реализиране. Контролният метод е защитен с авторско право (патент за изобретение № 2390815). Устройството реализира методи за управление, при които изчислените прогнозни стойности на параметрите на полета на БЛА се сравняват с текущите стойности на координатите, получени от приемника на сателитната навигационна система, и ако те не са равни, съответните сигнали се генерирани чрез три канала за контрол на въртеливото движение и по канала за надлъжно движение.
6 Определени са принципите на изграждане на апаратно-програмен комплекс за контрол и управление на БЛА и са разработени изисквания към интерфейса човек-машина.
7 Научно обоснован е минималният списък от команди за управление за осигуряване на безопасността на въздушното движение на БЛА в общото въздушно пространство, което осигурява управлението му по време на навигационен контрол.
8 Резултатите от теста потвърждават възможността за използването им за управление на полета на БЛА в общото въздушно пространство.
9 ADS-B позволява работата на БПЛА в общото въздушно пространство, тъй като е интегрирана в автоматизираната система за КВД и предоставя координати на движението на БЛА чрез излъчване
140 информация по теснолентовия LPD канал за всички участници в движението, което гарантира безопасността на въздушното движение.
Трябва да се проведат допълнителни изследвания в областта на подобряването на работата на мрежата ADS-B за контрол на движението на БПЛА в общото въздушно пространство.
Списък с литература за дисертационно изследване кандидат на техническите науки Токарев, Юрий Петрович, 2011 г
1. Кулик А.С., Гордин А.Г., Нарожни В.В., Бичкова И.В., Таран А.Н. Проблемите на разработването на обещаващи малки летящи роботи. Национален аерокосмически университет. НЕ. Жуковски "Харковски авиационен институт", Украйна, 2005 г
2. Управление и насочване на безпилотни маневрени летателни апарати, базирани на съвременни информационни технологии / Ed. М.Н. Красилицикова, Г.Г. Себрякова. Москва: Физматлит, 2003.
3. Вилкова Н. Н., Сухачев А. Б. Русия трябва да се върне в редиците на водещите „безпилотни“ сили. // Народна отбрана. № 10 (19), октомври 2007, стр. 48-54.
4. Сухачев А. Б. Безпилотни летателни апарати. Състояние и перспективи за развитие. М.: МНИТИ, 2007, 60 с.
5. Сухачев А. Б., Мелкумова Н. Г., Шапиро Б. Л., - Ерема С. Л. Изследване на техническите и икономическите характеристики на перспективни комплекси на безпилотни летателни апарати.//Electrosvyaz,. №5, 2008, | с. 16-20.
6. Безпилотен самолет с вертикално излитане и кацане: Избор на схема и определяне на проектните параметри / Н. К. Лисейцев, В. 3. Максимович и др.; Изд. д-р техн. науки, проф. Н. К. Лисейцева.- От MAI-PRINT, 2009.- 140s.
7. Трубников Г. В. Опитът в развитието на граждански безпилотни системи и услуги в Русия. // Сборник на Втория Московски международен форум „Безпилотни многоцелеви комплекси в интерес на горивно-енергийния комплекс“. М. Експоцентър, 29-31 януари 2008 г
8. Безпилотни летателни апарати // AeroBusiness., Сурков A.M., 1998. № 1. стр. 35 -37
9. Миниатюризация - нова посока в развитието на информационните безпилотни системи // GosNIIAS. Авиационни системи. Научна и техническа информация. 2001/2.
10. Безпилотни летателни апарати. Състояние и тенденции в развитието / Изд. Иванова Ю.Л. М.: Варяг, 2004.
11. Разработване, основи на устройството, дизайна, конструкцията и производството на летателни апарати (дистанционно пилотирани летателни апарати) / Ed. Голубева И.С., Янкевич Ю.И. М .: Издателство МАИ, 2006.
12. Концепция и системи CNS/ATM в гражданската авиация / В. В. Бочкарев, В. Ф. Кравцов, Г. А. Крижановски и др.; Изд. G. A. Kryzhanovsky.-M .: ICC "Akademkniga", 2003.- 415 с.
13. Бабаскин В. В., Королкова М. А., Олянюк П. В., "Чепига В. Е. Въздушен транспорт в съвременния свят / под редакцията на П. В. Олянюк. Санкт Петербург: Държавен университет за гражданска авиация, 2010-33bs.
14. Фалков Е.Я. За организацията на полетите на безпилотни летателни апарати в гражданското въздушно пространство // Резюмета на 5-та международна конференция "Авиация и космонавтика 2006". - М.: МАИ, 2006.
15. Авиационна мисия на Москва: Залагане на малки самолети и нови технологии. // Авиапанорама, март-април 2008 г.
16. Авиационна мисия на Москва: Възстановен въздушен мост за Златния пръстен на Русия. // Авиапанорама, май-юни 2008 г.
17. Авиационна мисия на Москва: Основен принцип на безопасно управление // Авиапанорама, юли-август 2008 г.
18. Авиационна мисия на Москва: Авиатакси и не само // Авиапанорама, септември-октомври 2008 г.
19. Беляев В. Война във въздуха. Нова заплаха. Авиацията и космонавтиката вчера, днес, утре. № 4, 2004
20. САЩ разработват самолет-убиец./ Интерфакс-AVN. Известия № 51, 2005 г
21. Авиационни телекомуникации. Приложение 10 към Международната конвенция на ICAO (t.IV: Радар за наблюдение и системи за избягване на сблъсък). Монреал, 1995 г.
22. Tomlin C, Lygeros J., Sastry S. Синтезиращи контролери за нелинейни хибридни системи. Доклад от изследването по NASA Grant NAG-2-1039. Катедра по електротехника и компютърни науки на Калифорнийския университет. 1997. 16стр.
23. ГОСТ 20058-80. Динамика на самолета в атмосферата. Термини, определения и обозначения. М.: Госстандарт. 1980 г.
24. Автоматизирани системи за управление на въздушното движение: Справочник / Савицки В.И., Василенко В.А. и др. М.: Транспорт, L 986. 192 с.
25. Патент № US2008033604 „Система и метод за безопасно летене на безпилотни летателни апарати в гражданско въздушно пространство“, публикуван, 2008-02-07, http://v3.espacenet.com.
26. Минимални стандарти за ефективност на авиационната система за автоматично зависимо излъчване за наблюдение (ADS-B). RTCA/DO-242A. RTCA Inc. 2002 г.
27. Автоматизирано управление на самолети и хеликоптери / Fedorov S.M., Kane.V.M., Mikhailov O.I., Sukhikh N.N. М.: Транспорт, 1992, 266s.
28. Токарев Ю.П. Автоматично зависимо наблюдение в условията на интензивно развитие на безпилотната авиация. Транспорт: наука, технологии, управление. ВИНИТИ. 2006, № 8, стр. 17-20.
29. Токарев Ю.П. Използване на линия за данни за управление на безпилотен летателен апарат. Санкт Петербург: Научни и технически становища
30. СПбСПУ. Информатика. Телекомуникации. контрол. № 6 (113)/2010, стр. 7144
31. Указания за използване на връзки за данни във вериги за обслужване на въздушното движение: Doc / 9694 AN / 995 / - Монреал, 1999, Юс.
32. Привалов А.А. Методът за топологично преобразуване на стохастични мрежи и използването му за оценка на ефективността на комуникационните системи на ВМС. СПб.: БМА, 2000, 160 с.
33. Привалов А.А., Чемиренко В.П. и др.. Модели и методи за изследване на комуникационните мрежи на ВМС. СПб.: БМА, 2003, 219 с.
34. Красовски Х.Х. Теория на управлението на движението. М: Наука, 1968, 476s.
35. Красовски H.H., Subbotin A.I. Позиционни диференциални игри. М: Наука, 1974, 456s.
36. Куржански А.Б. Управление и надзор в условия на несигурност. -М: Наука, 1977, 392с.
37. Автоматизирани системи за управление на въздушното движение: Нови информационни технологии в авиацията: учеб. Надбавка / П.М. Ахмедов, А.А. Бибутов, А.В. Василиев и др.; Изд. С.Г. Пятко и А.И. Красов. Санкт Петербург: Политехника, 2004, 446s.
38. Кейн В.М. Оптимизация на системите за управление по минимаксния критерий. -М .: Наука, 1985. 248 с.
39. Кумков С.И. Конфликтни ситуации в пространството, вертикална маневра. Изследователски доклад „Алгоритми за откриване и разрешаване на конфликтни ситуации по отношение на специфични зони на УВД“. IMM UrO RAN, Екатеринбург, 2002. 47с.
40. Kumkov S. I. Откриване и разрешаване на конфликти в управлението на въздушното движение // IF AC on-line Journal on Automatic Control in Aerospace, AS-09-004, 2009, 7 стр.
41. Анодина Т.Г., А.А. Кузнецов А.А., Е.Д. Маркович. Е.Д. Автоматизация на контрола на въздушното движение. М: Транспорт, 1992.
42. Белкин А. М., Н. Ф. Миронов Н. Ф., Ю. И. Рубльов Ю. И., Сарайски Ю. Н. М: Въздушна навигация: справочник. Транспорт, 1998г.
43. Токарев Ю.П. // Флуктуиращи явления по VHF линията за предаване на данни на режим 4. Резюмета на XXXIX научна конференция на студенти, докторанти "и млади учени, посветени на паметта на конструктора на самолети И. И. Сикорски. Санкт Петербургски държавен университет за гражданска авиация, 2007 г. стр. 14.
44. Токарев Ю.П. Характеристики на използването на VHF линия за предаване на данни режим 4 на безпилотни летателни апарати. // Резюмета
45. XXXIX научна конференция на студенти, докторанти и млади учени,146 посветена на паметта на авиоконструктора И. И. Сикорски. СПбГУГА, 2007. стр.15.
46. Бочкарев В. В., Крижановски Г. А., Сухих Н. Н. Автоматизирано управление на въздушния трафик. \ Под. Изд. Г.А. Крижановски,. ¡Транспорт, 1999. 319с.
47. Королев Е.Х. Технологии на работа на ръководителите на полети. М: Въздушен транспорт, 2000, 155s.
48. Липин А.В., Олянюк П.В. Бордови системи за избягване на сблъсък. Урок. Санкт Петербург: Академия на гражданската авиация, 1999. 54 с.
49. Пятко С.Г. Методи за подобряване на точността на прогнозиране на траекториите на полета на ВС в автоматизирани системи за управление на въздушното движение. дис. за научна степен канд. техн. науки. Л, ОЛАГА, 1985, 188 с.
50. Пятко С.Г. Методи на приложната теория на наблюдението, базирана на набори от информация в автоматизираните системи за управление на въздушното движение. дис. за научна степен доктор по инженерство. науки. Санкт Петербург, AGA, 2000, 370 с.
51. Токарев Ю.П. Използването на ADS-B в задачите за осигуряване на безопасността на трафика на БЛА. // Резюмета на доклади на XLII научно-техническа конференция на студенти, докторанти и млади учени, посветена на паметта147 на конструктора на самолети И. И. Сикорски. СПбГУГА, 2010. стр.21.
52. Едуардо Д. Зонтаг, Математическа теория на управлението: Детерминистични крайномерни системи. Второ издание, Springer, Ню Йорк, 1998 г.
53. Пацко V.C., Пятко S.G., Кумков A.A., Федотов A.A. Оценка на движението на въздухоплавателни средства въз основа на набори от информация с непълни измервания на координатите: Научни доклади. - Санкт Петербург: Академия на гражданската авиация, 1999 г.; IMM Уралски клон на Руската академия на науките, Екатеринбург, 1999 г.
54. Пятко С.Г. Плъзгаща модернизация на АТС системи. - Санкт Петербург, Печатница на фирма "НИТА", брой 2, 2003 г.
55. Правила за аеронавигационно обслужване. Организация на въздушното движение. Документ 4444 ATM/501. ИКАО. Петнадесето издание, 2007 г
56. Правила за аеронавигационно обслужване. Летателни операции на самолети. Том 1. Правила за летателна експлоатация. Doc 8168-OPS/611 том 1 ICAO пето издание 2006 г.
57. Правила за аеронавигационно обслужване. Летателни операции на самолети. Том 2. Конструиране на процедури за визуални полети. Doc 8168-OPS/611 том 2 ICAO пето издание 2006 г.
58. Насоки за навигация, базирана на производителност (PBN). Doc 9618-AN/937, ICAO, трето издание, 2008 г.
59. Ръководство за планиране на въздушното пространство. Основни принципи. ASM.ET1.ST03.4000.EAPM.01.02. Издание 1. Евроконтрол. 2002 г
60. Глобална оперативна концепция за банкомат. Doc 9854-AN/458, ICAO, първо издание, 2005 г
61. Обслужване на въздушното движение. Обслужване по контрол на въздушното движение, полетно-информационно обслужване, аварийно известяване. Приложение 11 към Конвенцията за международно въздухоплаване. ICAO, тринадесето издание, 2001 г
62. Наръчник за управление на въздушното пространство. ASM.ET1.ST08.5000.HKB-02-00. Издание 2. Евроконтрол. 2003 г
63. Методика за създаване и допускане до експлоатация на маршрути за обслужване на въздушното движение. Москва. Държавна корпорация за банкомати. 2008148
64. Федерални правила за използване на въздушното пространство на Руската федерация. Одобрен с постановление на правителството на Руската федерация от 11 март 2010 г. № 138. М. 2010, 45 с.
65. Токарев Ю.П., Фалков Е.Я. Полети на безпилотни летателни системи в гражданското въздушно пространство в рамките на съществуващите стандарти и методи на ICAO. ВТОРА СРЕЩА НА ГРУПАТА ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ НА БЕЗПИЛОТНИ ВЪЗДУХОПЛАВАТЕЛНИ СИСТЕМИ (UASSG) Монреал, 2 до 5 декември 2008 г.
66. Токарев Ю.П., Громова Е.Г., Фалков Е.Я., Пятко С.Г. Организация на полетите на безпилотни летателни системи в общото въздушно пространство. -M: VVIA, 20-21 ноември 2008 г.
68. Токарев Ю.П. Безпилотни авиационни системи (UAS). Нужди и предизвикателства. Глобален форум за гражданско-военно сътрудничество WA, ICAO, октомври 2009 г.
69. Бордово оборудване за радиоуправление AZN-V4D. Спецификации. НКПГ.464211.001 ТУ. Санкт Петербург, NITA Firm LLC, 2009, 41 с.
70. Бордова апаратура за радиоуправление "АЗН-В4Д". Наръчник. NKPG.464211.001 RE. Санкт Петербург, NITA Firm LLC, 2008, 25 с.
71. Наземна станция за комуникация, навигация и наблюдение "ПУЛСАР-Н". Наръчник. НКПГ.464511.006 РЕЗ. Санкт Петербург, NITA Firm LLC, 2008, 60 с.
72. Наземна станция за комуникация, навигация и наблюдение "ПУЛСАР-Н". контролен модул. Ръководство за експлоатация. НКПГ. 10401-01 34. Петербург, Фирма NITA LLC, 2008, 18 с.
73. Наземна станция за комуникация, навигация и наблюдение "ПУЛСАР-Н". контролен модул. Ръководство на системния програмист. НКПГ. 10401-01 32. Петербург, Фирма NITA LLC, 2008, 11 стр.
74. Спецификация за минимални експлоатационни характеристики за VDL режим 4149 трансивър за ADS-B. Версия L. ED-108. EUROCAE. 2001, 386 стр.
75. Ръководство за VHF цифрова връзка (VDL) режим 4. Doc 9816-AN/448, ICAO, първо издание, 2004 г.
76. Адаптивни системи за управление на летателни апарати. / Новиков A.S. и др. М.: Машиностроение, 1987
77. Бабуров В.И. Споделяне на навигационните полета на сателитни радионавигационни системи и мрежи от псевдосателити. - Санкт Петербург: Агенция "РДК-Печат", 2005 г
78. O leeon G., Piani D. Цифрови системи за автоматизация и управление. Санкт Петербург: Невски диалект, 2001. -557с.
79. Кузмин B.I. Авиационни цифрови телекомуникации в контекста на прилагането на „Концепцията CNS/ATM на ICAO-IATA“ в Руската федерация. Санкт Петербург-Н. Новгород: ООО "Агенция" WiT-print", 2007.- 384 с.
80. Патент № US2008033604 „Система и метод за безопасно летене на безпилотни летателни апарати в гражданско въздушно пространство“, публикуван. 2008-02-07, http://v3.espacenet.com.
81. Субботин А.И., Ченцов А.Г. Гарантиране на оптимизация при проблеми с управлението. М.: Издателство "Наука", 1981 г., 288 стр.
Моля, имайте предвид, че научните текстове, представени по-горе, са публикувани за преглед и са получени чрез разпознаване на текст на оригинална дисертация (OCR). В тази връзка те могат да съдържат грешки, свързани с несъвършенството на алгоритмите за разпознаване. В PDF файловете на дисертациите и резюметата, които предоставяме, няма такива грешки.
анотация: Тази статия представя еволюцията на TRIZ на системите за управление на безпилотни летателни апарати, от първите до съвременните, с тяхното описание, технически противоречия и възможно по-нататъшно развитие.
Ключови думи: система за управление, безпилотен летателен апарат, UAV.
Резюме:В тази статия представяме TRIZ-еволюцията на системите за управление на безпилотни летателни апарати, започвайки от оригинала и завършвайки с модерните, с тяхното описание, технически противоречия и възможно по-нататъшно развитие.
ключови думи:система за управление, безпилотен летателен апарат, UAV.
В момента безпилотните летателни апарати (БЛА) са доста добре развити и имат широк спектър от приложения. През века на своето съществуване UAV както увеличават размера си до десетки метри, така и намаляват до няколко милиметра; техният обхват на скоростта, товароносимостта също се разширява значително.
Въпреки това, системите за управление на UAV постоянно се развиват и продължават да се развиват. Помислете за еволюцията на системите за управление на UAV, като се започне от системите за управление на първите безпилотни „въздушни торпеда“ до системите за управление на съвременните дронове. За съвременните UAV ще се ограничим до мини и микро класове устройства (тегло до 30 кг).
Както винаги се случва, първите БЛА са разработени от военните и едва през 21 век започва активното развитие на граждански БЛА.
1. Исторически първият UAV.
Исторически Kettering Beetle се смята за първия UAV (виж Фиг. 1). Това е един от първите успешни проекти на безпилотен летателен апарат. Поръчан от американската армия през 1917 г., изобретателят Чарлз Кетъринг разработва своето експериментално безпилотно „въздушно торпедо“, което става предшественик на крилатите ракети. Целта беше да се създаде евтин и прост безпилотен снаряд за Корпуса на армейската авиация.
Фигура 1 - Бръмбар Kettering.
Устройството се оказа доста компактно, за разлика от "крилата бомба" на Sperry, която се разработва и тества едновременно. "Бръмбарът" имаше цилиндрично тяло, изработено от дърво, към което беше прикрепена двупланова V-образна кутия.
Безпилотното превозно средство беше оборудвано с евтин четирицилиндров двигател и инерционна автоматична система за управление. След изстрелването, захранван с електричество от двигателя, жироскопът осигури стабилизиране на Beetle в посока. Жироскопът беше свързан с вакуумно-пневматичен автопилот (фиг. 2), който управляваше руля. Блоковата схема на системата за управление Zhuk е показана на фигура 3.
Фигура 2 - Вакуумно-пневматичен автопилот (пример)
Управлението на асансьора се извършва по подобен начин, но в този случай сензорът вече е барометричен алтиметър.
Преди старта безпилотното превозно средство получи стойността на височината и максималния брой обороти на витлото, което съответства на изминатото разстояние; завъртя жироскопа. Изстрелването става от релсов катапулт, „Бръмбарът“ отива на зададена височина и лети по права линия към целта. Специално устройство отчиташе оборотите на витлото и при достигане на необходимото разстояние (броят на оборотите на витлото се равняваше на зададения) пружинният механизъм се освобождаваше, което изключваше двигателя и избиваше болтовете, държащи крилата. Корпусът на апарата падна и достигна целта.
Фигура 3 - Блокова схема на системата за управление
"Beetle" Kettering е предназначен за обстрел на градове, големи индустриални центрове и места за концентрация на вражески войски на разстояние до 120 км. Той успешно премина тестовете, за разлика от "въздушното торпедо" на Sperry, и беше приет в експлоатация. Системата се оказва по-добра, по-успешна и по-евтина от предишните, но Първата световна война свършва и поръчката така и не е изпълнена. Произведени са общо 45 коли.
"Beetle" на Kettering реализира най-простите функции на автопилота: управление на асансьора и руля, отчитане на изминатото разстояние, изключване на двигателя и нулиране на крилата. Неуспехите в тестовете бяха свързани с проблеми при поддържането на апарата на курса. Устройството може да се отклони от курса както при изстрелване от релсов катапулт, така и по време на полет. В допълнение, "въздушното торпедо" под въздействието на вятъра може да падне върху крилото и да падне. Въпреки че примитивният автопилот се опита да остане на курса, той не успя да се справи със силни пориви на вятъра или грешка по време на изстрелването.
Нека си представим алгоритъма за управление "Beetle" на Kettering:
1) Преди старта бяха определени максималната височина и броят на оборотите на витлото.
2) Имаше изстрелване от релсов катапулт.
3) Устройството достигна предварително определена надморска височина (контролът на надморската височина беше извършен с помощта на барометричен алтиметър).
4) Автопилотът поддържаше постоянен курс поради влиянието на жироскопа (полетът беше движение по права линия).
5) При достигане на определения брой обороти (желаното разстояние), двигателят се изключва и крилата се нулират. Корпусът на апарата падна вертикално надолу в целта.
Устройството имаше малък обсег и можеше да се движи само по права линия от точка "А" до точка "Б". Маршрут с голям брой точки беше невъзможна задача, както и връщането на апарата в началната точка.
Нека идентифицираме техническите противоречия (TC), които съществуват в описаната система, за еднаквост във формулирането на противоречията, всички разглеждани системи ще се наричат UAV:
TP1. С увеличаване на степента на стабилизиране на БЛА при накланяне, чрез въвеждане на стабилизиращи елементи на крилата, теглото на устройството се увеличава неприемливо.
TP2. С увеличаване на степента на стабилизиране на БПЛА при накланяне, чрез въвеждане на стабилизиращи елементи на крилата, сложността на конструкцията се увеличава неприемливо.
TP3. С увеличаване на степента на стабилизация по курса разстоянието до целта намалява неприемливо.
TP4. С увеличаването на сложността на маршрута, сложността на дизайна се увеличава неприемливо.
Противоречието на TP4 беше разрешено чрез използване на техниките за отстраняване, непрекъснатост на полезното действие, "посредник", чрез замяна на инерционния автопилот със система за радиоуправление. Етапът на еволюцията на TRIZ е показан на фигура 4.
Фигура 4 - Първият етап от еволюцията.
2. Нов крайъгълен камък: появата на радиоуправляеми самолети.
През 30-те години на миналия век американската армия получава предложения за доставка на радиоуправляеми безпилотни самолети за различни нужди. Сред компаниите, отправили предложението, е и Radioplane Company. Основан е от Денис Реджиналд, бивш пилот от британските кралски военновъздушни сили, който емигрира в Съединените щати и става актьор, а по-късно основава магазин и компания за радиомодели на самолети.
Компанията Radioplane предложи на американската армия серия от радиоуправляеми модели на самолети, сред които беше моделът Radioplane OQ-2 (фиг. 5). Това е първият дистанционно пилотиран самолет (RPV), който влиза в масово производство. Произведени са общо 15 000 модела. Операцията се провежда до 1948 г.
Радиопланът OQ-2 беше целеви самолет за обучение на екипажи за противовъздушни средства. Дължина - 2,65 м. Размах - 3,73 м. Тегло при излитане - 47 кг. Максималната скорост е 137 км/ч. Максималното време на полета е 1 час.
Фигура 5 - Външен изглед на радиоплан OQ-2
Изстрелването се извършва от катапулт, а безпилотен радиомодел се управлява от оператор от земята, който може да симулира различни ситуации (например подход на изтребител за атака). Ако след полета устройството е останало непокътнато, кацането е станало с помощта на парашут и неприбиращ се колесник (не всички модели са го имали), което е смекчило удара в земята. Блокова диаграма на системата за контрол на изгледа на Фигура 6.
Фигура 6 - Блокова схема на радиоуправление
Радиоконтролът позволява на дроновете да следват сложни маршрути и да извършват сложни маневри във въздуха, надминавайки Beetle на Kettering и Winged Torpedo на Sperry. Устройствата успяха да се върнат в изходна позиция, което увеличи броя на използването им. Компактният дизайн и простотата на Radioplane OQ-2 му позволяват да достига високи скорости и да покрива по-голямо разстояние. Имаше обаче проблем с малък таван на използване на 2438 m.
Оборудването от онова време направи възможно ефективното използване на радиоплана OQ-2 само в зрителното поле на оператора. Ето как операторът от земята може да управлява дрона. Ако устройството излетя извън радиуса на видимост, то можеше да се контролира само от радар, който не осигуряваше ефективно наблюдение и намаляваше точността на позициониране.
При разглеждането на радиоплана OQ-2 могат да бъдат идентифицирани следните противоречия:
TP5. С увеличаване на обхвата, чрез увеличаване на контролните точки по маршрута на радиоуправляемото превозно средство, обемът на оборудването за наземно управление се увеличава неприемливо.
TP6. С увеличаване на обхвата, чрез увеличаване на контролните точки по маршрута на радиоуправляемото превозно средство, броят на персонала се увеличава неприемливо.
TP7. С увеличаване на обхвата, чрез увеличаване на обема на резервоара за гориво, теглото се увеличава неприемливо.
Вторият етап от еволюцията е показан на фигура 7.
Противоречието на TP7 беше разрешено чрез използване на методите на отстраняване, непрекъснатост на полезното действие, "посредник".
Фигура 7 - Вторият етап на еволюцията
3. Развитието на събитията от Втората световна война.
V-1 - самолет-снаряд, прототип на съвременни крилати ракети, беше в експлоатация с германската армия в средата на Втората световна война (фиг. 8). Тази ракета е създадена като част от проекта "Оръжия на възмездието". Проектът за безпилотно превозно средство е разработен от немските дизайнери Робърт Лусер и Фриц Гослау. Разработката е извършена в периода 1942-1944 г.
V-1 е построен по схемата на самолета, реактивен двигател е прикрепен към задната част на корпуса над руля. В процеса на разработване на проекта се наложи въвеждането на стабилизатори и жироскоп за стабилизиране на устройството по време на полет.
На земята, преди изстрелването, на безпилотния апарат бяха дадени стойности за надморска височина и посока, както и обхват на полета. Насочването се извършва с помощта на магнитен компас. След изстрелването на устройството (направено от катапулт или от самолет-носител - модифициран бомбардировач Heinkel He 111 H-22), той лети с помощта на автопилот по предварително зададен курс и на предварително зададена височина. Стабилизирането на посоката и наклона се извършва въз основа на показанията на 3-градусов жироскоп: по наклон те се сумират с показанията на барометричен сензор за височина; на курса - със стойностите на ъгловите скорости от два 2-градусови жироскопа, използвани за намаляване на вибрациите на снаряда. Нямаше контрол на ролката, тъй като V-1 беше доста стабилен около надлъжната ос.
Фигура 8 - Външен вид на V-1
Автопилотът беше пневматично устройство, задвижвано от сгъстен въздух. Макарите на пневматичните машини на руля за курс и височина се задействаха от въздушно налягане в зависимост от показанията на жироскопите. Самите жироскопи също се въртяха от сгъстен въздух. Далечината на полета се настройваше на специален механичен брояч, а анемометърът, прикрепен към носа на снаряда, постепенно намаляваше стойността до нула. При достигане на нулевата стойност ударните предпазители се отключваха и двигателят се изключваше. Примерна блокова диаграма е показана на фигура 9.
Дължина - 7,75 м. Размах на крилата - 5,3 (5,7) м. Максимална скорост - 656 км / ч (при изразходване на гориво скоростта достига 800 км / ч). Обхватът достига 280 км.
V-1 може да лети само по права линия (като Beetle на Kettering), но покрива по-голямо разстояние и развива много по-голяма скорост.
Фигура 9 - Блокова схема на системата за управление.
След преглед на V-1 бяха подчертани следните технически противоречия:
TP8. Опростяването на процеса на изстрелване чрез премахване на катапулта неприемливо увеличава сложността на дизайна.
TP9. С увеличаване на сложността на маршрута, сложността на оборудването се увеличава неприемливо.
TP10. С увеличаване на сложността на маршрута теглото на устройството се увеличава неприемливо.
Въз основа на описаните по-горе противоречия беше отделен вторият етап от развитието на TRIZ на безпилотните летателни апарати (фиг. 10).
Противоречията на TP8 и TP9 бяха решени с помощта на методи за отстраняване, непрекъснатост на полезното действие, "посредник", чрез замяна на самолетната схема с хеликоптерна.
Фигура 10 - Третият етап от еволюцията.
4. Хеликоптер против подводници.
Проектът на американски безпилотен летателен апарат или по-скоро безпилотен хеликоптер. Gyrodyne QH-50 DASH е първият безпилотен хеликоптер в света, пуснат в експлоатация (фиг. 11). Първият му полет е през 1959 г., а до 1969 г., когато американският флот се отказва от проекта, са произведени 700 превозни средства с различни модификации. Първоначално проектиран като стандартно противоподводно въоръжение на ракетни крайцери.
Фигура 11 - Външен вид на Gyrodyne QH-50 DASH
Хеликоптерът е с дължина 3,9 м и височина 3 м. Теглото съответно в разтоварено и оборудвано състояние е 537 кг. и 991 кг. Максимална излетна маса 1046 кг. Максималната скорост е 148 км/ч. и обхват 132 км. Практически таван 4939 м. Носи 33,6 галона гориво на борда.
За разлика от предишните системи, превозното средство не изискваше писта или оборудване (като катапулт), а по-скоро малка, равна повърхност.
Безпилотният хеликоптер е проектиран да излита от палубата на кораб. Преди изстрелването на него бяха окачени торпеда.
Управлението се извършва от пулта на оператора (блокова схема на системата за управление е показана на фиг. 12). Пултът също получава данни за състоянието на устройството, сигнали от оръжейната система. В бъдеще беше предложено да се въведат два контролни панела. При поискване едната конзола трябваше да бъде на палубата, а другата в командния пункт.
Тъй като торпедата тежаха много, телевизионното оборудване трябваше да бъде изоставено. Поради това бяха изстреляни два хеликоптера: единият с устройство за откриване и целеуказване; вторият с оръжие.
Проектът Gyrodyne QH-50 DASH беше отменен поради несъвършенството на системата за управление и дефекти в дизайна, почти половината от превозните средства се разбиха. По време на полета безпилотен хеликоптер може спонтанно да изключи оборудването за управление. Избухването на войната във Виетнам също оказва влияние. Но използването на безпилотен хеликоптер до 2006 г. като учебно помагало, обект на експерименти и т.н.
Фигура 12 - Блокова схема на системата за управление.
Нека подчертаем противоречията на безпилотния хеликоптер Gyrodyne QH-50 DASH:
TP11. С намаляване на размерите на безпилотно превозно средство индикаторът за полезен товар е неприемливо намален.
TP12. С намаляването на размерите на безпилотно превозно средство обхватът на полета е неприемливо намален.
Противоречията между TP10 и TP11 бяха решени с помощта на премахване, унифициране, универсалност, подмяна на механичната схема, чрез създаване на достъпни контролери за полети за самолетни моделисти.
Въз основа на тези противоречия ще съставим етапа на еволюцията на TRIZ (фиг. 13).
Фигура 13 - Четвъртият етап от еволюцията.
5."Дроновете» към масите. Контролери на полетиза симулация.
В наше време безпилотните летателни апарати престанаха да бъдат военни "играчки". В началото на 21 век все повече и повече различни UAV се използват в граждански области: въздушна фотография, доставка на товари, отдих и свободно време, образование и т.н. Появиха се много дизайнерски схеми (мултикоптери, тип самолет и т.н.). Сега можете безопасно да ги купувате в магазините или дори да си направите сами, когато купувате определени компоненти. Те ще бъдат обсъдени допълнително.
Полетният контролер е основното табло за управление, което осигурява работата на безпилотния летателен апарат.
Един от първите популярни полетни контролери на 21 век беше MultiWii (Фигура 14). Това е проект за полетен контролер с отворен код, базиран на Arduino (хардуерна изчислителна платформа, чиито основни компоненти са проста I/O платка и среда за разработка Processing/Wirin (C-подобна). Използва се като елемент от системата за управление на самоизработени безпилотни превозни средства (по-специално за мултикоптери). Името MultiWii се е развило исторически, защото жироскопите от контролера до игровата конзола Nintendo Wii са били използвани в първите версии.
Фигура 14 - Външен изглед на платката MultiWii
В момента платформата поддържа голям брой сензори. Първоначално беше необходимо да се закупят допълнителни жироскопи от контролера Wii Motion Plus и акселерометър от контролера Wii Nunchuk, но това вече не е необходимо.
Тъй като проектът е базиран на Arduino, добавките (GPS, радиопредавател и т.н.) са съвместими с проекта за контролер на полета ArduPilot (повече за това по-долу). В основата си това е платка с контакти, а не готова система за управление, към която радиолюбител може да прикачи различни модули (в съответствие с желаните цели). Възможно е да се настрои управление чрез дистанционно радиоуправление (използвайки радиоприемник/предавател) или прости функции на автопилот като насочване (изисква GPS модул) и поддържане на курса (магнитометър). Естествено, всичко това е възможно само с правилната конфигурация на контролера.
Първоначално платката имаше 8-битов микроконтролер ATMega328 (тактова честота до 20MHz, FLASH памет 32kb, SRAM памет 2kb), или ATMega2560 (тактова честота 16MHz, FLASH памет 256kb, SRAM памет 8kb). Но тъй като проектът е отворен, се появиха аматьорски версии с 32-битов STM32. Има и вградени сензори MPU6050 (3-осен жироскоп и 3-осен акселерометър), BMP085 (барометър) и HMC5883L (електронен магнитен компас). Информацията е представена по общ начин и може да се различава за различните версии на платката.
Фигура 15 показва блокова схема на системата за управление.
Предложен алгоритъм за управление:
1) Необходимо е да свържете всички модули, необходими за задачата на потребителя, като предварително сте написали програмата в микроконтролера (официален или направен самостоятелно).
3) В зависимост от конструкцията на безпилотното превозно средство трябва да се направи изстрелване.
Полетните контролери бяха предназначени главно за радиоуправление. Въпреки че поддържаха някои функции на автопилот, операторът трябваше да контролира полета. Например, докато се движите по пътни точки, самолет може да се блъсне в възникнало препятствие, ако не бъдат взети навременни мерки. Това важи и за останалите модели полетни контролери, описани по-долу.
Фигура 15 - Блокова схема на системата за управление.
TP13. Увеличаването на гъвкавостта на конфигуриране на управлението на контролера неприемливо увеличава сложността на кода.
TP14. Увеличаването на гъвкавостта на настройките за управление на контролера неприемливо увеличава броя на часовете, необходими за това.
Противоречията на TP13 и TP14 бяха разрешени с помощта на премахване, унификация, универсалност и подмяна на механичната схема.
Етапът на еволюцията е показан на фигура 16.
Фигура 16 - Петият етап на еволюцията.
6. Нови аналози.
Контролерът CopterControl3D (CC3D) е създаден като част от открития проект Open Pilot, който започна през 2009 г. (фиг. 17). Подобно на MultiWii, това е малка и сравнително евтина програмируема платка, но за разлика от нея е проектирана специално за квадрокоптери. Също така получих софтуера си OpenPilot GCS за настройка. Приблизително 90% от квадрокоптерите, използвани за управление на First Person Viev (FPV, изглед от първо лице - управлението се извършва не само чрез радиоканал, но и чрез допълнителен канал се получава на екрана на видео в реално време) са сглобени от аматьори на този контролер.
Фигура 17 - Външен вид на платката CC3D
Платката има 32-битов микроконтролер STM32F103 72MHz със 128kb FLASH памет и чип MPU6000 (комбинира 3-осов жироскоп и 3-ос акселерометър).
Информацията е представена по общ начин и може да се различава за различните версии на платката.
Блоковата схема на системата за управление е показана на фигура 18 (единствените разлики са в интерфейсите за свързване на устройства).
Фигура 18 - Блокова схема на системата за управление
Системата разкри следните противоречия:
TP15. Увеличаването на гъвкавостта на управлението на контролера чрез добавяне на функции на автопилот неприемливо увеличава сложността на кода.
TP16. Увеличаването на гъвкавостта на използването на контролер неприемливо увеличава сложността на кода.
Противоречията на TP15 и TP16 бяха решени с помощта на методите на рендиране, универсалност, самообслужване, "посредничество".
Етапът на еволюцията е показан на фигура 19.
Фигура 19 - Шестият етап на еволюцията
7. Решение отАрдуино.
Полетен контролер ArduPilot Mega (фиг. 20), разработен от Arduino. Основната разлика от предишните е поддръжката не само на летящи безпилотни превозни средства, но и на наземни и лодкови системи. Също така, в допълнение към радиоуправляемото дистанционно пилотиране, автоматично управление по предварително създаден маршрут, т.е. waypoint flight, а също така има възможност за двупосочен трансфер на телеметрични данни от таблото към наземната станция (телефон, таблет, лаптоп и др.) и логване във вградената памет.
Фигура 20 - Външен вид на таблото
Контролерът поддържа програмиране, подобно на други продукти на Arduino, на езика за програмиране Arduino (който е стандартен C++ с някои специални функции). Когато е правилно конфигуриран, той ви позволява да превърнете всяко устройство в самостоятелен инструмент и ефективно да го използвате не само за развлекателни цели, но и за професионални проекти. В сравнение с описаните по-горе дъски, той се държи по-стабилно по време на полет, може да изпълнява някои модели на полет добре.
Контролерът поддържа летателния симулатор чрез софтуера Mission Planner, който ще ви позволи да настроите управление, да получите указания и т.н.
Платката съдържа микроконтролери ATMega2560 и ATMega32U2 (8-битови, тактова честота 16 MHz, FLASH-памет 32 kb, SRAM-памет 1 kb), сензори MPU6000 и MS5611 (барометър).
Блоковата схема на системата за управление е показана на фигура 21.
Фигура 21 - Блокова схема на системата за управление.
В разглежданата система беше разкрито следното противоречие:
TP17. С увеличаване на гъвкавостта на контрола на контролера, гъвкавостта на използването на контролера неприемливо намалява.
TP18. С повишаване на качеството на дъската цената се повишава неприемливо.
TP19. С увеличаване на гъвкавостта на управлението на контролера, сложността на веригата за периферна връзка се увеличава неприемливо.
Противоречията между TP17 и TP18 бяха решени с помощта на унификация, евтина подмяна, универсалност, чрез създаване на универсален контролер на полета.
Фигура 22 показва етапа на еволюцията.
Фигура 22 - Седмият етап на еволюцията.
8. Нова генерация.
Pixhawk е ново поколение полетен контролер (фиг. 23), по-нататъшно развитие на проекта PX4 и софтуерния код Ardupilot от 3DRobotics. Контролерът разполага с операционна система NuttX в реално време.
Контролерът поддържа голям брой системи:
земя, въздух, вода. Поддържа различни модули и стандарти за тяхната комуникация. Той стана популярен поради своята гъвкавост. Поддържа използването на Mission Planner като ArduPilot.
Фигура 23 - Външен вид на контролера Pixhawk
Платката е с 32-битов микропроцесор STM32F427 Cortex M4 (168MHz, 2 MB FLASH памет, 256 kb RAM) и 32-битов копроцесор STM32F103. Има и сензори: ST Micro L3GD 20 - 3-осен жироскоп, ST Micro LSM303D - 3-осен акселерометър/магнитометър, MPU6000 - 3-осен акселерометър/жироскоп, MEAS MS5611 - барометър.
Блоковата схема на системата за управление е показана на фигура 24.
Фигура 24 - Блокова схема на системата за управление.
Нека разкрием противоречията на описаната система:
TP20. С увеличаване на гъвкавостта на управлението на апарата, сложността на управляващото оборудване се увеличава неприемливо.
Противоречията на TP20 бяха разрешени с помощта на методите на унификация, универсалност, чрез създаване на многофункционален UAV с отворен код за любителско развитие.
Етапът на еволюцията е показан на фигура 25.
Фигура 25 - Осмият етап от еволюцията.
9. Готово решение.
През 2010 г. френската компания Parrot пусна на пазара своя безпилотен летателен апарат AR.Drone. Няколко години по-късно беше пусната актуализирана версия на Parrot AR.Drone 2.0 (фиг. 29). Проектът за квадрокоптер беше напълно отворен за потребителски идеи, което му помогна да стане хит.
Parrot AR.Drone 2.0 има четири мотора с мощност 14,5 W. Максималната скорост е 18 км/ч. Допълнително тегло на полезен товар - 150 гр. Процесор ARM Cortex A8 с честота 1 GHz. от 800 Hz. DSP TMS320DMC64x за обработка на видео сигнал. RAM DDR2 1Gb. Две камери: основна за снимане и режим FPV с резолюция 720p; допълнителна камера с резолюция 240p за измерване на хоризонтална скорост, разположена в долната част Wi-Fi точка за свързване на контролно устройство (смартфон или таблет с Android или iOS OS) .
Фигура 29 - Външен вид на Parrot AR.Drone 2.0
Отвореността на проекта ви позволява да свържете допълнителни компоненти към готовото устройство. Това беше една от привлекателните характеристики на описания квадрокоптер. Също така, потребителите могат да програмират своя полетен контролер или да създават различни приложения за управление на C, Java и Objectiv-C.
Примерна блокова диаграма на управление е показана на Фигура 30.
Един от основните проблеми на всички дронове е, че ако препятствие (било то стена, дърво, друг самолет или дори човек) се появи пред тях по време на режим на автопилот, сблъсъкът не може да бъде избегнат. Максимумът, който може да се очаква е, че UAV ще се опита да спре или операторът ще се намеси в процеса навреме. Въпреки това, ако прогнозите за развитие са верни и в близко бъдеще ни очаква по-нататъшно развитие на пазара на безпилотни летателни апарати, този проблем ще става все по-актуален.
Фигура 30 - Блокова схема на системата за управление.
Установени противоречия:
TP21. При добавяне на допълнително оборудване, което увеличава функционалността на автопилота, теглото на устройството се увеличава неприемливо.
10. По-нататъчно развитие.
По-нататъшното развитие на безпилотните системи, включително UAV, е въвеждането на изкуствен интелект в системата за управление. Интелигентната система за управление ще доразвие функциите на автопилота и ще автоматизира безпилотните превозни средства. В този случай действията на оператора се свеждат само до подготовка на устройството за началото на полета и директно до самото изстрелване.
Но има техническо противоречие TP21. Това противоречие се разрешава от принципите на унификация, универсалност, непрекъснатост на полезното действие, "посредничество".
Интелигентна система за управление може да бъде реализирана на микропроцесорен компютър (например Raspberry Pi) с няколко сензора (2 видеокамери и лидар). Такава система, когато се движи по даден маршрут, ще може да определи появилото се препятствие, което може да бъде човек, друг UAV или дърво, стена, която операторът не е забелязал при съставянето на маршрута. Тази система ще разпознава обекти с помощта на компютърно зрение и ще определя вектора на движение на тези обекти. След като определи вектора на движение, системата ще го сравни с вектора на UAV и ще изгради маршрут за избягване с минимално отклонение от маршрута. Такава схема леко ще повлияе теглото му върху характеристиките на безпилотния летателен апарат, но значително ще увеличи степента на неговата „оцеляване“.
Литература и бележки :
Къде ще лети дрон без пилот - Ден за ден [електронен ресурс] // LIVEJOURNAL.COM: LiveJournal. – Електрон. данни. URL: http://novser.livejournal.com/9293
99.html OQ-2 [електронен ресурс] // AVIA.PRO: Авиационни новини. – Електрон. данни. URL: http://avia.pro/blog/oq-2
(дата на достъп 14.11.2016 г.). - Заглавие на екрана.
V-1 [електронен ресурс] // ANAGA.RU: Информационен портал "Капиталов комитет". 2008 - Електрон. данни. URL: http://anaga.ru/v-1.htm (дата на достъп
17 декември 2016 г.). - Заглавие на екрана. Gyrodyne Helicopter Co. Производител на серия QH-50 на VTOL
БПЛА. [електронен ресурс] // GYRODYNEHELICOPT ERS.COM: Информационен сайт. – Електрон. данни. URL: http://www.gyrodynehlicopters.com/dash_weapon_system.htm
(дата на достъп 14.11.2016 г.). - Заглавие на екрана.
AR.Drone 2.0: преглед на функциите и допълненията [електронен ресурс] // XAKER.RU: Електронно списание. – Електрон. данни. URL:
И. В. Макаров, В. И. Кокорин (ръководител)
ООО НПП "Автономни аерокосмически системи - ГеоСервис"
Институт по инженерна физика и радиоелектроника, Сибирски федерален университет, Красноярск
Работата отразява един от подходите за създаване на софтуерно-хардуерен комплекс за управление на безпилотни летателни апарати, като комбинация от въздушни и наземни сегменти. За управление на бордовия сегмент е разработен автопилот. Управлението на наземния сегмент на комплекса се осъществява от управляващ електронен компютър, работещ по унифицирано програмно осигуряване с автопилотен блок. Предложеният подход позволява минимизиране на разходите за проектиране на системата и разработка на софтуер, като същевременно осигурява мащабируемост на системата.
При проектирането на граждански системи ключово е съотношението на функционалност, надеждност и цена. Осигуряването на функционалност в началните етапи от жизнения цикъл на комплексите за безпилотни летателни апарати (БЛА) се усложнява от слабото развитие на методите за тяхното приложение в стопанската дейност на потребителските предприятия. Това се дължи на факта, че посоката на граждански БПЛА в Русия е в началния етап на своето развитие. Може би затова активното използване на UAV в момента се свежда до методично прости задачи за визуално наблюдение и въздушна фотография.
За изграждане на комплекси за БПЛА за широк спектър от задачи: въздушно електрическо разузнаване, въздушна магнитометрия, въздушна фотография, газов анализ, патрулиране и др. необходимо е да се формира набор от хардуерни и софтуерни инструменти, които позволяват на ниво конфигурация и конфигурация да се интегрира системата с различни полезни товари, базирани на корпуси на UAV с различни характеристики на тегло и размер.
Комплексът за управление на БЛА е разделен на два сегмента според предназначението си: бордовият контролен комплекс (OCC) и наземният контролен комплекс (GCC).
Задачите на BCU са:
- Решаване на проблема с навигацията и автоматичното управление на самолет (ЛА);
- Осигуряване на командно и телеметрично взаимодействие с НКУ;
- Осигуряване на функционирането на полезния товар;
- Осигуряване на самодиагностика на ВС.
Основните задачи на НКУ са:
- Осигуряване на командно и телеметрично взаимодействие с BCU;
- Осигуряване на ръчно управление в реално време;
- Осигуряване на елементи за програмиране и управление на UAV;
- Представяне на телеметрична информация в графична форма;
- Отражение на резултатите от функционирането на полезния товар.
Според изброените основни задачи на NKU, едно от очевидните и евтини решения е системата на работното място на оператора, базирана на преносим персонален електронен компютър (PCM), свързан към приемно-предавателното оборудване на командно-телеметричния канал. Графичен софтуер за управление (софтуер) извършва програмиране на маршрута и показване на параметрите на полета. В същото време проблемът с осигуряването на ръчно управление на БЛА остава нерешен. Задачите за поддържане на управляващ графичен интерфейс и управление в реално време (предаване на управляващи сигнали по стандартен радиоканал) на един компютър са несъвместими. Това се дължи на изискването за осигуряване на надеждност и детерминизъм на времето на преминаване на сигналите за ръчно управление. В допълнение, централизацията на NKU, базирана на графичната система, изисква допълнителни технически средства за осигуряване на нейната автономност за дълго време.
Като централен елемент на NKU се предлага да се използва вграден управляващ електронен компютър (ECM) под управлението на операционна система в реално време (фиг. 1). Докато осигуряването на работното място на оператора със задачите за показване на параметрите на полета и програмиране на маршрута остава под контрола на компютъра, но вече е подчинено на системата UEVM на NKU. Задачата за достъп до управлението на UAV и получаване на неговата телеметрия на компютър се изпълнява чрез взаимодействие клиент-сървър през интерфейса Socket през Ethernet канали. По този начин работното място на оператора е графичен контролен терминал за PCU NKU. В този случай не се изисква да се осигури автономност на работното място на оператора за дълго време.
С предложената схема на организация на GCC системата осигурява решение на проблемите на ръчното управление в реално време с разделяне на приоритетите за достъп до изчислителните ресурси и до радиоканала. Това гарантира доставката на пакети за ръчно управление с минимално забавяне, независимо от натоварването на радиоканала и UEVM процесора.
Фигура 1. Структурна схема на наземния контролен комплекс
В допълнение към предоставянето на независим канал за ръчно управление, централизацията, базирана на NKU UEVM, позволява интегриране на допълнителни системи в NKU, в зависимост от решаваните задачи. Например, за да се реши проблемът с високоточно пилотиране и автоматично кацане, оборудването за генериране на диференциални корекции (DP) към сигналите на сателитните навигационни системи (SNS) е интегрирано в GCC, в този случай GCC UEVM доставя DP информация до ЦКЗ според поставените приоритети.
За да се осигури автономността на NKU от работното място на оператора, системата NKU включва дисплей и панел за избор на режим, който отразява ключовите параметри за поддържане на живота на UAV с минимална консумация на енергия, а също така предава основните команди за изпълнение на задачата (за например „излитане“, „връщане“, „кацане“, „спиране на задача“). Това решение намалява задачите на работното място на оператора до програмиране на маршрута, настройки на UAV и напреднали изследвания на параметрите на полета. Това позволява не само да се увеличи продължителността на автономната работа на NKU, но и да се намалят разходите за заемно оборудване. Например, няма нужда да купувате компютър за работа в зимни условия при редовна въздушна фотография, където маршрутът може да се програмира на компютър на закрито и е достатъчно персоналът по поддръжката на БЛА да осигури излитане и управление на полета.
Моделът клиент-сървър на взаимодействие между работното място на оператора и компютъра NKU позволява изграждане на система с разпределени работни станции на оператора, които имат достъп до NKU през всяка локална мрежа (LAN) и Интернет. Като част от сървъра правата за достъп до комплекса се конфигурират за всеки потребител. По този начин системата осигурява режим на дистанционна информационна поддръжка за потребителя или диспечерските служби относно параметрите на работата на БЛА, неговото местоположение. Тази функция предоставя на потребителя дистанционен достъп в реално време до резултатите от сложната операция. За диспечерски служби тази функция ви позволява да контролирате полетите на системите за UAV.
Системата BCU е изградена на базата на блока на автопилота, който съчетава следните системи:
- Калкулатор;
- Микромеханична инерционна навигационна система;
- Сателитна навигационна система;
- Манометри за абсолютно и диференциално налягане.
Калкулаторът има следните характеристики и функции:
Производителност 400MIPS;
- Размерът на RAM 64MB;
- Количеството енергонезависима памет от 256MB;
- Той се управлява от QNX Neutrino операционна система в реално време (RTOS).
Устройството за автопилот съдържа следните интерфейси:
- 5 серийни порта в зависимост от хардуерната конфигурация, представени като: RS-232, RS-485 или RS-422;
- 100Mbit Ethernet;
- USB хост.
Софтуерът на блока за автопилот, базиран на съществуващата RTOS, ви позволява да концентрирате усилията за разработка върху решаването на ключовите задачи на блока. Операционната система QNX е мултиплатформена, това обстоятелство ви позволява да поддържате мащабируемостта на блока за автопилот не само по отношение на функционалността, но и производителността чрез използването на други процесорни архитектури.
QNX Neutrino RTOS ви позволява да правите R&D без ограничения. Придобиването на лиценз е необходимо само на етапа на комерсиализация.
Необходим е Ethernet интерфейс за интеграция с високопроизводителни полезни натоварвания, като камери с висока разделителна способност. В допълнение, автопилотът може да бъде дублиран като част от BCU, канал за кръстосано резервиране се формира чрез Ethernet чрез използването на специализиран QNX мрежов стек - QNET QNET ви позволява да получите достъп до ресурсите на отдалечена машина, използвайки същия софтуер механизми като местни ресурси. Ресурсът се разбира като блок, символно или специализирано устройство, от гледна точка на програмист - файл, регистриран в дърво на директория.резервен блок. По същия начин резервното устройство може да използва трансивърното оборудване, свързано към основното устройство.
NKU UEVM също функционира под контрола на QNX Neutrino RTOS, което позволява използването на унифициран софтуер за редица задачи, общи за NKU и BKU. Например: софтуер за управление и телеметрия и драйвери на устройства и подсистеми.
Достъпът до изпълнителните устройства (електрически задвижвания, контролери за полезен товар) на комплекса се осъществява чрез магистрални интерфейси RS-485, RS-422, използвайки специализиран протокол с адресиране на устройства и контрол на грешките на канала.
Фигура 2 показва структурата на UAV UAV с тегло при излитане до 4 kg (тип Delta), тъй като корпусът е направен съгласно аеродинамичната схема без опашка, за управление на аеродинамичните повърхности се използват две електрически задвижвания: една лява и една десни елевони. Линиите RS-485 са разделени за електрически задвижвания и спомагателни системи: контролер на полезен товар, автоматична спасителна система. Това се прави, за да се специализира каналът на електрическите задвижвания, като се елиминират допълнителните забавяния при преминаването на управляващия сигнал, ако каналът е ангажиран в процес с нисък приоритет. Автоматичната спасителна система контролира освобождаването на парашута за редовно кацане и е „таймерът за наблюдение“ на комплекса, изхвърляйки парашута, ако няма сигнал за нулиране на таймера от блока на автопилота.
Фигура 2. Структурна схема на UAV UAV DELTA
Фигура 3 показва блокова схема на информационната структура на БЛА с максимално излетно тегло 20-25 kg (тип Gamma). Електрозадвижванията са унифицирани и за двата типа БПЛА: "Делта" и "Гама". Апаратът Gamma е направен по класическата аеродинамична схема и има 3 секции флаперони на всяко крило, има и дублирани електрически задвижвания за руля и елеватора, функциониращи чрез диференциращ механизъм. В този случай електрическите задвижвания са свързани чрез две независими RS-485 линии, за лявата и дясната страна на самолета. Това елиминира необратимите последици от късо съединение в линията от механични повреди или изгаряне на интерфейсните драйвери. Функциите за управление се изпълняват в ограничен режим от електрическите задвижвания на противоположната страна. В същото време БЛА Gamma може да бъде оборудван и с парашутно оборудване на автоматичната спасителна система. Що се отнася до типа "Делта", оборудването на спомагателните системи е поставено на отделна магистрала.
Липсата на необходимост от галванична изолация и използването на специализирани контролери, например мултиплексен обменен канал, позволява да се интегрира по-оптимален комплекс от UAV по отношение на цената и теглото и размерите.
Фигура 3. Структурна схема на UAV UAV GAMMA
Обединяването на елементите на комплекса за управление на безпилотни летателни апарати в областта на изпълнителните механизми, софтуерът дава възможност за конфигуриране на BCU и NKU с минимални разходи, в зависимост от задачите, които трябва да бъдат решени.
СПИСЪК НА ИЗТОЧНИЦИ НА ИНФОРМАЦИЯ
1. Макаров И.В. Създаване на автопилотна единица за малък безпилотен летателен апарат. // Съвременни проблеми на радиоелектрониката: Sat.scient.tr. / научен редактор: А. И. Громико, А. В. Сарафанов; респ. за издаване: А.А.Левицки. - Красноярск: IPK SFU, 2009. - 465 с. - Страница 56–59
2. Писане на Resource Manager [Електронен ресурс]: техническа документация / QSSI-QNX Documentation Library.