Система автоматического управления бпла. Разработка системы управления беспилотным летательным аппаратом на базе мобильных устройств. Технология обнаружения препятствий и предотвращения столкновений

Система автоматического управления бпла. Разработка системы управления беспилотным летательным аппаратом на базе мобильных устройств. Технология обнаружения препятствий и предотвращения столкновений

25.07.2019 По случаю потери кормильца

Что такое беспилотный летательный аппарат и как работают дроны? Ответы на эти вопросы вы найдете в данной статье.

Сразу стоит сказать, что дроны постоянно эволюционируют: новые технологии и инвестиции в этот сегмент приводят к тому, что каждый месяц появляются продвинутые модели.

Технология БПЛА охватывает все: от аэродинамики аппарата и материалов для его изготовления до печатных плат, микросхем, программного обеспечения, которые в совокупности составляют мозг беспилотника.

Одной из самых популярных моделей на рынке является DJI Phantom 3. Этот дрон пользуется спросом среди людей, занимающихся воздушной съемкой. Несмотря на то, что сегодня он слегка устарел, в нем используется множество передовых технологий, присутствующих и в самых свежих моделях БПЛА. Этот аппарат идеально подходит в качества образца для объяснения как работает данный класс устройств.

Сейчас на рынке появились новые высокотехнологичные дроны, такие как и Inspire 2. Темп развития технологии просто поражает.

Как работают БПЛА

Типичный беспилотный летательный аппарат изготовлен из легких композитных материалов: это способствует снижению веса корпуса и увеличению маневренности устройства. Свойства таких материалов позволяют военным дронам совершать полеты на чрезвычайно больших высотах.

Дроны оснащаются различными технологиями, такими как инфракрасные камеры, GPS и лазеры (в большей мере, это относится именно к военным образцам). Беспилотники могут быть управляемы дистанционной системой, которую иногда еще называют наземной кабиной. То есть можно говорить, что БПЛА состоит из 2-х частей: самого дрона и его системы управления.

« Нос» беспилотника – это то место, где расположены его датчики и навигационная система. Все остальное размещается в «теле» устройства. Композитный материал, из которого изготавливаются аппараты, помимо своей легкости еще и способен поглощать вибрацию.

Типы и размеры дронов

БПЛА бывают самых разных размеров, причем самые большие из них используются чаще всего в военных целях, например, Predator. Следом за ними идут средние беспилотники с фиксированными крыльями, которым для взлета требуется небольшая взлетно-посадочная полоса. Такие модели используются для охвата обширных территорий, например, для географической съемки или борьбы с браконьерами.

Еще меньше по размерам модели, называемые VTOL дроны. Большинство из них – это квадрокоптеры. Эти беспилотники способны взлетать и приземляться вертикально. Аббревиатура VTOL означает «вертикальный взлет и посадка». К примеру, такой маленький дрон как DJI Spark вовсе можно запускать с ладони.

Определение местоположения и возвращение домой

Многие из последних БПЛА оснащены двумя глобальными навигационными системами (GNSS), включающими в себя GPS и ГЛОНАСС. Дроны могут совершать полеты как используя GNSS, так и без помощи спутников. Например, устройства DJI могут летать в режиме P-Mode (GPS и GLONASS) или ATTI, который не использует спутниковую навигацию.

Высокоточная навигация очень важна для дронов занимающихся картографической съёмкой, а также для беспилотников, выполняющих поисково-спасательные миссии.

При первом включении квадрокоптера происходит поиск и обнаружение спутников GNSS. Система GNSS использует технологию Satellite Constellation (спутниковая группировка). Принцип ее работы заключается в координации и синхронизации всех спутников, что позволяет ей охватывать всю зону покрытия, не оставляя «слепых пятен».

Радиолокационная технология БПЛА при включении устройства отобразит на пульте дистанционного управления (ПДУ) следующую информацию:

Сигнал об обнаружении достаточного количества спутников GNSS и готовность к полету.
Текущую позицию дрона относительно пилота.
Запись исходной точки для функции «Возращение домой».

Большинство современных беспилотных летательных аппаратов имеют три типа этой функции:

«Возвращение домой» по приказу пилота, нажавшего соответствующую кнопку на ПДУ или в приложении.
Низкий уровень заряда батареи, который приводит к автоматическому возврату дрона.
Потеря сигнала между БПЛА и ПДУ: в этом случае устройство также возвращается на исходную позицию.

Например, дрон при использовании опции RTH (Return to Home) будет обнаруживать все препятствия на обратном пути и активно их избегать. В условиях недостаточного освещения функция RTH будет работать так:

При обнаружении препятствия беспилотник замедляется.
Он останавливается и начинает парить из стороны в сторону и вверх-вниз до тех пор, пока не найдет способ обойти препятствие.
Затем БПЛА возвращается на исходную позицию.

Гиростабилизация, IMU и контроллер полета

Технология гиростабилизации позволяет дронам летать плавно и без рывков. Гироскоп должен работать молниеносно, чтобы обеспечивать стабильный полет устройства. Кроме того, он предоставляет всю необходимую навигационную информацию пилоту, т.е. вам.

Инерциальный измерительный блок (IMU) служит для отслеживания текущего ускорения устройства, используя для этого сочетание нескольких акселерометров. Некоторые блоки IMU включают в себя еще и магнитометр, служащий для дополнительной стабилизации аппарата.

Гироскоп является составной частью IMU, а тот в свою очередь – важный компонент контрольно-измерительной системы БПЛА. Контроллер полета (Flight Controller) – это, по сути, центральный мозг беспилотника.

Двигатель дрона и конструкция пропеллеров

Благодаря своим двигателям и пропеллерам дроны способны летать в любых направлениях. На квадрокоптерах они работают парами: 2 двигателя и 2 пропеллера, вращающихся по часовой стрелке (CW Propellers) и пара двигателей с пропеллерами, вращающимися против часовой стрелки (CCW Propellers).

Они получают данные от контроллера полета и электронных регуляторов скорости (ESC) и в соответствии с ними заставляют дрон парить на одном месте либо лететь в нужном направлении.

Параметры полета на экране в режиме реального времени

Следить за телеметрией полета и наблюдать за всем тем, что видит дрон можно с помощью ПДУ или смартфона.

Технология «No Fly Zone»

Чтобы повысить безопасность и предотвратить полеты в запретных зонах, последние беспилотные аппараты от DJI и других производителей включают в себя функцию «No Fly Zone».

Эти запретные зоны подразделяются на две категории: А и В. Производитель с помощью обновления прошивки может изменять и корректировать размер и местоположение этих зон.

Подготовка к полету

После включения устройства происходит поиск спутников GPS. Когда дрон обнаружит как минимум 6 спутников, то на экране пульта управления появится надпись «Готов к полету».

Внутренний компас и функция Failsafe

Позволяет БПЛА и системе дистанционного управления точно обнаруживать свое текущее местоположение. Калибровка компаса необходима для установки точки возвращения. После того как данная точка будет установлена, в случае потери сигнала между дроном и системой дистанционного управления, БПЛА вернется «домой». Эта функция известна под названием Failsafe.

Технология трансляции видео от первого лица

FPV расшифровывается как « First Person View » и означает наличие камеры, которая устанавливается на беспилотнике, а затем транслирует видео в режиме реального времени на принимающее устройство пилота на земле. То есть, человек, управляющий дроном, может почти буквально «видеть его глазами», а не просто наблюдать за БПЛА с земли.

Данная функция также позволяет более точно управлять дроном, особенно, когда дело касается ухода от столкновения с препятствиями. С ее помощью очень удобно управлять дроном, летающим в закрытом помещении, а также в тех случаях, когда наблюдение с земли за БПЛА по ряду причин просто невозможно (например, вы отправили дрон в лес или в горы).

Исключительно быстрый рост и развитие гоночных соревнований дронов не был бы возможен без FPV технологии.

Такие «гоночные» дроны оснащены встроенным многодиапазонным беспроводным передатчиком FPV. В зависимости от типа беспилотника принимать транслируемое видео может как ПДУ, так и компьютер, планшет или смартфон.

Разумеется, передача видео в режиме реального времени напрямую зависит от силы сигнала между ПДУ и дроном. Новейшие беспилотники, такие как DJI Mavic и Phantom 4 Pro могут транслировать «живое видео» на расстоянии до 7 км. Phantom 4 Pro и Inspire 2 используют новейшую систему передачи DJI Lightbridge 2 .

Дроны, такие как DJI Mavic Pro, используют интегрированные контроллеры и интеллектуальные алгоритмы для установки нового стандарта беспроводной передачи изображений высокого разрешения путем снижения задержки и увеличения максимального диапазона связи.

FPV для сетей 4G / LTE

В 2016 году появилась новая технология, позволяющая передавать видео в режиме реального времени с минимальной задержкой с помощью 4G. Технология получила название Sky Drone FPV 2.Она включает в себя установку на дрон камеры, модуля данных и 4G модема.

Прошивка и порт для обновлений

Обновить систему управления полетом практически любого нового дрона можно с помощью ПК, используя USB-кабель.

БПЛА можно описать как летающий компьютер, с установленной на нем камерой и разными датчиками. Как и у любого компьютера, у дронов имеется прошивка – программное обеспечение, отвечающее за работу беспилотника и его управление.

Производители БПЛА выпускают обновления для исправления ошибок и добавления новых функций устройства.

Светодиодные индикаторы полета

Он расположены на передней и задней частях беспилотного летательного аппарата. Передние светодиоды обозначают «нос» устройства. Задние же загораются тогда, когда разряжен аккумулятор устройства, чтобы его владелец сразу это заметил.

Система дистанционного управления БПЛА

Представляет собой устройство беспроводной связи, использующее частоту 5,8 ГГц. Дрон и ПДУ должны быть сопряжены по умолчанию, что называется «из коробки». В эту систему входит приемник, встроенный в ПДУ и ряд других элементов, о которых ниже.

Расширитель диапазона частот БПЛА

Это тоже устройство беспроводной связи, которое работает на частоте 2,4 ГГц. Оно используется для расширения диапазона связи между смартфоном или планшетом и дроном на открытых пространствах.

Дальность передачи может достигать 700 м. Каждый такой расширитель имеет уникальный MAC-адрес и сетевое имя (SSID).

Как упоминалось выше, некоторые модели могут летать на расстоянии до 7 км, при этом транслируя видео. Это хорошая реклама расширителей диапазона – поэтому они пользуются большой популярностью среди пользователей.

Приложения для смартфонов, превращающие их в наземные станции

Большинство современных дронов могут управляться как с ПДУ, так и со смартфона с помощью специального приложения. Такие приложения полностью заменяют пульт дистанционного управления, скачать их можно из Google Play или Apple Store. У каждого производителя имеется свое фирменное приложение, например, Go 4 от DJI.

Высокопроизводительная камера

В новейших беспилотных аппаратах от DJI, Walkera, Yuneec и других производителей установлены камеры, которые могут снимать видео в формате 4К, а также делать 12-ти мегапиксельные снимки.

Многие старые модели БПЛА использовали камеры, не совсем пригодные для аэрофотосъёмки. Из-за широкоугольного объектива снимки часто имели искажения. В последних же моделях такой недостаток устранен.

Дроны с зум-объективом

В 2016 и 2017 годах на рынке появился ряд карданных подвесов с интегрированными камерами, поддерживающими функцию Zoom.

DJI выпустила Zenmuse Z3, которая является интегрированной камерой с воздушным зумом и оптимизирована для фотосъемки. Zenmuse Z3 имеет 7-кратный зум, состоящий из 3,5-кратного оптического и двумерного цифрового, с диапазоном фокусного расстояния от 22 до 77 мм, что делает ее идеальной для промышленного применения.

Затем в октябре 2016 года DJI выпустила камеру Zenmuse Z30. Zenmuse Z30 представляет собой интегрированную камеру с 30-кратным оптическим и 6-кратным цифровым зумом с полным увеличением до 180x. Это позволяет использовать ее в промышленности, например, для осмотра башен сотовой связи для получения подробной информации о состоянии проводов и конструкции в целом. Zenmuse совместим с диапазоном частот дронов DJI Matrice.

Walkera Voyager 4 поставляется с невероятной камерой с 18-ти кратным зумом. Данная камера имеет возможность вести съемку на все 360 градусов. Запись видео производится в формате 4K со скоростью 30 кадров в секунду.

Карданные подвесы

Технология карданных подвесов имеет огромное значение для качественной фото-, видеосъемки. Карданный подвес позволяет изолировать камеру от вибрации, исходящей от самого БПЛА. Кроме того, с его помощью камера может изменять углы обзора. Большинство 3-х осевых стабилизирующих карданов способны работать в двух съемочных режимах: обычном и FPV.

Практически все новые БПЛА оснащены такой системой. Лидером в этой области является DJI со своей линейкой Zenmuse.

Датчики БПЛА

Мультиспектральные, лидарные, фотограмметрические и тепловизионные датчики используются в беспилотных аппаратах для высокоточного картографирования и аэрофотосъемки. С их помощью можно получать цифровые карты высот (DEMS), а также данные о состоянии сельскохозяйственных культур, цветов, кустарников, деревьев и даже фауны.

В 2016 году на рынке появились дроны с Time-of-Flight, так называемыми «времяпролетными» датчиками, определяющие расстояние до объекта. Эти сенсоры могут быть использованы в различных целях: для сканирования объектов, внутренней навигации, предотвращения столкновении с препятствиями, 3D-съемки, в играх дополненной реальности и многих других областях.

Дрон может быть запрограммирован на полет над определенной областью с использованием автономной навигационной системы. Камера БПЛА будет делать снимки с интервалом 0,5 или 1 сек. Затем эти изображения «сшиваются» воедино с помощью специального ПО и в результате получается 3D-карта местности.

Компания DroneDeploy является одним из лидеров в создании программного обеспечения для 3D-картографии в сельском хозяйстве. Их последний продукт под названием Fieldscanner работает с большинством новейших беспилотных летательных аппаратов.

Технология обнаружения препятствий и предотвращения столкновений

Современные беспилотники практически всегда оснащены такими системами. Датчик обнаружения препятствий постоянно сканирует окружение. Одновременно с этим программные алгоритмы и технология SLAM создают 3D-карту, которая обрабатывается контроллером полета и позволяет дрону избегать столкновений. Эта система использует один из нескольких датчиков для лучшего распознавания потенциально опасных объектов:

видеосенсор,
ультразвуковой,
инфракрасный,
лидар,
монокулярное зрение.

Защита от падения (Anti-Drop Kit)

Защищает камеру в случае аварийного падения БПЛА.

ПО для редактирования видео

Наличие высококачественного видеопрограммного обеспечения важно как для съемки, так и для последующей обработки материала. Большинство современных дронов могут снимать в формате Adobe DNG, что очень удобно для последующей работы с полученными изображениями.

Операционные системы, которые используют дроны

Основная масса беспилотников работают под управлением Linux, остальные используют MS Windows. Также, у Linux Foundation есть проект, запущенный в 2014 году, под названием Dronecode*.

*Dronecode - проект по созданию свободной платформы с открытым исходным кодом для беспилотных летательных аппаратов.

Последние высокотехнологичные беспилотники

Львиную долю рынка инновационных дронов занимает, конечно же, компания DJI. Вот список новейших устройств, на которые стоит обратить внимание:

– маленький беспилотник, который может взлетать с ладони.

– небольшой складной дрон с датчиками предотвращения столкновения, расположенными спереди и снизу. Супер стабильный полет и возможность снимать видео в формате 4k.

DJI Phantom 4 Pro – с технологией предотвращения столкновения «Vision». Многоцелевой беспилотный летательный аппарат, способный вести аэрофотосъемку и фотограмметрические работы. Встроенная камера оснащена 4-х кратным зумом.

DJI Inspire 2 – запатентованная конструкция и двигатели. Многоцелевой беспилотник с подвесными карданами и камерой, предназначенной для аэрофотосъемки, записи видео в 5К, фотограмметрии, съёмки мультиспектральных и тепловизионных изображений.

Yuneec Typhoon H Pro – использует запатентованную технологию предотвращения столкновений Intel «Realsense». Отлично подходит для профессиональной аэрофотосъемки.

Walkera Voyager 4 – профессиональный дрон с 18-кратной оптической трансфокаторной камерой, что делает его идеальным для поисково-спасательных работ.

DJI Matrice 200 Commercial Quadcopter – дрон со встроенной двойной батареей, системами IMU и спутниковой навигацией. Поддерживает установку 2-х камер (например, камеры с тепловизором и зумом). Оснащен видеосенсором, ультразвуковым и ToF датчиками. Идеально подходит для осмотра труднодоступных объектов с целью оценки их состояния.

Интеллектуальные режимы полета

Все вышеперечисленные БПЛА имеют множество разных интеллектуальных режимов полета. Особенно ярко на фоне остальных выделяется Phantom 4 Pro от DJI, имеющий такие режимы как:

Active Track (Profile, Spotlight, Circle) - активный трек;
Draw Waypoints - рисунок точек пути;
TapFly - интеллектуальный режим полета;
Terrain Follow Mode - режим рельефа местности;
Tripod Mode - режим штатива;
Gesture Mode - режим жестов;
S-Mode (спорт);
P-Mode (позиция);
A-Mode (положение в воздухе);
Beginner Mode - начальный режим;
Course Lock - блокировка курса;
Home Lock - домашний замок;
Obstacle Avoidance - обхождение препятствий.

Использование БПЛА

Дронов можно использовать в самых различных целях. Когда вы устанавливаете камеру или датчики, такие как лидар, тепловизор, ToF, мультиспектральный и многие другие, диапазон применения устройств расширяется еще больше.

Лучшие видео на тему БПЛА

Ниже размещены 2 видеоролика, в которых подробно рассказывается о технологии БПЛА. На первом видео ведущий специалист по БПЛА Раффаэлло Д"Андреа даст зрителям представление о ПО, лежащем в основе технологии беспилотных летательных аппаратов. Он также расскажет об алгоритмах работы, теории управления и проектирования на основе разных моделей (видео, к сожалению, не адаптировано на русский язык).

Военные беспилотники

Следующее видео – это рассказ о том, что настоящее и будущее военной техники принадлежит беспилотным летательным аппаратам, таким как Predator и Reaper.

Два военных БПЛА среднего размера, которые в настоящее время активно используются – это Predator MQ-1B и MQ-9 Reaper . Их применяли в Афганистане и Пакистане.

Последние несколько лет характеризуются значительными инвестициями в разработку дронов, особенно в секторе бизнеса и потребительских БПЛА. Технологии действительно удалось совершить громадный рывок всего лишь за несколько лет.

По материалам DroneZon

Изобретение относится к области управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) в чрезвычайных ситуациях. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности приведения БПЛА как в радиоконтрастную точку, так и в точку, не имеющую радиолокационного контраста, без существенных аппаратных затрат при модернизации существующих систем. Система управления беспилотным летательным аппаратом содержит автопилот, бортовую электронно-вычислительную машину (БЭВМ), пульт предстартовой подготовки и ввода полетного задания, радиолокационный координатор с фазоманипулированным зондирующим сигналом, который содержит антенну, передатчик и приемник, дальномер, синхронизатор и устройство обработки сигналов, в состав которого входят фильтр сжатия сигналов, пороговое устройство, устройство фиксации координат, три переключателя, устройство фиксации максимума и блок формирования порога. 11 ил.

Изобретение относится к системам управления местоположением и курсом беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и может быть использован при проектировании БПЛА, предназначенных для высокоточного приведения в заданную точку земной поверхности, в частности, для доставки груза в зараженные районы или на объекты, блокированные террористами. Известна система управления БПЛА , которая содержит радиолокационный визир (измеритель координат и параметров объекта назначения, или, иначе, координатор), измеритель координат и параметров движения управляемого объекта, устройство формирования сигналов управления, устройство обработки информации, радиовысотомер, блок задания порога, управляемый переключатель, устройство коррекции высоты и вертикальной скорости. В качестве измерителя координат и параметров движения управляемого объекта (БПЛА) использована система инерциальной навигации. Устройство формирования сигналов управления, включающее программный блок, устройство обмена информацией и вычислительные блоки, представляет собой бортовую электронно-вычислительную машину (БЭВМ), организующую процессы обмена информацией между элементами системы управления БПЛА и в соответствии с заложенными в ней алгоритмами принимающую решение об управлении БПЛА путем изменения или коррекции управляющих сигналов автопилота. Известная система управления достаточно эффективна при необходимости приведения БПЛА в радиоконтрастную точку или к радиоконтрастному объекту. Это достигается следующим образом. Координатор при помощи антенны сканирует пространство перед БПЛА и, анализируя отраженные сигналы по направлению и дистанции, определяет координаты искомого объекта по центру тяжести наблюдаемого двумерного массива (алгоритмы приведены, например, в [ 2, стр. 25]). Недостатком известной системы управления БПЛА является невозможность приведения БПЛА в такое место поверхности, которое не обладает радиолокационным контрастом на фоне окружающих его других объектов естественного и искусственного образования. Для приведения БПЛА в заданную точку земной поверхности, не обладающую радиолокационным контрастом, используются системы, которые объединены в литературе под общим названием корреляционно-экстремальные системы наведения . Сущность корреляционно-экстремальных систем заключается в том, что локатор осматривает участок поверхности под летательным аппаратом (локатор высотомера), сбоку от летательного аппарата (локатор бокового обзора), перед собой (локатор переднего обзора) или сзади (локатор заднего обзора). Результаты осмотра сравниваются с эталонной радиолокационной картой и по максимуму коэффициента корреляции наблюдаемого изображения и эталонной карты определяются координаты истинного местоположения БПЛА относительно заданной на момент измерения теоретической (или программной) точки его местонахождения. Эта разница координат используется при коррекции автопилота для дальнейшего программного полета БПЛА к заданной точке поверхности земли. Необходимым условием реализации подобных систем является наличие в них коррелятора, реализованного на универсальной (или специализированной) высокопроизводительной бортовой вычислительной машине или на основе оптического коррелятора. Во вновь проектируемых системах управления БПЛА, предназначенных для точного приведения к радиоконтрастным и к нерадиоконтрастным объектам, необходимо совмещать оба принципа наведения и соответственно нести суммарные аппаратные затраты на обычную обработку принимаемых сигналов (выделение сигнала на фоне шума, селекция помех и классификация наблюдаемых объектов, определения координат выбранной наиболее яркой точки) и на корреляционную обработку пространственного радиолокационного изображения. Однако при этом необходимо учитывать следующее. Реализация корреляционно-экстремальной системы требует применения локатора с высокой разрешающей способностью как по дистанции, так и по угловым координатам, т. е. требует локатора бокового обзора с синтезированной апертурой, либо локатора с узкой диаграммой направленности. В силу ограниченности размеров антенны на БПЛА приходится использовать миллиметровый диапазон радиоизлучений, который позволяет максимально сузить диаграмму направленности антенны и, соответственно, улучшить разрешающую способность по угловым координатам. Однако, дальность действия локатора миллиметрового диапазона в сильной степени зависит от погодных условий, что, в свою очередь, ограничивает его применение на БПЛА. Для устранения этого недостатка возможно использование многоканальных бортовых РЛС, использующих сразу два диапазона радиоизлучений: сантиметровый и миллиметровый. При этом сантиметровый диапазон обеспечивает большую дальность и всепогодность, а миллиметровый - лучшую точность на малой дистанции. Недостатком корреляционно-экстремальных систем с многоканальными бортовыми локаторами является существенное возрастание аппаратурных затрат. В модернизируемых системах управления БПЛА невозможно внести существенные изменения в аппаратуру, особенно в части введения дополнительных приборов и связей. Поэтому необходимо искать другие пути практической реализации первого (контрастный объект) или второго (неконтрастный объект) принципов управления наведения БПЛА. Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является система управления БПЛА, использующая в качестве координатора одноканальную бортовую РЛС сантиметрового диапазона с фазоманипулированным зондирующим сигналом . Кроме координатора система управления беспилотным летательным аппаратом содержит систему автопилотирования (автопилот), соединенную с бортовой ЭВМ, которая выполнена с возможностью подключения к пульту предстартовой подготовки и ввода полетного задания, который расположен в месте старта БПЛА. Координатор содержит передатчик, в котором формируется импульсный зондирующий сигнал с изменением фазы несущей частоты псевдослучайным двоичным кодом, антенну, кинематически связанную с приводом антенны, приемник, синхронизатор, дальномер (счетчик дальности) и устройство обработки сигналов, включающее фильтр сжатия сигналов, пороговое и устройство фиксации координат, формирующее сигналы дальности и углового положения отраженных сигналов, поступающих в БЭВМ. БЭВМ определяет координаты истинной цели, сопоставляет данные о местоположении БПЛА, измеренные автопилотом, с данными о местоположении истинной цели и формирует сигналы коррекции курса БПЛА, поступающие на автопилот. Преимуществом системы управления БПЛА с координатором, использующим фазоманипулированный сигнал, является более высокая точность сопровождения цели и более высокая помехозащищенность по отношению к активным и пассивным помехам, что известно, например, из . Недостатком системы управления по прототипу является ее низкая эффективность при необходимости приведения БПЛА к нерадиоконтрастному объекту-цели или в нерадиоконтрастную точку земной поверхности. Задачей изобретения является обеспечение возможности приведения БПЛА как к радиоконтрастным объектам-целям, так и к цели, не имеющей радиолокационного контраста, без существенных аппаратных затрат при модернизации существующих систем. Сущность изобретения заключается в том, что в системе управления беспилотным летательным аппаратом, содержащей автопилот, подключенный входом и выходом к первому выходу и второму входу бортовой электронно-вычислительной машины (БЭВМ), первый вход которой является входом для подключения к пульту предстартовой подготовки и ввода полетного задания, и радиолокационный координатор с фазоманипулированным зондирующим сигналом, который содержит антенну, кинематически связанную с приводом антенны, соединенные с антенной передатчик и приемник, гетеродинный выход которого подключен к соответствующему входу приемника, синхронизатор, дальномер, и устройство обработки сигналов, в состав которого входят фильтр сжатия сигналов, пороговое устройство и устройство фиксации координат, соответствующие входы которого подключены к выходу порогового устройства, выходу дальномера и информационному выходу привода антенны, а выходы, на которых формируются значения величин дистанции и углового положения отраженных сигналов, подключены к четвертому и пятому входам БЭВМ, шестой вход которой и вход передатчика подключены к выходу синхронизатора, передающему импульсную последовательность с частотой зондирования, выход синхронизатора, передающий последовательность импульсов синхронизации, подключен ко второму входу дальномера, первый вход которого и второй вход приемника по сигналу окончания зондирующего импульса подключены ко второму выходу передатчика, гетеродинный выход которого соединен с гетеродинным входом приемника, в устройство обработки сигналов дополнительно введены три переключателя, устройство фиксации максимума и блок формирования порога, управляющие входы которого по сигналу признака режима и сигналу задания масштаба подключены соответственно к пятому и седьмому выходам БЭВМ, выход подключен к уровневому входу порогового устройства, а соответствующие сигнальные входы - к выходам приемника, на которых формируются усредненное значение интенсивности шума и усредненное значение интенсивности отраженного сигнала, кодовый выход передатчика и выход видеосигнала приемника подключены к первым входам первого и второго переключателей, соответственно, вторые входы первого и второго переключателей соединены соответственно с третьим и четвертым выходами БЭВМ, на которых формируются последовательность бинарного массива измерений и последовательность эталонного бинарного массива, их управляющие входы соединены со вторым выходом БЭВМ, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам фильтра сжатия сигналов, выход которого соединен с сигнальным входом третьего переключателя, управляющий вход которого подключен к шестому выходу БЭВМ, а выходы - к сигнальным входам порогового устройства и устройства фиксации максимума, а выход последнего, на котором формируется сигнал, характеризующий местоположение бинарного массива измерений на эталонной карте, соединен с третьим входом БЭВМ. В предлагаемой системе устройство обработки сигналов при работе по радионеконтрастным объектам сначала обнаруживает в просматриваемой зоне отраженные сигналы на фоне шума (т. е. сначала работает по своему прямому назначению), а затем переходит в режим сравнения и суммирования бинарных последовательностей, сформированных путем дополнительной пороговой обработки измеренного массива наблюдаемых сигналов и подготовленной заранее эталонной бинарной последовательности. По результатам этого сравнения определяются координаты зоны измерений координатора и положение БПЛА относительно заданной точки приведения. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены: фиг.1 - структурная схема системы, фиг.2 - структурная схема бортовой электронно-вычислительной машины, фиг.3 - структурная схема фильтра сжатия сигналов, фиг. 4 - временные диаграммы сигналов на входах и выходе фильтра сжатия сигналов, фиг.5 - схема блока формирования порога, фиг.6 - схема устройства фиксации максимума, фиг.7 - графическое изображение зоны обзора координатора в стартовой системе координат, фиг. 8 - логико-временная диаграмма этапов функционирования системы управления в режиме приведения к нерадиоконтрастному объекту назначения, фиг. 9 - укрупненная схема алгоритма, реализуемого бортовой электронно-вычислительной машиной,
фиг.10, 11 - примеры зависимостей показателей оценок точности при приведении БПЛА к объектам различного назначения. На фиг. 1 структурной схемы системы управления БПЛА приняты следующие обозначения:
1 - антенное устройство,
2 - передатчик,
3 - приемник,
4 - синхронизатор,
5 - устройство обработки сигналов,
6 - бортовая электронно-вычислительная машина,
7 - автопилот,
8 - дальномер,
9 - пульт предстартовой подготовки и ввода полетного задания,
10 - фильтр сжатия сигналов,
11 - пороговое устройство,
12 - устройство фиксации координат,
13 - первый переключатель,
14 - второй переключатель,
15 - третий переключатель,
16 - устройство фиксации максимума,
17 - блок формирования порога. Согласно фиг.1 в системе управления БПЛА к первому выходу синхронизатора 4 (выходу импульсной последовательности с частотой зондирования) подключены вход передатчика 2 и шестой вход БЭВМ 6, а ко второму его выходу (последовательности синхронизирующих импульсов) - второй (счетный) вход дальномера 8, первый вход которого и второй вход приемника 3 (по сигналу окончания зондирующего импульса) подключены ко второму выходу передатчика 2. Первый (сигнальный) выход передатчика 2 подключен к антенне, сигнальный выход которой подключен к первому входу приемника 3, а информационный выход привода антенны подключен к третьему входу устройства 12 фиксации координат. Третий (гетеродинный) выход передатчика 2 соединен с третьим (гетеродинным) входом приемника, а его четвертый (кодовый) выход подключен к первому входу первого переключателя 13. Выход видеосигнала (первый) приемника 3 подключен к первому входу второго переключателя 14, а его второй выход, на котором формируется усредненное значение интенсивности шума (выход ШАРУ), и третий выход, на котором формируется усредненное значение интенсивности отраженных сигналов (выход АРУ), соединены со вторым и третьим (сигнальными) входами блока 17 формирования порога, выход которого соединен со вторым (уровневым) входом порогового устройства 11. Выход порогового устройства 11 соединен с первым входом устройства 12 фиксации координат, второй вход которого подключен к выходу дальномера 8, а первый и второй выходы, на которых формируются значения величин дистанции и углового положения отраженных сигналов, подключены соответственно к четвертому и пятому входам БЭВМ 6, первый выход и второй вход которой соединены с автопилотом 7, а первый вход является входом для подключения к пульту 9 предстартовой подготовки и ввода полетного задания. К первому и второму выходам третьего переключателя 15 подключены соответственно сигнальный (первый) вход порогового устройства 11 и вход устройства 16 фиксации максимума. Сигнальный (первый) вход третьего переключателя 15 подключен к выходу фильтра 10 сжатия сигналов, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго переключателей 13 и 14, соответственно. Управляющие входы первого и второго переключателей 13, 14 подключены ко второму выходу БЭВМ 6, шестой выход которой соединен со вторым (управляющим) входом третьего переключателя 15, а пятый и седьмой выходы соединены соответственно с управляющим входом признака режима (первым) и управляющим входом задания масштаба (четвертым) блока 4 формирования порога. Третий вход БЭВМ 6 соединен с выходом устройства 16 фиксации максимума, на котором формируется сигнал, характеризующий местоположение бинарного массива измерений на эталонной карте, а третий и четвертый выходы БЭВМ 6, с которых передаются последовательность бинарного массива измерений и последовательность эталонного бинарного массива, подключены ко вторым сигнальным входам соответственно первого и второго переключателей 13 и 14. Антенное устройство 1, передатчик 2, приемник, синхронизатор 4, дальномер 8 и устройство 5 обработки сигналов образуют радиолокационный координатор системы управления БПЛА. Антенное устройство 1 является головной частью координатора и содержит одно- или двухзеркальную антенну сантиметрового диапазона с симметричной узкой (насколько позволяют конструктивные размеры БПЛА) диаграммой направленности. Антенна закреплена в кардановом подвесе, снабженном двумя следящими приводами, которые могут поворачивать ее вокруг горизонтальной и вертикальной оси, обеспечивая сканирование диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Датчики угла поворота антенны вокруг вертикальной и горизонтальной осей, выполненные, например, в виде потенциометров или цифровых оптико-электронных преобразователей угол-код, вырабатывают информационные сигналы углового положения антенны относительно корпуса летательного аппарата в текущий момент времени: a - угол поворота в горизонтальной плоскости и a - угол поворота в вертикальной плоскости. Управление антенной в обеих плоскостях идентично, поэтому, для простоты изложения, в дальнейшем рассматривается только поворот в горизонтальной плоскости. Подробно построение системы управления антенной радиолокационного координатора изложено, например, в . Для обзора пространства перед БПЛА на вход следящих приводов антенны подается пилообразный управляющий сигнал периодического сканирования антенны в соответствующей плоскости. Этот сигнал может формироваться непосредственно внутри антенного устройства при помощи интегрирующего операционного усилителя в аналоговом виде, реверсивного счетчика синхроимпульсов в цифровом виде или в бортовой ЭВМ. Передатчик 2 выполнен в виде усилительной цепочки на лампе бегущей волны (ЛБВ), на входе которой несущая частота возбудителя модулируется по фазе псевдослучайной - последовательностью, формируемой генератором кода и фазовым манипулятором (Яковлев В.В., Федоров Р.Ф. Стохастические ВМ, Л., Машиностроение, стр. 147-153, 1974 г.). Частота повторения и длительность зондирующих импульсов передатчику задается синхронизатором 4. Импульс, соответствующий моменту окончания зондирующего импульса, формируется на управляющем выходе усилителя мощности, который служит вторым выходом передатчика, а сигнальный выход усилителя мощности образует первый выход передатчика. Выход гетеродинной частоты возбудителя образует третий выход передатчика, а выход генератора кода, на котором формируется кодовая последовательность изменения фазы несущей частоты каждого излучаемого сигнала - u 1 , образует четвертый выход передатчика. Пример реализации передатчика с фазоманипулированным сигналом и входящих в него блоков известен, например, из . Приемник 3 выполнен в виде последовательно соединенных усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого образует гетеродинный (третий) вход приемника, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) и видеоусилителя. Варианты построения приемника PJIC с фазоманипулированным сигналом изложены в . Важным обстоятельством является обязательное наличие в приемнике автоматической регулировки уровня шумов (ШАРУ) и автоматической регулировки усиления (АРУ). Первый выход приемника 3 - основной выход видеоусилителя, на котором формируется последовательность u 2 сигналов, отраженных от наблюдаемых объектов, второй выход - выход схемы ШАРУ, на котором формируется аналоговый (возможен вариант дискретной схемы и цифрового выхода) сигнал a ш, величина которого пропорциональна усредненному значению (уровню) интенсивности шума отраженных сигналов, третий выход - выход схемы АРУ, на котором формируется сигнал a с, пропорциональный усредненному значению интенсивности отраженных сигналов. Бортовая ЭВМ 6 представляет собой универсальную ЭВМ, которая с разделением во времени воспринимает информацию по шести входам и вырабатывает на соответствующих выходах с первого по седьмой информационные или управляющие сигналы. Примеры ЦВМ приведены в . В частности, может использоваться Micro PC фирмы " Octogon". Структурная схема одного из возможных вариантов построения БЭВМ 6 приведена на фиг.2 . Эта структура построена с использованием трех интерфейсных магистралей 18, 19, 20 информационного обмена, каждая из которых через соответствующий контроллер 21, 22, 23 прямого доступа к памяти связана с системной интерфейсной магистралью 24 памяти и внутренней интерфейсной магистралью 25 процессора. Процессор 26 непосредственно соединен с обеими магистралями 24, 25, а блок 27 памяти (ДЗУ) - только с магистралью 24. К первой интерфейсной магистрали 18 информационного обмена подключены три адаптера 28, 29, 30 внешних устройств, через которые осуществляется связь с пультом 9 предстартовой подготовки (адаптер 29) и с автопилотом 7 (адаптеры 28 и 30). Ко второй интерфейсной магистрали 19 подключены адаптеры 31, 32, 33 внешних устройств, принимающие соответствующие сигналы радиолокационного координатора, которые поступают на третий, четвертый и пятый входы БЭВМ 6, а через группу адаптеров 34,...,40, внешних устройств, подключенных к третьей информационной магистрали 20 и образующих выходы БЭВМ со второго по седьмой, осуществляется передача соответствующих управляющих и информационных сигналов в устройство 5 обработки сигналов радиолокационного координатора. Процессор 26 управляет подготовкой программ и размещением их в блоке 27 памяти, инициирует в определенные моменты времени через свою внутреннюю интерфейсную магистраль 25 и соответствующую магистраль 18 (19, 20) информационного обмена работу с нужным внешним устройством, указывая при этом через контроллер 21 (22, 23) прямого доступа к памяти место в блоке 27 памяти, где хранится необходимая программа. По завершении программы обратная связь с каналами осуществляется с помощью программного прерывания также через внутреннюю интерфейсную магистраль 25. Использование приведенной структуры обеспечивает увеличение вычислительной мощности БЭВМ за счет того, что процессор 26 не участвует в операциях ввода-вывода, а только инициирует работу каналов и контролирует логико-временную диаграмму работы БЭВМ. Возможны и другие варианты построения бортовой вычислительной машины и связи ее с внешними устройствами. Широко распространена, например, ЭВМ с магистральным интерфейсом (ГОСТ 26765.52-67). Однако, тип связи ЦВМ с внешними устройствами принципиального значения для существа изобретения не имеет. Автопилот 7 или бортовая навигационная система представляет собой систему гироскопических приборов (в простейшем случае гироазимут, гирогоризонт и три гироинтегратора), измеряющих пройденный путь в стартовой системе координат: Х - направление полета, заданное в точке старта, Y - высота полета, Z - боковое отклонение от вертикальной плоскости, совпадающей с направлением полета, заданным в точке старта, или, иначе, плоскости стрельбы. При отклонении измеряемых автопилотом текущих координат Y t и Z t при X t от значений, заданных полетным заданием, автопилот автономно или при помощи бортовой ЭВМ выдает управляющие сигналы на рулевые органы, при помощи которых приводятся в соответствие боковое отклонение от плоскости стрельбы Z t =Z n и высота полета Y t = Y n . Сведения, необходимые для реализации автопилота, приведены, например, в . Известно также, что для управления БПЛА по высоте часто используется высотомер, показания которого в вертикальной плоскости могут оказаться точнее, чем у гироинтегратора, однако для существа предлагаемого изобретения это не имеет значения. По этой причине дальнейшее описание ограничивается только рассмотрением управления беспилотным летательным аппаратом в горизонтальной плоскости. Для задания программы движения БПЛА в боковой плоскости часто используют установку нуля гироскопических приборов в азимутальной плоскости, совпадающую с направлением на цель - (плоскость стрельбы). В этом случае автопилот отрабатывает возмущения, сводя рассогласование Z (отклонение от плоскости стрельбы) к нулю. Путь, проходимый БПЛА по оси X, в этом случае соответствует текущей дистанции Dt от места старта до БПЛА. Конечная точка полета задается дистанцией Dк. Дальномер 8 в рассматриваемой системе представляет собой счетчик синхроимпульсов, поступающих со второго выхода синхронизатора 4. Обнуление и запуск счетчика происходит по сигналу со второго выхода передатчика 2, поступающему на первый вход дальномера 8. Выход счетчика является выходом дальномера 8. Выходной сигнал дальномера в последовательном или параллельном коде несет информацию о времени З, которое прошло после окончания импульса излучения. Измеряемая дискретность или цена младшего разряда счетчика составляют, например, 0,1 мкс, что соответствует дистанции 15 м. Число разрядов счетчика соответствует максимальной дистанции возможного наблюдения объекта-цели или периоду повторения зондирующих импульсов передатчика 2. В аналоговом исполнении дальномер 8 выполняется на интегрирующем операционном усилителе, формирующем пилообразное напряжение с периодом следования зондирующих импульсов. В этом случае величина выходного сигнала дальномера 8 пропорциональна времени, истекшему с момента окончания зондирующего импульса. Пульт 9 предстартовой подготовки и ввода полетного задания предназначен для проверки исправности всех бортовых систем БПЛА и ввода в БЭВМ 6 полетного задания. Перед запуском БПЛА все бортовые приборы получают электропитание от внешнего источника и по результатам тестовой проверки выдают обратные сигналы готовности (или неисправности), по которым оператор принимает решение о возможности запуска БПЛА. После проверки исправности всех бортовых систем и агрегатов в память бортовой ЭВМ 6 транслируется полетное задание в виде программы траектории полета. При этом в табличной, аналитической или смешанной форме вводится планируемый маршрут, задаваемый в виде зависимостей координат Y(X) и Z(X), где Х - продольная координата в плоскости стрельбы, Y - высота полета и Z - боковое отклонение от плоскости стрельбы. При помощи пульта 9 выставляется начальное положение гироприборов автопилота, соответствующее выбранной плоскости стрельбы. Кроме этого, при помощи пульта 9 вводятся в бортовую ЭВМ основные параметры логико- временной диаграммы и режимов работы бортовой аппаратуры. Аппаратура предстартовой проверки и ориентации гироскопических приборов известна, например, из . Собственно пульт представляет собой терминал оператора, который содержит клавиатуру, монитор и центральный прибор управления и связи, включающий ЭВМ, ДЗУ. ОЗУ и адаптеры, организованные в сеть посредством интерфейсных магистралей. Примером одной из возможный реализации пульта 9 может служить схема пульта оператора корабельной боевой информационно-управляющей системы . Фильтр 10 сжатия сигналов, структурная схема которого приведена на фиг. 3, содержит запоминающий регистр 41 и сдвиговый регистр 42, выходы которых поразрядно подключены ко входам многоразрядного элемента 43 исключения ИЛИ, выход которого образует выход фильтра 10 сжатия сигналов. Входы регистров 41 и 42 образуют первый и второй входы фильтра 10. Эпюры, поясняющие работу фильтра сжатия, приведены на фиг.4, где обозначено: u 1 - кодовая последовательность изменения фазы несущей частоты излучаемого сигнала на первом входе фильтра 10, u 2 - последовательность отраженных сигналов с видеовыхода приемника на втором входе фильтра 10, u 3 - выходной сигнал фильтра 10. Пороговое устройство 11 выполнено, например, в виде компаратора - усилителя постоянного тока с дифференциальным входом без внешней обратной связи. На его второй вход подается уровневый сигнал с выхода блока 17 формирования порога, который определяет уровень порога срабатывания компаратора, а на первый вход - сигнал u 3 с выхода фильтра сжатия. Если величина сигнала u 3 на выходе фильтра сжатия больше порогового значения U пop, то на выходе порогового устройства 11 появится нормированный сигнал постоянной амплитуды длительностью .
Устройство 12 фиксации координат представляет собой схему совпадения сигнала задержки времени З, поступающего с выхода дальномера, и сигналов углового положения антенны a , поступающих с датчиков угла поворота антенны 1, с управляющим сигналом - импульсом с выхода порогового устройства 11. При наличии управляющего импульса происходит запись величин на соответствующие выходные регистры дистанции до объекта-цели Dц = c З /2 (с - скорость распространения электромагнитного излучения) и угла a (аналогично, при необходимости угла a). При аналоговом исполнении системы схема совпадения может быть выполнена на пик-детекторах, а в дискретно-цифровом варианте - в виде триггерных регистров. Число пик-детекторов или выходных регистров в устройстве 12 фиксации координат определяется максимально возможным (допустимым для данного БПЛА) числом одновременно наблюдаемых объектов-целей, среди которых по определенным признакам (например, по их взаимному расположению) определяется объект назначения, на который наводится БПЛА. Для БПЛА, приводимых к радиоконтрастным точкам или объектам, максимальное число возможных наблюдаемых объектов равно, например, 20. Этим ограничено число выходных регистров дистанции D и угла a наблюдения (визирования) объекта. Переключатели 13, 14 и 15 представляют собой обычные двухпозиционные реле (контактные электромеханические или бесконтактные электронные). Управляющие входы переключателей 13 и 14 подключены ко второму выходу БЭВМ 6, а управляющий вход переключателя 15 - к ее шестому выходу. С этих выходов выдаются команды на переключение в режим приведения БПЛА к неконтрастному объекту после радиолокационного обзора. Нормально-замкнутые контакты переключателя 13 коммутируют сигнал кодовой последовательности изменения фазы зондирующего сигнала с передатчика 2 на вход запоминающего регистра 41 (первый вход фильтра 10 сжатия сигналов), а нормально-разомкнутые контакты этого ключа коммутируют на его вход последовательность бинарного массива измерений с третьего выхода БЭВМ 6. Нормально-замкнутые контакты ключа 14 коммутируют выход видеосигнала приемника 3 на вход сдвигового регистра 42 (второй вход фильтра 10 сжатия сигналов), а нормально-разомкнутые контакты этого ключа коммутируют на вход сдвигового регистра 42 кодовую последовательность эталонного бинарного массива с четвертого выхода БЭВМ 6. Нормально-замкнутые контакты переключателя 15 коммутируют выходной сигнал фильтра 10 сжатия сигналов на вход порогового устройства 11, а нормально-разомкнутые - на вход устройства 16 фиксации максимума. Блок 17 формирования порога выполнен по схеме, приведенной на фиг.5, где обозначены:
44 - двухпозиционное реле, 45 - масштабирующий усилитель, 46 - трехпозиционное поляризованное реле, R 1 ,..., R 8 - резисторы. Двухпозиционное реле 44 предназначено для переключения на вход масштабирующего усилителя 45 сигнала среднего значения интенсивности шума а ш со второго входа блока 17 формирования порога или (при наличии на управляющем входе сигнала признака режима) усредненного значения интенсивности сигнала а с с третьего входа блока 17. Трехпозиционное поляризованное реле 46 предназначено для переключения резисторов в цепи обратной связи усилителя 45. Коэффициент передачи среднего значения шума а ш со второго входа блока 17 на его выход определяется отношением (R 5 +R 6)/(R 1 +R 3), а среднего значения сигнала а c с третьего входа блока 17 на его выход при отсутствии управляющего сигнала на четвертом входе, соответственно, отношением (R 5 +R 6)/(R 2 +R 3). При наличии положительного управляющего сигнала на поляризованном реле 46 коэффициент передачи блока 17 формирования порога возрастает и соответствует отношению (R 5 +R 6 +R 7)/(R 1 +R 3), а при отрицательном управляющем сигнале на коэффициент передачи уменьшается и равен отношению R 7 /(R 1 +R 3). Резистор R 8 необходим для предотвращения перегрузки усилителя 45 в моменты размыкания контактов реле 46. Величина сигнала на выходе блока 17 формирования порога определяет величину порога U пop порогового устройства 11. Устройство 16 фиксации максимума может быть реализовано в аналоговом или цифровом виде. Пример его реализации в аналоговом виде приведен на фиг.6, где обозначены: 47 - операционный усилитель, 48 - дифференциальный усилитель, R 9 ,..., R 14 - резисторы, Д 1 - диод, C 1 , C 2 - конденсаторы. Устройство 16 фиксации максимума содержит последовательно соединенные пик-детектор (Д 1), интегрирующую цепочку R 9 C 1 , согласующий операционный усилитель 47, коэффициент усиления которого определяется отношением R 11 /R 10 , дифференцирующую цепочку C 2 R 12 , резистор R 13 и согласующий дифференциальный усилитель 50. Порог срабатывания усилителя 50 определяется величиной напряжения смещения, в качестве которого может использоваться напряжение питания усилителя, и отношением R 14 /R 15 . Входом устройства 16 фиксации максимума служит вход детектора Д 1 , а выходом - выход дифференциального усилителя 50. В зависимости от типа объекта назначения (радиоконтрастный или нерадиоконтрастный) система управления беспилотным летательным аппаратом работает в одном из двух режимов наведения, которые задаются в виде признака режима и вводятся в полетное задание перед стартом БПЛА с пульта 9 предстартовой подготовки и ввода полетного задания. В режиме приведения БПЛА к радиоконтрастному объекту (в полетном задании Реж=1) на втором и шестом выходах БЭВМ 6 отсутствуют управляющие сигналы, на пятом выходе отсутствует управляющий сигнал признака режима, на седьмом - сигнал задания масштаба, а на третий вход БЭВМ 6 не поступает сигнал с устройства 16. Приведение БПЛА к объекту назначения производится при помощи радиолокационного координатора, который в этом режиме работает следующим образом. Антенна 1 сканирует пространство перед БПЛА. Передатчик 2 с заданной синхронизатором 2 частотой излучает фазоманипулированные зондирующие импульсы. Код последовательности изменения фазы несущей частоты u 1 через нормально-замкнутые контакты переключателя 13 поступает в запоминающий регистр 41 фильтра 10 сжатия сигналов и запоминается в нем. На второй вход фильтра 10 поступает видео- сигнал сигнал с первого выхода приемника 3, представляющий собой последовательность сигналов u 2 , обновляемую путем сдвига через каждый дискрет времени . При длительности одного дискрета зондирующего импульса = 1 мкс частота обновления составляет 1 МГц, а при длительности 0,1 мкс, соответственно, 10 МГц. При длительности зондирующего сигнала Т=40 мкс и = 0,1 мкс число ячеек регистров 41 и 42 составляют 400. Сигналы регистров 41 и 42 сравниваются параллельно для каждой пары ячеек, и сумма совпадений определяет величину сигнала u 3 на выходе фильтра 10 сжатия. Максимальным значение выходного сигнала u 3 будет в момент времени, когда модуляция (манипуляция) приемного сигнала совпадает (точнее, будет иметь максимальное соответствие) с зондирующим сигналом. Далее выходной сигнал с фильтра 10 сжатия сигналов через нормально-замкнутые контакты переключателя 15 поступает на сигнальный вход порогового устройства 11, в котором сравнивается уровневым значением U пop , задаваемым блоком 17 формирования порога. Если величина сигнала u 3 на выходе фильтра сжатия больше порогового значения U пop , то на выходе порогового устройства 11 появится нормированный сигнал постоянной амплитуды длительностью .
Величина порога U пop обнаружения сигнала, выше которой сигнал считается обнаруженным, определяется заданным уровнем ложной тревоги, путем оценки а ш - среднего уровня интенсивности принимаемого шума. Схема ШАРУ приемника 3 регулирует усиление приемника таким образом, чтобы среднее значение шума было заданной величины, т.е. поддерживает постоянным величину а ш. Отношение U пop /а ш определяется заранее на основе анализа закона распределения амплитуды шумовых выбросов и составляет величину порядка 8-10, так как вероятность ложной тревоги задается малой величиной 10 -5 -10 -6 . Таким образом, величина уровня срабатывания порогового устройства в режиме обнаружения отраженных сигналов связана с сигналом ШАРУ масштабным коэффициентом. Например, если сигнал ШАРУ, равный среднему значению шума приемника, составляет 0,1 В, то величина порога обнаружения составит 1 В. Эта величина порога транслируется на уровневый вход порогового устройства 11 через нормально-замкнутые контакты двухпозиционного реле 44 и масштабирующий усилитель 45 блока 17 формирования порога. Устройство 12 фиксации координат осуществляет запись величин дистанции и углового положения сигналов от объекта или элементов объекта, превысивших пороговый уровень, и передает эти величины на четвертый и пятый входы БЭВМ 6. В БЭВМ 6 анализируются взаимное положение отраженных сигналов по дистанции и углу, после чего определяются координаты искомого объекта, например, по центру тяжести наблюдаемого двумерного массива, как это показано на фиг. 7, где обозначены:
- угол сканирования антенны в горизонтальной плоскости;
c - центр зоны сканирования, совпадающий с продольной плоскостью БПЛА;
ц - направление на объект - цель;
D - дистанция; D ц - дистанция до объекта - цели. Серым цветом на фиг.7 обозначена область параметров D и , где осуществляется поиск, обнаружение и сопровождение объектов-целей. За координаты цели D ц, ц принимается "блестящая" точка (элемент разрешения с откликом сигнала, ближайший по координате к "центру тяжести" наблюдаемых сигналов в плоскости D, ).

где n - номер обнаруженного сигнала (объекта или его элемента);
N - число обнаруженных сигналов на одном обзоре. Координаты объекта-цели Х ц, Z ц в стартовой системе координат определяются соотношениями:
X ц = X t +D ц cos( ц);
Z ц = Z t +D ц sin( ц).
Если известно, что заданный для БПЛА объект неподвижен, то измеренные координаты Х ц, Z ц сравниваются с координатами полетного задания и при их отличии в БЭВМ 6 заменяются текущие программные координаты Х и Z на соответствующие им измеренные значения:
X t = D ц cos( ц);
Z t = D ц sin( ц).
Сеансы обзора и измерения координат заданного объекта могут повторяться вплоть до малой дистанции, где наступает ослепление радиолокационного координатора. Если заданный для приведения БПЛА объект подвижен (например, терпящее бедствие дрейфующее судно), то используются для управления летательным аппаратом законы самонаведения, приведенные, например, в . В режиме приведения БПЛА в назначенную точку поверхности Земли его полет осуществляется по программе автопилота и, соответственно, с его ошибками, которые имеют две основные составляющие: собственные ошибки автопилота за счет естественного "ухода" гироскопов и ошибка привязки местоположения заданного объекта и места старта БПЛА, которые составляют сотни метров при дистанции полета в несколько десятков километров. Предлагаемая система управления позволяет компенсировать все указанные составляющие ошибок приведения БПЛА. Это достигается следующим образом. Берется участок топографической карты места, где расположен заданный объект и ориентируется относительно направления полета БПЛА (например, ось Х снизу вверх, а ось Z слева направо). Размер этого участка определяется соотношениями:
X э = X ап +X зи +D;
Z э = Z ап +Z эи +(Dк-D 1),
где Х э, Z э - размеры участка карты по продольной Х и поперечной Z осям;
Х ап, Z aп - максимальные погрешности приведения БПЛА в заданную точку без участия координатора;
Х зи, Z эи - размеры зоны предполагаемых измерений интенсивности радиолокационных отражений;
D - размер элемента разрешения бортового локатора по дистанции;
D 1 - предполагаемая дистанция включения локатора;
Dк - предполагаемая дистанция от точки старта до конечной точки приведения БПЛА;
- угловой размер диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости. Этот участок топографической карты преобразуется в пульте 9 подготовки и управления в радиолокационную карту для параметров бортового локатора (,D, Dк - D 1 и Н - высоты полета). На топографической карте выделяются зоны, участки или отдельные объекты с известными геометрическими характеристиками (рельеф, геометрические размеры характерных элементов, например, зданий, "скачки" по дистанции, вызванные рельефом и затенением более дальних участков ближними объектами) и отражательной способностью, сказывающейся на интенсивности отраженного сигнала. Геометрические характеристики местности являются наиболее простыми, хорошо изученными и достаточно широко используемыми, особенно в районах с сильно изрезанным рельефом . Топографическая карта в районе, где возможно нахождение искомого объекта, разбивается равномерной сеткой на элементы с линейными размерами, равными или меньшими, чем линейная разрешающая способность D. Если элемент карты имеет однородную поверхность, ее коэффициент отражения определяется соответствующим значением из таблицы или графиков . При неоднородной поверхности в одном элементе ее отражательная способность S отр находится как суммарное по площади S значение.
где n - число поверхностей с площадью S i , с постоянным коэффициентом отражения k i . Отсутствие сведений о коэффициенте отражения существенных зон или объектов в элементе разрешения приводит к необходимости исключения их активного участия в процессе идентификации и присвоения им индекса "отсутствие эталона". Методика преобразования топографической карты в карту интенсивности отражений приведена в . Реальная интенсивность отражений изменяется в широких пределах (в диапазоне 80-100 дБ), поэтому радиолокационная карта обычно реализуется двумерным массивом Х э Z э восьмиразрядных чисел bi,j. В предлагаемой системе радиолокационная карта преобразовывается в бинарный массив b(m,n) той же размерности путем пороговой обработки каждого элемента. Если bi,j>U пop , то на выходе устройства бинарной обработки b i,j =1, в противном случае b i,j принимаются равными нулю. Естественно, что массив бинарной карты будет существенно изменяться при изменении величины порога U пop . Пороговое значение интенсивности отражений выбирается таким, чтобы обеспечить после пороговой обработки бинарную карту с отношением чисел нулей и единиц, близким к единице. Как показывают результаты моделирования, такая карта дает наибольший запас достоверности правильной привязки измеренного массива к эталонной радиолокационной и, соответственно, к топографической карте местности. Значение этого порога определяется при помощи итеративной процедуры подсчета числа единиц в бинарном массиве, сравнения его с половиной суммарного числа элементов в эталонной радиолокационной карте и последовательного изменения значения U пop в сторону увеличения, если число единиц превышает половину массива, и в сторону уменьшения, если число единиц меньше половины массива. Ввиду того, что величина оптимального порога U пop формирования бинарной карты во многих случаях не совпадает со средним значением интенсивности радиолокационной карты, производится дополнительное определение отношения k п величины порога Unop к среднему значению интенсивности отражений по радиолокационной карте b с, т.е. k п =U пop /b с. Итак, кроме указанных ранее параметров траектории полета, в бортовую ЦВМ 6 с пульта управления 9 передаются вместе с массивом b(m,n) (например, размерностью 50x50) бинарных значений эталонной радиолокационной карты значение коэффициента kn, признак режима работы (приведение БПЛА к нерадиоконтрастному объекту) и значение дистанции Dк-D1, для которой определена эталонная бинарная карта. В режиме приведения БПЛА к нерадиоконтрастному объекту (Реж=2) система управления БПЛА функционирует следующим образом. После старта БПЛА на дистанции Dк-D2 до предполагаемого места нахождения заданного объекта-цели включается радиолокационный координатор в режиме обзора в секторе горизонтальной плоскости
= (Dк-D2)/Zэ,
а по дистанции D - в диапазоне (Dк-D2)Х э /2
и по сигналу АРУ приемника определяется ас - средний уровень интенсивности отраженных сигналов. По сигналу признака режима на управляющем входе двухпозиционного реле 44 блока 17 формирования порога размыкаются его нормально-замкнутые контакты, коммутирующие на вход усилителя 45 первую сигнальную цепь (сигнала а ш) и замыкается вторая сигнальная цепь по сигналу а с. По величине усредненного уровня интенсивности принимаемых сигналов а с определяется величина U пop 2 уровня срабатывания порогового устройства 11, которая зависит также и от значения величины управляющего сигнала на входе задания масштаба трехпозиционного поляризованного реле 46, поступающего с седьмого выхода БЭВМ 6:
U пор 2 = a c kп. Дистанция D2 выбирается меньшей, чем D1, на величину перемещения БПЛА за время одного - двух циклов обзора, необходимое для установления сигнала на выходе АРУ, т.е. на величину 3TV, где T - постоянная времени АРУ (0,5 - 1 с), а V - скорость продольного перемещения БПЛА. На дистанции Dк - D1 до предлагаемого места заданного объекта в пороговом устройстве 11 устанавливается порог U пор 2, и на очередном цикле обзора формируется бинарный массив измерений отраженных от поверхности сигналов Uи (,D), размерность которого соответствует размерности зондирующего сигнала и числу ячеек регистров фильтра 10 сжатия. При этом число ячеек фильтра сжатия может в два раза превышать число квантов в зондирующем фазоманипулированном сигнале для компенсации квадратурной составляющей сигнала. В рассматриваемом примере это - число 400, т.е. для двадцати значений углового положения антенны с дискретностью
= D/(Dк-D1),
где D - разрешающая способность радиолокационного координатора по дистанции, - угловое перемещение антенны по азимуту за один период следования зондирующих импульсов и измерения двадцати значений интенсивности сигнала по дистанции с дискретностью D. Устройство 12 фиксации координат формирует для БЭВМ 6 массив А (i, j) измерений, присваивая каждому элементу соответствующее значение угла i поворота антенны и дистанции D j, аналогично тому, как это делается в первом режиме работы по контрастному объекту. В БЭВМ 6 координаты i и D j массива А(i, j) преобразуются в номера линейных координат по осям X и Z. i-м номерам присваивается i-й номер по оси Z, а j-м номерам D присваивается j-й номер по оси X. В рассматриваемом примере это номера с первого по 20. При этом указанная операция не требует практичности никаких дополнительных программных или аппаратных затрат в БЭВМ 6. Ограничением является только соотношение (Dк-D1)/(20D), которое должно быть более 10, тогда указанные замены координат допустимы. После получения бинарного массива измерений А(i, j) БЭВМ 6 выдает со своего второго выхода команду на управляющие входы переключателей 13 и 14, изменяя тем самым положение коммутируемых ими контактов и соединяя регистры 41, 42 фильтра 10 сжатия сигналов с третьим и четвертым выходами БЭВМ 6. Сразу после этого (с задержкой, достаточной для срабатывания переключателей 13, 14) с третьего выхода БЭВМ 6 на запоминающий регистр 41 фильтра сжатия (вместо кода модуляции зондирующего сигнала) поступает через переключатель 13 последовательность бинарного массива измерений A(i,j), а на сдвиговый регистр 42 (вместо видеосигнала с выхода приемника) поступает с четвертого выхода БЭВМ 6 последовательность эталонного массива B(i,j) той же размерности, сформированного из эталонного массива b(m,n) путем последовательного перебора и вырезания матрицы размера массива измерений (20x20) из матрицы эталонного массива (в нашем примере ее размер 50x50). Алгоритм формирования массива B(i,j) представлен в конце описания. Таким образом, на сдвиговом регистре 42 фильтра сжатия последовательно появляются упорядоченные (аналогично измеренному массиву) бинарные последовательности фрагментов эталонной карты, которые сравниваются с измеренным массивом, находящимся на запоминающем регистре 41. Результаты суммирования совпадений значений сигналов на регистрах 41 и 42 с выхода фильтра 10 сжатия через нормально разомкнутые управляющим сигналом с шестого выхода БЭВМ 6 контакты переключателя 15 подаются на устройство 16 фиксации максимума сигнала. Число циклов обновления массива B(i,j) равно произведению (M-I)-(N-J). Устройство 16 фиксации максимума фиксирует величину выходного сигнала U 3 фильтра 10 сжатия сигналов на каждом шаге, запоминая его величину, если она превысила запомненную ранее величину этого сигнала, т.е. реализует алгоритм:
если текущее значение U 3 >U запомненного, то U запомненное = U 3 , одновременно посылая зафиксированный сигнал Uф на третий вход БЭВМ 6, где запоминается номер такта, на котором это произошло относительно начала прогона эталонного массива, и присваивается ему номер n ф. Таким образом, устройство 16 фиксации максимума запоминает одно максимальное значение сигнала на выходе фильтра 10 из всей выборки (M-I)((N-J), а БЭВМ 6 фиксирует номер последнего такта n ф, на котором был зафиксирован этот максимум. После окончания "прогонки" эталонного массива через фильтр 10 сжатия в БЭВМ 6 число n ф однозначно определяет расположение измеренного массива на эталонной карте. Смещение ближнего левого элемента участка поверхности, где измеряется отраженный сигнал, относительно левой нижней точки эталонной карты в элементах разрешения i см и j см определяются следующими соотношениями:
i см =F(n ф /(М-I));
j см =Е(n ф /(M-I)), (2)
где F () - функция целого числа аргумента, Е () - функция целого числа аргумента. Ошибка Хош приведения БПЛА в заданную точку на дистанции измерения D1 в продольной плоскости составляет величину
Х ош =(i cм +(M-I)/2)x, (3)
а в поперечной плоскости
Z ош =(j см +(N-J)/2)z, (4)
где x, z - величина элемента разрешения в продольной и боковой плоскости, м. В приведенных далее примерах моделирования для численных оценок точности и достоверности определения координат летательного аппарата относительно наблюдаемого участка местности принималось разрешение в продольной и боковой плоскости одинаковым и равным разрешению по дистанции, х=z=D. С учетом найденных ошибок корректируются программные значения заданной траектории полета БПЛА, аналогично тому, как это делается в предыдущем режиме наведения на контрастную цель, т.е. текущие программные значения Х и Z суммируются с Хош и Zош с соответствующим знаком. Например, скорректированное направление ск на заданную точку приведения БПЛА определятся следующим соотношением:

а дистанция Dск до скорректированной конечной точки приведения БПЛА для сброса полезного груза:
Dск=Dк-Х ОШ. (6)
Такая коррекция программы автопилота позволяет скомпенсировать уходы гироскопов и неточности привязки места старта БПЛА к заданному объекту. Для дополнительного пояснения функционирования системы управления БПЛА на фиг.8 приведена логико-временная последовательность этапов в режиме приведения к БПЛА к нерадиоконтрастному объекту. Этапы обозначены на фиг.8 позициями I,II,...,Х. I - вызов топографической карты местности из памяти ЭВМ (или ввод ее через устройство ввода графической информации, например, при помощи сканера) и преобразование ее в карту интенсивности радиолокационных отражений по методике, описанной выше. Этот этап работы может быть проведен заранее в лабораторных условиях или в обслуживающей организации более высокого уровня. II - определение положения и размеров участка Х э, Z э возможного обзора радиолокационным координатором из условий ухода гироскопических приборов и неточности "привязки" места старта БПЛА и конечной точки приведения. Ill - формирование бинарного массива эталонной карты b(m,n) размерностью 50x50 элементов (для примера, рассмотренного выше) и значения коэффициента kп. IV - трансляция из пульта 9 в блок 27 памяти БЭВМ 6 через ее первый вход:
- признака режима работы по нерадиоконтрастным объектам;
- массива b(m,n);
- коэффициента kп;
- программы автопилота (в простейшем случае направление плоскости стрельбы, высота полета и дальность полета к точке на дистанции D1 до требуемой точки приведения БПЛА, на которой бортовой радиолокационный координатор измеряет массив Ai,j интенсивности радиолокационных отражений). V - старт БПЛА и полет его до дистанции D2 до предполагаемого конечного места приведения. Здесь через первый выход БЭВМ 6 в автопилот 7 сообщаются программные траекторные параметры в координатах, привязанных к месту старта Хп, Zп и Yп. В простейшем случае программная траектория полета задается постоянными значениями направления полета в горизонтальной плоскости и высотой полета над поверхностью земли (или высотой полета относительно места старта). Автопилот 7 при помощи своих датчиков определяет истинное значение направления полета и высоту (с присущей им погрешностью), сравнивает их величины с программными значениями и управляет рулевыми органами БПЛА таким образом, чтобы свести это рассогласование к нулю. Таким образом обеспечивается движение БПЛА по программной траектории. Из автопилота 7 в БЭВМ 6 по второму входу поступают текущие координаты Xt и Zt перемещения БПЛА относительно точки старта. Если выбранная плоскость стрельбы совпадает с осью X, а отклонения от нее Zt невелики (в пределах расчетной погрешности), то дистанция Dt, пролетаемая БПЛА, принимается равной Xt. Скорость изменения Xt в этом случае соответствует скорости V продольного перемещения БПЛА. Скорость V может поступать в БЭВМ 6 из автопилота как самостоятельный параметр во второму входу, или дополнительно вычисляться в процессоре 26 как отношение приращения координаты Xt за известный интервал времени t. По вычисленному или измеренному значению скорости V полета БПЛА в процессоре 26 вычисляется величина дистанции D2=D1-3VT (где Т - постоянная времени АРУ приемника радиолокационного координатора) и сравнивается с текущей дистанцией Dt. VI - при достижении Dt величины D2 включается радиолокационный координатор, путем подачи электропитания на его электронные блоки (система подачи электропитания на фиг.1 не указана). За время полета от D2 до D1 координатор осматривает в горизонтальной плоскости сектор от нулевого положения антенны, совпадающего с плоскостью стрельбы, дo крайнего левого положения сектора измерений л. При этом, например, л = m/2. За это время определяется средняя величина интенсивности отражений (сигнал ac на третьем выходе приемника 3). На дистанции D1 (выполняется условие Dt=Dl) на пятом выходе БЭВМ 6 появляется сигнал +U признака режима (постоянное напряжение, сигнализирующее о переключении режима обнаружения сигнала на режим формирования массива измерений), по которому переключаются порог обнаружения (с величины U пop на величину U пop 2) в пороговом устройстве 11 при помощи блока 17 формирования порога. Значение коэффициента kп транслируется через седьмой выход БЭВМ 6 в аналоговом виде на четвертый вход блока 17 формирования порога, где в зависимости от его знака уменьшается или увеличивается сопротивление в цепи обратной связи усилителя 45, определяющего в дальнейшем порог бинарной обработки измеренного массива. VII - на дистанции D1 проводятся измерение отраженного сигнала на видеовыходе приемника 3 в I квантах дистанции и в J угловых положений антенны (в рассмотренном примере I=J=20) и присваиваются им значения 0 или 1 (при превышении уровня сигнала величины U пop 2 в пороговом устройстве 11). При помощи устройства 12 происходит фиксация значений j-го угла поворота антенны и значений i-й задержки З, соответствующей дальности Di элемента отражений ai, j. Значения Di и i подаются на 4-й и 5-й входы БЭВМ 6 и накапливаются в ее блоке 27 памяти. После одного цикла сканирования в памяти ЭВМ оказывается сформированным бинарный двумерный массив Ai,j. VIII - после окончания формирования массива Ai,j, что определяется счетом числа зондирующих импульсов радиолокационного координатора, поступающих на 6-й вход БЭВМ 6, на втором выходе БЭВМ 6 появляется команда в виде постоянного потенциала, которая поступает на управляющие входы переключателей 13 и 14. По этой команде переключатель 13 подключает запоминающий регистр 41 фильтра 10 сжатия, соединенный ранее с передатчиком 2 радиолокационного координатора, к третьему выходу БЭВМ 6, а переключатель 14 подключает сдвиговый регистр 42 фильтра 10 сжатия, соединенный ранее с первым выходом приемника 3 радиолокационного координатора, с четвертым выходом БЭВМ 6. Из двумерного массива Ai,j на четвертом выходе БЭВМ 6 формируется одномерная последовательность путем последовательного считывания из Ai,j массива i-х столбцов. Эта последовательность (IJ) с третьего выхода БЭВМ 6 подается через нормально-разомкнутые контакты переключателя 13 на запоминающий регистр 41 фильтра сжатия 10 и запоминается в нем. Из эталонного массива b(m, n), находящегося в блоке 27 памяти БЭВМ 6, процессором 26 формируется выборка В (i,j) по алгоритму (1) и в виде одномерной последовательности (IJ) через четвертый выход БЭВМ 6 и переключатель 14 поступает на сдвиговый регистр 42 фильтра сжатия 10. В соответствии с алгоритмом (1), последовательность b(m,n) обновляется (M-I)(N-J) раз. После формирования каждой новой последовательности b(m,n) на шестом выходе БЭВМ 6 формируется импульсный сигнал, поступающий на управляющий вход переключателя 15, через который транслируется выходной сигнал фильтра 10 сжатия на устройство 16 фиксации максимума этого сигнала за весь период обработки. IX - Зафиксированный номер Uф сеанса сравнения, при котором сигнал на выходе фильтра сжатия наибольший, определяет необходимые поправки к программным значениям Хц и Zц (формулы (2)-(5)) для коррекции дальнейшего полета БПЛА. X - При достижении скорректированного местонахождения заданной точки приведения БПЛА система управления выдает команду на исполнительные механизмы сброса полезного груза. На фиг.9 показана укрупненная схема алгоритма функционирования БЭВМ 6 и пульта 9 для приведения БПЛА в нерадиоконтрастную точку поверхности земли. Оценка качества приведения БПЛА в заданную точку может быть произведена по двум координатам раздельно в единицах элементов разрешения i и j или в метрах, соответственно, xi и zj. При этом по обеим координатам Х и Z принимается максимальное разрешение, т.е. х=z=D. Суммарная ошибка в единицах элементов разрешения:

или в метрах:

Так как ошибка определения местоположения БПЛА является случайной величиной, зависящей от большого числа зависимых и независимых друг от друга случайных факторов, то целесообразно оценивать среднюю и максимальную ошибку привязки. Возможна также вероятностная оценка нахождения ошибки в заданных пределах. Указанные оценки, достаточные для характеристики обычных измеряемых параметров, не дают полного представления о качестве ориентации при наличии локальных экстремумов признака идентификации, соизмеримых с глобальным экстремумом. В этом случае необходимо ввести дополнительно показатель Сп - запас по точности или достоверности определения глобального экстремума признака идентификации в %, определяемый следующим соотношением:
Сп=100*(Пр 1 -Пр 0)/Пр,
где Пр - среднее значение критерия на всем анализируемом участке эталонной карты;
Пр о - значение критерия в окрестности искомой точки, соответствующей глобальному экстремуму; Пp 1 - значение признака идентификации в точке локального минимума, ближайшего по величине к значению Пр 0 . Если локальный экстремум в силу ошибок измерителя или эталона определен глобальным (это возможно при малых значениях запаса Сп и существенных ошибках измерителя), то оценивать ошибку определения местоположения БПЛА по указанному критерию не имеет смысла. Статистическая оценка ее при сопоставлении с влиянием других типов погрешностей не корректна (на порядок и более превышает влияние других факторов). В этом случае необходимо оценивать вероятность неправильного определения глобального экстремума как отношение числа ложных определений экстремума к общему числу статистических испытаний. Приведенные критерии оценки качества привязки БПЛА к местности определены методом статистического моделирования для конкретных участков эталонной карты и параметров бортового локатора. Примеры изменения указанных критериев для группы промышленных зданий приведены на фиг.10, а для участка местности с кустарником, лугом, дорогами разного класса и водоемами приведены на фиг. 11. При этом заданные точки приведения БПЛА (11 точек, номера которых обозначены на горизонтальной оси графиков фиг.10 и фиг.11) выбирались по узлам равномерной сетки с шагом 200 м. По оси ординат обозначен масштаб ошибки приведения в метрах (справа) и масштаб запаса достоверности С в процентах. Приведенные значения ошибок и запасов достоверности получены при следующих условиях статистического моделирования:
- незнание средних значений отражательных способностей в пределах 10 дБ,
- флуктуации отражений по интенсивности в пределах 20 дБ,
- пространственные флуктуации отражений в пределах 30 м,
- ошибка в коэффициенте затухания излучения в атмосфере 10 дБ,
- динамический диапазон приемника 60 дБ,
- зона измерений радиолокационных отражений 300300 м,
- зоны ошибок приведения автопилотом БПЛА в заданную точку включения бортового координатора в продольной и поперечной плоскостях 450 м. Закон распределения всех ошибок в указанных диапазонах при моделировании принимался равномерным. На основании результатов моделирования можно утверждать, что ошибки приведения БПЛА к заданному объекту и точке земной поверхности уменьшились на порядок. Без использования предложенных доработок система обеспечивала максимальную ошибку 450 м. С доработками - 40 м. Как видно из приведенных графиков, не все участки рассмотренных сюжетов местности являются одинаково пригодными для точного приведения БПЛА. На 9-м участке первого сюжета и 5-м участке второго ошибки приведения велики и малы запасы достоверности. При необходимости приведения БПЛА к этим участкам целесообразно задавать для обзора бортовому локатору соседние участки (10-й для первого сюжета и 6-й для второго). В этом случае в вычисленную величину смещения БПЛА (Хош, Zош) необходимо добавить разницу координат заданной точки, например, точки 5 (Х5, Z5) второго сюжета и точки 6 (Х6, Z6) первого сюжета. В остальном функционирование системы аналогично описанному ранее. Таким образом приведенные результаты подтверждают возможность использования предлагаемой системы управления БПЛА для его высокоточного приведения как к радиоконтрастным, так и к нерадиоконтрастным объектам назначения. Пользуясь приведенным описанием и чертежами, предлагаемую систему можно изготовить, используя известную элементную базу и известную технологию, что определяет промышленную применимость предлагаемого изобретения. Список литературы
1. Патент РФ 2062503, МПК G 05 D 1/04, В 64 С 19/00, публикация 20.06.96 г. 2. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиолокационные системы самонаведения. М.: Радио и связь, 1992 г. 3. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М.: Сов.радио, 1974. 4. Белецкий В.К., Юрьев А.Н. Корреляционно-экстремальные методы навигации. М.: Радио и связь, 1982. 5. Левин В.Л. Обработка информации в оптических системах пеленгации. М.: Машиностроение, 1978. 6. Кузовский С. Ф. Корреляционно-экстремальные системы. К.: Наукова думка, 1973. 7. Шаров С. И. Основы проектирования координаторов систем управления движущимися объектами. Гособразование СССР, 1990 г., прототип. 8. Патент РФ 2114444, МПК G 01 S 13/44, публикация 27.06.98 г. 9. Патент РФ 2124221, МПК G 01 S 13/42, публикация 27.12.98 г. 10. Патент РФ 2083995, МПК G 01 S 13/42, публикация 10.07.97 г. 11. Преснухин Л. Н. , Шахнов В.А., Кустов В.А. Основы конструирования микроэлектронных вычислительных машин (уч. пособие). М.: Высшая школа, 1976. 12. Смолов В.Б., Барашенков В.В., Байков В.Д. и др. Специализированные ЦВМ (учебник). М.: Высшая школа, 1981. 13. Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами (учебник). М. : Машиностроение, 1973. 14. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы. М.: Наука, 1966. 15. Инерциальная навигация / под ред. К.Ф. О"Доннела. М.: Наука, 1969. 16. Липтон А. Выставка инерциальных систем на подвижном основании. М.: Наука, 1971. 17. Репников А.В., Сачков Г.П., Черноморский А.И. Гироскопические системы (уч. пособие). М.: Машиностроение, 1983. 18. Патент РФ 2163392, МПК G 06 F 15/16, публикация 20.02.2001 г. 19. Степанов Ю.Г. Противорадиолокационная маскировка, М.: Советское радио, 1968 г. 20. Шаров С.Н. Некоторые возможности лазерного локатора для ориентации движущегося объекта на местности. Труды БГТУ, Вопросы повышения качества управления движением, вып.1, 1995.

Формула изобретения

Система управления беспилотным летательным аппаратом, включающая автопилот, вход и выход которого соединены соответственно с первым выходом и вторым входом бортовой электронно-вычислительной машины (БЭВМ), первый вход которой является входом для подключения к пульту предстартовой подготовки и ввода полетного задания, и радиолокационный координатор с фазоманипулированным зондирующим сигналом, который содержит антенну, соединенную сигнальными входом и выходом с передатчиком и приемником и кинематически связанную с приводом антенны, синхронизатор, дальномер и устройство обработки сигналов, в состав которого входят фильтр сжатия сигналов, пороговое устройство и устройство фиксации координат, входы которого с первого по третий подключены соответственно к выходу порогового устройства, выходу дальномера и информационному выходу привода антенны, а выходы, на которых формируются значения величин дистанции и углового положения отраженных сигналов, подключены к четвертому и пятому входам БЭВМ, шестой вход которой и вход передатчика подключены к первому выходу синхронизатора, передающему импульсную последовательность с частотой зондирования, второй выход которого, передающий последовательность импульсов синхронизации, подключен ко второму входу дальномера, первый вход которого и вход приемника по сигналу окончания зондирующего импульса подключены ко второму выходу передатчика, гетеродинный выход которого соединен с гетеродинным входом приемника, отличающаяся тем, что в устройство обработки сигналов дополнительно введены три переключателя, устройство фиксации максимума и блок формирования порога, управляющие входы которого по сигналу признака режима и сигналу задания масштаба подключены соответственно к пятому и седьмому выходам БЭВМ, выход подключен к уровневому входу порогового устройства, а соответствующие сигнальные входы - к выходам приемника, на которых формируются усредненное значение интенсивности шума и усредненное значение интенсивности отраженных сигналов, кодовый выход передатчика и выход видеосигнала приемника подключены к первым сигнальным входам соответственно первого и второго переключателей, управляющие входы которых соединены со вторым выходом БЭВМ, а вторые сигнальные входы подключены соответственно к третьему и четвертому выходам БЭВМ, с которых передаются последовательность бинарного массива измерений и последовательность эталонного бинарного массива, первый и второй входы фильтра сжатия сигналов подключены к выходам соответственно первого и второго переключателей, а его выход соединен с сигнальным входом третьего переключателя, управляющий вход которого подключен к шестому выходу БЭВМ, а соответствующие выходы - к сигнальному входу порогового устройства и сигнальному входу устройства фиксации максимума, выход которого, передающий сигнал, характеризующий местоположение бинарного массива измерений на эталонной карте, соединен с третьим входом БЭВМ.

Предлагаемая группа изобретений относится к военной технике, в частности к системам управляемого оружия и ракетной, артиллерийской технике с головками самонаведения. Технический результат - повышение вероятности поражения целей за счет обеспечения требуемого угла подхода ракеты к плоскости горизонта в районе цели к моменту захвата излучения от цели. Это обеспечивается тем, что в известном способе вывода ракеты в зону захвата цели головкой самонаведения, включающем запуск ракеты по баллистической траектории на заданную высоту, вычисление угловых координат линии ракета - цель, в соответствии с которыми до момента захвата излучения от цели формируют команды управления UY, UZ в вертикальном и горизонтальном каналах управления, пропорциональные угловым скоростям линии ракета - цель, новым является то, что одновременно с вычислением угловых координат линии ракета - цель определяют разность между вычисленной угловой координатой λY в вертикальной плоскости и требуемым углом λТР подхода к плоскости горизонта на участке захвата цели головкой самонаведения и к сформированной команде управления в вертикальном канале UY добавляют команду, пропорциональную разности углов: (λY-λТР)⋅Kλ, где Kλ - коэффициент пропорциональности, определяемый из условия обеспечения устойчивости процесса регулирования углового положения линии ракета - цель. Предложенное устройство включает последовательно соединенные вычислительный блок, первый блок вычитания, первый усилитель, последовательно соединенные второй блок вычитания, второй усилитель, интегратор, выход которого соединен со вторым входом первого блока вычитания, а выход первого усилителя соединен с первым входом второго блока вычитания, со вторым входом которого соединен выход запоминающего элемента. В указанное устройство дополнительно введены последовательно соединенные блок хранения констант, коммутатор, третий блок вычитания, третий усилитель, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя, а второй вход третьего блока вычитания соединен с выходом вычислительного блока. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано для повышения точности решения задач навигации. Для реализации данного изобретения в автономно-корректируемую ИНС введены дополнительно блок вычисления частной производной приращения высоты рельефа от путевой скорости, третий блок сравнения и блок вычисления частной производной от приращения от высоты рельефа подстилающей поверхности, а в блок мультимодального сравнения введены дополнительные субблоки вычисления ковариационной матрицы и субблоки сравнения. Технический результат - устранение погрешностей за счет дополнительного измерения приращений высоты рельефа в зависимости от путевой скорости летательного аппарата и дальнейшего совместного оценивания погрешностей измерения координат и путевой скорости. 1 ил.

Координатор головки самонаведения содержит сферический обтекатель, карданов подвес, двигатели наведения и стабилизации, датчики угла, датчики угловой скорости. На внутренней раме подвеса установлено первое плоское зеркало. Точка пересечения оси вращения внутренней рамы и оси вращения внешней рамы подвеса совпадает с центром кривизны поверхностей сферического обтекателя. На неподвижной части координатора установлено второе плоское зеркало, связанное с фоточувствительными элементами. Технический результат заключается в увеличении угла обзора в передней полусфере ГСН, повышении точности определения координат объекта, уменьшении нагрузки на приводы подвеса и, как следствие, возможности получения более высоких динамических характеристик системы стабилизации оптической оси. 2 ил.

Изобретение относится к системам автоматического управления

Изобретение относится к области управления беспилотными летательными аппаратами в чрезвычайных ситуациях

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет Аэрокосмический

Кафедра Летательные аппараты и управление

по истории аэрокосмической техники

Описание систем управления беспилотными летательными аппаратами

Челябинск 2009

Введение

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

История

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

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

Уникальное программное решение помогает заказчикам эффективно управлять даже большим количеством беспилотных летательных аппаратов (БЛА), или дронов.

Аэрофотосъемка, видеонаблюдение, обследование обширных территорий, экологический мониторинг - это далеко не полный перечень задач, которые становятся проще с использованием беспилотников. Чтобы раскрыть весь потенциал дронов, их операторы должны иметь в распоряжении удобный инструмент для контроля и управления БЛА.
КРОК предлагает заказчикам универсальную систему управления, которая поддерживает практически все доступные на гражданском рынке беспилотные системы и автопилоты: DJI, MavLink-совместимые, Yuneec, Mikrokopter, Microdrones.

Предлагаемые продукты


	Планирование и выполнение полетов Программное обеспечение для управления беспилотниками и производства карт по данным аэрофотосъемки. Планирование оптимального маршрута на трехмерной карте с учетом препятствий, закрытых зон
	Система высотного наблюдения Привязной беспилотный летательный аппарат с подачей питания по проводу с наземной станции. Высота - до 100 м, продолжительность полёта - до 200 часов
	Управление группировками дронов Координация синхронных перемещений множества беспилотных летательных аппаратов для организации световых, пиротехнических шоу

Функции решения

Управление одним или несколькими БЛА, прием и запись телеметрии, уведомление оператора об опасных сближениях дронов с другими участниками воздушного движения
Поддержка ОС Windows, MacOS, Linux, Android

Одновременная работа нескольких операторов, гибкая настройка сценариев управления, разделение функций между участниками команды
Интеграция с системами автоматического зависимого наблюдения-вещания (АЗН-В)

Особенности решения

Универсальная архитектура позволяет подключать дроны со своими протоколами управления и телеметрии, быстро и легко добавлять новые устройства без масштабных доработок ПО - прямо «из коробки» система знакома с устройствами от основных ведущих производителей робототехники. Решение поддерживает масштабируемость и модульность для поддержки новых протоколов управления и типов полезной нагрузки.

Разные сценарии позволяют работать с системой одному или нескольким операторам, управляющим одним или несколькими БЛА, разделять между операторами управление движением и полезной нагрузкой БЛА. Пользовательский интерфейс может быть стандартизирован для конкретного типа аппарата. Режим симуляции позволяет организовать обучение, тренировку операторов БЛА и проведение экзаменов.

Благодаря поддержке полноценной трехмерной картографии и алгоритмов планирования траекторий можно создавать маршруты с учетом рельефа, препятствий и запретных зон, трасс в воздушном пространстве РФ, отраженных на цифровой модели местности. Задания формируются с использованием типовых маневров: движение по прямой, круг, «змейка», «коробочка», облет периметра, аэрофотосъемка с заданными параметрами перекрытия и разрешения. При подготовке заданий операторы могут измерять расстояния и площади, оценивать зоны прямой радиовидимости, планировать выполнение различных действий на тех или иных сегментах маршрута: поворот камеры, съемка в точке интереса, сброс полезной нагрузки и т. д. В постоянном режиме обеспечивается контроль профиля высот по маршруту.

В зависимости от типа полезной нагрузки БЛА могут собирать большие объёмы фото- и видеоматериалов, данных радиационной, экологической разведки, прочую информацию об окружающей обстановке с привязкой к модели движения с координатами и ориентацией в пространстве. По желанию заказчика систему можно доработать для сбора информации от внешних систем и электронных чипов (местоположение личного состава, стационарной и подвижной техники, объекты из системы автоматического зависимого наблюдения-вещания). Получение оперативной информации и отображение целевых объектов на карте повышает скорость оценки сценариев развития и планирования заданий. Все данные телеметрии могут сохраняться для дальнейшего анализа и просмотра.

И. В. Макаров, В. И. Кокорин (научный руководитель)

ООО НПП «Автономные аэрокосмические системы – ГеоСервис»

Институт инженерной физики и радиоэлектроники ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск

Работа отражает один из подходов к созданию программно-аппаратного комплекса управления беспилотными летательными аппаратами, как совокупности бортового и наземного сегментов. Для управления бортовым сегментом разработан блок автопилота. Контроль наземного сегмента комплекса выполняет управляющая электронная вычислительная машина, функционирующая по унифицированному программному обеспечению с блоком автопилота. Предложенный подход позволяет минимизировать затраты по проектированию системы и разработке программного обеспечения при обеспечении масштабируемости системы.

При проектировании систем гражданского назначения ключевым является соотношение функциональности, надёжности и цены. Обеспечение функциональности на начальных этапах жизненного цикла комплексов беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) осложняется слабым развитием методик их применения в хозяйственной деятельности предприятий-потребителей. Это связано с тем, что направление гражданских БПЛА в России находится на начальном этапе своего развития. Возможно, поэтому активное применение БПЛА в настоящее время сводится к методически простым задачам визуального наблюдения и аэрофотосъёмки.

Для построения комплексов БПЛА для широкого круга задач: аэроэлектроразведка, аэромагнитометрия, аэрофотосъёмка, газоанализация, патрулирование и т.д. требуется сформировать комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих на уровне комплектации и настройки интегрировать систему с различными полезными нагрузками на базе планеров БПЛА различных массогабаритных характеристик.

Комплекс управления БПЛА по назначению разделяется на два сегмента: бортовой комплекс управления (БКУ) и наземный комплекс управления (НКУ).

Задачами БКУ является:

Решения задачи навигации и автоматического управления летательным аппаратом (ЛА);
Обеспечения командно-телеметрического взаимодействия с НКУ;
Обеспечение функционирования полезной нагрузки;
Обеспечение самодиагностики ЛА.

Основными задачами НКУ является:

Обеспечение командно-телеметрического взаимодействия с БКУ;
Обеспечение ручного управления в реальном времени;
Предоставление элементов программирования и управления БПЛА;
Представление телеметрической информации в графическом виде;
Отражение результатов функционирования полезной нагрузки.

По перечисленным основным задачам НКУ одним из очевидных и дешёвых решений является система рабочего места оператора на базе портативной персональной электронной вычислительно машины (ППЭВМ), подключённой к приёмо-передающей аппаратуре командно-телеметрического канала. Графическое управляющее программное обеспечение (ПО) осуществляет программирование маршрута и отображение параметров полёта. При этом остаётся нерешённой задача обеспечения ручного управления БПЛА. Задачи поддержания управляющего графического интерфейса и управления в реальном времени (передача управляющих сигналов по штатному радиоканалу) на одной ЭВМ являются несовместимыми. Это связано с требованием обеспечения надёжности и детерменированности времени прохождения сигналов ручного управления. Кроме этого централизация НКУ на базе графической системы требует дополнительных технических средств для обеспечения её автономности в течение длительного времени.

Предлагается в качестве центрального элемента НКУ использовать встраиваемую управляющую электронную вычислительную машину (УЭВМ) под управлением операционной системы реального времени (рис. 1). В то время как обеспечение рабочего места оператора с задачами отображения параметров полёта и программирования маршрута остаются под управлением ППЭВМ, но уже подчинённого системно УЭВМ НКУ. Задача доступа к управлению БПЛА и получения его телеметрии на ПЭВМ реализуется клиент-серверным взаимодействием через Socket интерфейс по каналам Ethernet. Таким образом, рабочее место оператора является графическим управляющим терминалом к УЭВМ НКУ. В данном случае не требуется обеспечение автономности рабочего места оператора в течение длительного времени.

При предложенной схеме организации НКУ система обеспечивает решение задач ручного управления в реальном времени с разделением приоритетов доступа к вычислительным ресурсам и к радиоканалу. Это гарантирует доставку пакетов ручного управления с минимальной задержкой вне зависимости от загрузки радиоканала и процессора УЭВМ.

Рисунок 1. Структурная схема наземного комплекса управления

Кроме обеспечения независимого канала ручного управления, централизация на базе УЭВМ НКУ позволяет интегрировать в состав НКУ дополнительные системы в зависимости от решаемых задач. Например, для решения задачи высокоточного пилотирования и автоматической посадки в НКУ интегрируется аппаратура формирования дифференциальных поправок (ДП) к сигналам спутниковых навигационных систем (СНС), в данном случае УЭВМ НКУ выполняет доставку на БКУ информацию ДП по выставленным приоритетам.

Для обеспечения автономности НКУ от рабочего места оператора в систему НКУ включается пульт индикации и выбора режимов, который с минимальным энергопотреблением отражает ключевые параметры жизнеобеспечения БПЛА, а так же ретранслирует основные команды выполнения задания (например «взлёт», «возврат», «посадка», «прекратить задание»). Данное решение сводит задачи рабочего места оператора к программированию маршрута, настройкам БПЛА, расширенному исследованию полётных параметров. Это позволяет не только увеличить продолжительность автономного функционирования НКУ, но и сократить затраты на заимствуемое оборудование. Например, отсутствует необходимость приобретения ПЭВМ для работы в зимних условиях на регулярной аэрофотосъёмке, где маршрут может быть запрограммирован на ПЭВМ в помещении, а обслуживающему персоналу БПЛА достаточно обеспечить взлёт и контроль полёта.

Клиент – серверная модель взаимодействия рабочего места оператора с УЭВМ НКУ позволяет строить систему с распределёнными рабочими местами оператора, имеющие доступ к НКУ через любую локальную вычислительную сеть (ЛВС) и интернет. В составе сервера настраиваются права доступа к комплексу для каждого пользователя. Таким образом, в системе предусмотрен режим удалённого информационного обеспечения потребителя или диспетчерских служб о параметрах функционирования БПЛА, его местоположении. Эта возможность обеспечивает потребителю в реальном времени удалённый доступ к результатам работы комплекса. Для диспетчерских служб эта функция позволяет контролировать полёты комплексов БПЛА.

Система БКУ строится на базе блока автопилота, объединяющего в своём составе следующие системы:

Вычислитель;
Микромеханическая инерциальная навигационная система;
Спутниковая навигационная система;
Абсолютный и дифференциальный манометры.

Вычислитель имеет следующие характеристики и особенности:

Производительность 400MIPS;

Объём оперативной памяти 64Мб;
Объём энергонезависимой памяти от 256Мб;
Управление осуществляется операционной системой реального времени (ОСРВ) QNX Neutrino.

В составе блока автопилота находятся следующие интерфейсы:

5 последовательных портов в зависимости от аппаратной конфигурации представляемые в виде: RS-232, RS-485 или RS-422;
100Мбит Ethernet;
USB Host.

Программное обеспечения блока автопилота на базе существующих ОСРВ позволяет концентрировать усилия по разработке на решении ключевых задач блока. Операционная система QNX является мультиплатформенной, это обстоятельство позволяет сохранять масштабируемость блока автопилота не только по функциональности, но и производительности за счёт использования других архитектур процессора.

ОСРВ QNX Neutrino позволяет без ограничений выполнять НИОКР. Приобретение лицензии необходимо только на этапе коммерциализации.

Ethernet интерфейс необходим для интеграции с высокопроизводительными полезными нагрузками, такими как фотокамеры высокого разрешения. Кроме этого в составе БКУ автопилот может быть дублирован, канал перекрёстного резервирования образуется по Ethernet за счёт использования специализированного сетевого стека QNX – QNET.QNET позволяет получать доступ к ресурсам удалённой машины теми же программными механизмами, что и к локальным ресурсам. Под ресурсом понимается блочное, символьное или специализированное устройство, с точки зрения программиста – файл, зарегистрированный в дереве каталогов .Так как базовое программное обеспечение строится на основании администраторов ресурсов – фактически драйверов, основной блок автопилота может считывать информацию, например, по показаниям инерциальных датчиков с резервного блока. Таким же образом резервный блок может использовать приёмо-передающую аппаратуру, подключённому к основному блоку.

УЭВМ НКУ функционирует также, под управлением ОСРВ QNX Neutrino, это позволяет использовать для ряда задач унифицированное программное обеспечение, общее для НКУ и БКУ. Например: ПОкомандно-телеметрического обмена и драйверы устройств и подсистем.

Доступ к исполнительным устройствам (электроприводам, контроллерам полезной нагрузки) комплекса осуществляется по магистральным интерфейсам RS-485, RS-422 специализированным протоколом с адресацией устройств и контролем канальных ошибок.

На рисунке 2 представлена структура БКУ БПЛА взлётной массой до 4кг (тип «Дельта»), так как планер выполнен по аэродинамической схеме «бесхвостка», для управления аэродинамическими поверхностями используются два электропривода: по одному налевый и правый элевоны. Магистрали RS-485 разделены для электроприводов и вспомогательных систем: контроллера полезной нагрузки, системы автоматического спасения. Это сделано для специализации канала электроприводов, исключая дополнительные задержки прохождения управляющего сигнала в случае если канал занимается низкоприоритетным процессом. Система автоматического спасения контролирует выпуск парашюта для штатной посадки и является «сторожевым таймером» комплекса, осуществляя выброс парашюта, если нет сигнала сброса таймера от блока автопилота.

Рисунок 2. Структурная схема БКУ БПЛА DELTA

На рисунке 3 представлена блок-схема информационной структуры БПЛА максимальной взлётной массой 20-25 кг (тип «Гамма»). Электроприводы унифицированы для обоих типов БПЛА: «Дельта» и «Гамма». Аппарат «Гамма» выполнен по классической аэродинамической схеме и имеет 3 секции флаперонов на каждом крыле, так же имеются дублированные электроприводы для руля направления и высоты, функционирующие через дифференцирующий механизм. В данном случае подключение электроприводов осуществляется по двум независимым магистралям RS-485, для левой и правой стороны летательного аппарата. Это исключает необратимые последствия от замыканий в магистрали от механического повреждения или выгорания драйверов интерфейса. Функции по управлению выполняют в ограниченном режиме электроприводы противоположной стороны. При этом БПЛА «Гамма» так же может оборудоваться парашютной аппаратурой системы автоматического спасения. Как и для типа «Дельта» оборудование вспомогательных систем вынесено на отдельную магистраль.

Отсутствие необходимости выполнения гальванической развязки и использования специализированных контроллеров, например, мультиплексного канала обмена, позволяет интегрировать комплекс БПЛА более оптимальным по цене и массо-габаритным характеристикам.

Рисунок 3. Структурная схема БКУ БПЛА GAMMA

Унификация элементов комплекса управления беспилотными летательными аппаратами в области исполнительных устройств, программного обеспечения позволяет с минимальными затратами конфигурировать БКУ и НКУ в зависимости от решаемых задач.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1. Макаров И.В. Создание блока автопилота малого беспилотного летательного аппарата. //Современные проблемы радиоэлектроники: сб.науч.тр. / науч.ред.: А.И.Громыко, А.В.Сарафанов; отв. за вып.: А.А.Левицкий. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - 465 с. - Стр. 56–59

2. Writing a Resource Manager[Электронный ресурс]: тех.документация / QSSI-QNX Documentation Library.