Главная > Авиация и космонавтика > Опис систем управління безпілотними літальними апаратами
Опис систем управління безпілотними літальними апаратами18-01-2012, 21:51. Разместил: tester3 |
|
Федеральнеагентство з освіти Російської Федерації Державнеосвітня установа вищої професійної освіти В«Південно-Уральськийдержавний університет В» ФакультетАерокосмічний КафедраЛітальні апарати та управління Реферат з історії аерокосмічноїтехніки Опис системуправління безпілотними літальними апаратами Челябінськ 2009 Введення Сам по собі БЛА - лишечастина складного багатофункціонального комплексу. Як правило, основне завдання,що покладається на комплекси БЛА, - проведення розвідки важкодоступних районів, вяких отримання інформації звичайними засобами, включаючи авіарозвідку,утруднене або ж наражає на небезпеку здоров'я і навіть життя людей. Крімвійськового використання застосування комплексів БЛА відкриває можливістьоперативного і недорогого способу обстеження важкодоступних ділянокмісцевості, періодичного спостереження заданих районів, цифровогофотографування для використання в геодезичних роботах і у випадкахнадзвичайних ситуацій. Отримана бортовими засобами моніторингу інформаціяповинна в режимі реального часу передаватися на пункт управління дляобробки і прийняття адекватних рішень. В даний час найбільшепоширення одержали тактичні комплекси мікро і міні-БЛА. У зв'язку збільшою злітною масою міні-БЛА їх корисне навантаження за своїм функціональнимскладом найбільш повно представляє склад бортового устаткування, що відповідаєсучасним вимогам до багатофункціонального розвідувальному БЛА. Тому далірозглянемо склад корисного навантаження міні-БЛА. Історія У 1898 р. Нікола Тесларозробив і продемонстрував мініатюрне радіокерований судно. У 1910 р.,натхненний успіхами братів Райт, молодий американський військовий інженер зОгайо Чарльз Кеттерінг запропонував використовувати літальні апарати безлюдини. За його задумом кероване годинниковим механізмом пристрій в з загрузка...
У серпні 2008 року ВПССША завершили переозброєння безпілотними літальними апаратами MQ-9 Reaperпершої бойової авіачастини - 174-го винищувального авіакрила Національноїгвардії. Переозброєння відбувалося протягом трьох років.Ударні БПЛА показали високу ефективність в Афганістані та Іраку. Основніпереваги перед заміненими F-16: менша вартість закупівлі та експлуатації,велика тривалість польоту, безпека операторів. Склад бортовогообладнання сучасних БЛА Для забезпечення завданьспостереження підстилаючої поверхні в реальному масштабі часу в процесіпольоту і цифрового фотографування вибраних ділянок місцевості, включаючиважкодоступні ділянки, а також визначення координат досліджуваних ділянокмісцевості корисне навантаження БЛА [3,4,5] повинна містити в своєму складі: • Пристрої отриманнявидової інформації: • Супутниковунавігаційну систему (ГЛОНАСС/GPS); • Пристрої радіолініївидовий і телеметричної інформації; • Пристроїкомандно-навігаційної радіолінії з антенно-фідерних пристроїв; • Пристрій обмінукомандної інформацією; • Пристрійінформаційного обміну; • Бортова цифроваобчислювальна машина (БЦВМ); • Пристрій зберіганнявидової інформації. Сучаснітелевізійні (ТБ) камери забезпечують подання оператору в реальномучасу картини спостережуваної місцевості в форматі найбільш близькому дохарактеристикам зорового апарату людини, що дозволяє йому вільноорієнтуватися на місцевості і при необхідності виконувати пілотування БЛА.Можливості по виявленню, і розпізнаванню об'єктів визначаютьсяхарактеристиками фотоприймача і оптичної системи телевізійні камери.Основним недоліком сучасних телевізійних камер є їх обмеженачутливість, не забезпечує всесуточності застосування. Застосуваннятепловізійних (ТПВ) камер дозволяє забезпечити всесуточность застосування БЛА.Найбільш перспективним є застосування комбінованихтеле-тепловізійних систем. При цьому оператору видається синтезованезображення, що містить найбільш інформативні частини, властиві мабуть іінфрачервоному діапазонах довжин хвиль, що дозволяє істотно підвищититактико-технічні характеристики системи спостереження. Однак подібні системискладні технічно і досить дорогі. Застосування РЛС дозволяє отримуватиінформацію цілодобово і при несприятливих метеоумовах, коли ТБ і ТПВканали не забезпечують отримання інформації. Застосування змінних модулів,дозволяє знизити вартість і реконфігуріровать складу бортового устаткуваннядля вирішення поставленого завдання в конкретних умовах застосування. Розглянемосклад бортового устаткування міні-БЛА. в–Є Оглядовийкурсове пристрій закріплюється нерухомо під деяким кутом до стройової осілітального апарату, що забезпечує необхідну зону захоплення на місцевості. Всклад оглядового курсового пристрою може входити телевізійна камера (ТК) зшірокопольним об'єктивом (ШПЗ). Залежно від розв'язуваних завдань може бутиоперативно замінена або доповнена тепловізійної камерою (ТПВ), цифровимфотоапаратом (ЦФА) або РЛС. в–Є Пристрійдетального огляду з поворотним пристроєм складається з ТК детального огляду зузкопольним об'єктивом (УПЗ) і трикоординатних поворотного пристрою,забезпечує розворот камери за курсом, крену і тангажу по командах операторадля детального аналізу конкретної ділянки місцевості. Для забезпечення роботи вумовах зниженої освітленості ТК може бути доповнена тепловізійної камерою(ТПВ) на мікроболометричних матриці з узкопольним об'єктивом. Можлива такожзаміна ТК на ЦФА. Подібне рішення дозволить використовувати БЛА для проведенняаерофотозйомки при розвороті оптичної осі ЦФА в надир. в–Є Пристроїрадіолінії видовий і телеметричної інформації (передавач та антенно-фідернепристрій) повинні забезпечувати передачу видовий і телеметричної інформації вреальному або близькому до реального масштабі часу на ПУ в межахрадіовидимості. в–Є Пристроїкомандно-навігаційної радіолінії (приймач і антенно-фідерних пристроїв)повинні забезпечувати прийом в межах радіовидимості команд пілотування БЛА іуправління його обладнанням. в–Є Пристрійобміну командної інформацією забезпечує розподіл командно танавігаційної інформації по споживачам на борту БЛА. в–Є Пристрійінформаційного обміну забезпечує розподіл видової інформації міжбортовими джерелами видової інформації, передавачем радіолінії видовийінформації та бортовим пристроєм зберігання видової інформації. Це пристрійтакож забезпечує інформаційний обмін між всіма функціональнимипристроями, що входять до складу цільової навантаження БЛА по обраному інтерфейсу(Наприклад, RS-232). Через зовнішній порт цього пристрою перед зльотом БЛАпроводиться введення польотного завдання і здійснюється передстартовийавтоматизований вбудований контроль на функціонування основних вузлів ісистем БЛА. в–Є Супутникованавігаційна система забезпечує прив'язку координат (топопрівязкі) БЛА іспостережуваних об'єктів за сигналами глобальної супутникової навігаційної системиГЛОНАСС (GPS). Супутникова навігаційна система складається з одного або двохприймачів (ГЛОНАСС/GPS) з антенними системами. Застосування двох приймачів,антени яких рознесені по будівельній осі БЛА, дозволяє визначати крімкоординат БЛА значення його курсового кута. в–Є Бортовацифрова обчислювальна машина (БЦВМ) забезпечує управління бортовимкомплексом БЛА. в–Є Пристрійзберігання видової інформації забезпечує накопичення обраної оператором (або ввідповідно до польотного завдання) видової інформації до моменту посадки БЛА.Цей пристрій може бути знімним або стаціонарним. В останньому випадку повиненбути передбачений канал знімання накопиченої інформації в зовнішні пристроїпісля посадки БЛА. Інформація, зчитана з пристрою зберігання видовийінформації, дозволяє проводити більш детальний аналіз при дешифруванніотриманої в польоті БЛА видової інформації. в–Є Вбудований блокхарчування забезпечує узгодження по напрузі і струмів споживання бортовогоджерела живлення і пристроїв, що входять до складу корисного навантаження, а такожоперативну захист від коротких замикань і перевантажень в електромережі. ВЗалежно від класу БЛА корисне навантаження може доповнюватися різними видамиРЛС, датчиками екологічного, радіаційного та хімічного моніторингу.Комплекс управління БЛА являє собою складну, багаторівневу структуру,основне завдання якої - забезпечити виведення БЛА в заданий район і виконанняоперацій відповідно до польотного завдання, а також забезпечити доставкуінформації, отриманої бортовими засобами БЛА, на пункт управління. Бортовий комплекснавігації і управління БЛА Бортовий комплекс"Лелека" є повнофункціональним зас...обом навігації і управліннябезпілотного літального апарату (БЛА) літакової схеми. Комплексзабезпечує: визначення навігаційних параметрів, кутів орієнтації іпараметрів руху БЛА (кутових швидкостей і прискорень); навігацію і управлінняБЛА при польоті по заданій траєкторії; стабілізацію кутів орієнтації БЛА впольоті; видачу в канал передачі телеметричної інформації про навігаційніпараметрах, кутах орієнтації БЛА. Центральним елементом БК "Лелека"є малогабаритна інерціальна навігаційна система (ІНС),інтегрована з приймачем супутникової системи навігації. Побудована на базімікроелектромеханічних датчиків (МЕМS гіроскопів і акселерометрів) попринципом бесплатформенной ІНС, система є унікальним високотехнологічнимвиробом, гарантує високу точність навігації, стабілізації та управління ЛАбудь-якого класу. Вбудований датчик статичного тиску забезпечує динамічнийвизначення висоти і вертикальної швидкості. Склад бортового комплексу: блокдвигуна.Електричні- 20. ДляФункціональна1.Рис. 1. Функціональна Рис.2. Прикладструктурою.
У режимі системи. КлючовимПо суті, В 1. 2. 3. • • • • і ВДля Будьетательного апарату та аварією. Тому всі,хто коли-небудь стикався з подібною продукцією, рано чи пізно розумілиобмеженість таких автопілотів, які ніяк не можуть бути використані вкомерційних серійних системах БЛА. Більшвідповідальні розробники розуміючи, що необхідно даний навігаційнерішення, намагаються реалізувати навігаційний алгоритм із застосуванням відомихпідходів Калмановской фільтрації. Дожаль, і тут не все так просто. Калмановская фільтрація - це всього лишедопоміжний математичний апарат, а не рішення задачі. Тому неможливостворити робастних стійку систему, просто переносячи на MEMS інтегрованісистеми стандартний математичний апарат. Потрібно тонка і точна настройкана конкретний додаток. В даному випадку - для маневреного об'єкта крилатоюсхеми. У нашій системі реалізований більш ніж 15-ти річний досвід розробкиінерційних систем і алгоритмів комплексування ІНС і GPS. До слова сказати, вСвіт тільки декілька країн володіють ноу-хау інерційних систем. Це Росія,США, Німеччина, Франція і Великобританія. За цим ноу-хау стоять наукові,конструкторські та технологічні школи, і щонайменше наївнодумати, що таку систему можна розробити і виготовити В«на колініВ» вінститутській лабораторії або в ангарі аеродрому. Дилетантський підхід тут, які у всіх інших випадках, чреватий в кінцевому рахунку фінансовими втратами івтратою часу. Чому настільки важливий автоматичний політ стосовно дозавдань, що вирішуються підприємствами паливно-енергетичного комплексу? Зрозуміло,що сам повітряний моніторинг не має альтернативи. Контроль за станомтрубопроводів та інших об'єктів, завдання охорони, моніторингу та відеоспостереженнянайкраще вирішуються із застосуванням літальних апаратів. А от зниженнявитрат, забезпечення регулярності польотів, автоматизація збору та обробкиінформації - тут, цілком справедливо приділяється увага безпілотноїтехніці, що й доводить високий інтерес фахівців до проходить виставці іфоруму. Однак, як ми бачили на виставці, безпілотні системи також можутьявляти собою складні і дорогі комплекси, що вимагають підтримки,обслуговування, створення наземної інфраструктури і служб експлуатації. ВНайбільшою мірою це відноситься до комплексам, спочатку створеним для вирішеннявійськових завдань, а тепер спішно адаптованим до господарського застосування.Окремо зупинимося на питаннях експлуатації. Управління БЛА - завдання длядобре підготовленого професіонала. В армії США операторами БЛА стаютьдіючі пілоти ВПС після річної підготовки та тренінгу. У багатьох аспектахце складніше, ніж пілотування літака, і, як відомо, більшість аварійбезпілотних ЛА викликані помилками пілота-оператора. Автоматичні системи БЛА,оснащені повноцінною системою автоматичного управління вимагають мінімальноїпідготовки наземного персоналу, при цьому вирішують завдання на великому видаленні відмісця базування, поза контакту з наземною станцією, в будь-яких погодних умовах.Вони прості в експлуатації, мобільні, швидко розгортаються і не вимагаютьназемної інфраструктури. Можна стверджувати, що високі характеристики системБЛА, оснащених повноцінної САУ, знижують експлуатаційні витрати і вимогидо персоналу.
Системи автоматичнихБЛА Якіж практичні результати застосування бортового комплексу з цієїінерціальній системою? Компанія В«ТеКнолВ» розробила і пропонує замовникамсистеми автоматичних БЛА швидкого розгортання для вирішення завдань моніторингуі повітряного спостереження. Ці системи представлені на нашому стенді на виставці. Автопілоту складі бортового комплексу навігації і управління забезпечує •Автоматичний політ за заданим маршрутом; •Автоматичний зліт і захід на посадку; •ϳдтримка заданої висоти і швидкості польоту; •Стабілізацію кутів орієнтації; •Програмне керування бортовими системами. Оператівний БЛА. Система багатоцільовогоБЛА розробляється компанією В«ТранзасВ» і оснащується комплексом навігації тауправління В«ТеКнолаВ». Оскількиуправління БЛА малого розміру представляє найбільш важку задачу, наведемоприклади роботи бортового комплексу навігації і управління для оперативногоміні-БЛА злітною вагою 3,5 кг. Припроведенні аерозйомки місцевості БЛА здійснює політ по лініях з інтервалом50-70 метрів. Автопілот забезпечує проходження по маршруту з відхиленням, неперевищує 10-15 метрів при швидкості вітру 7 м/с (Малюнок 5). Зрозуміло,що найдосвідченіший пілот-оператор не в змозі забезпечити таку точністьуправління.
Рис.5: Маршрут і траєкторія польоту міні БЛА при зйомці місцевості Підтриманнязаданої висоти польоту також забезпечується Мінсі, яка виробляєкомплексне рішення за даними GPS, барометричного висотоміра і інерціальнихдатчиків. При автоматичному польоті за маршрутом бортовий комплекс забезпечуєточність підтримки висоти в межах 5 метрів (Малюнок 6), що дозволяєвпевнено літати на малих висотах і з огибанием рельєфу.
Рис. 6 Малюнок7 показує, як САУ виводить БЛА з критичного крену в 65 Вє, в результатівпливу пориву бічного вітру при здійсненні маневру. Тільки справжня ІНСу складі бортового комплексу управління в стані забезпечити динамічнийвимірювання кутів орієнтації БЛА, не В«втратити горизонтВ». Тому в процесівипробувань і експлуатації наших БЛА жоден літак не був загублений при польотіпід управлінням автопілота. Щеоднією важливою функцією БЛА є управління відеокамерою. У польотістабілізація камери переднього огляду забезпечується відпрацюванням коливань БЛА покрену за сигналами автопілота і даними Мінс. Таким чином картинка відеозображення виявляється стабільною, незважаючи на коливання ЛА по крену. У завданняхаерофотозйомки (наприклад, при складанні аерофотоплана передбачуваного районупроведення робіт) точна інформація про кути орієнтації, координатах і висотіБЛА абсолютно необхідна для корекції аерофотознімків, автоматизації зшивкикадрів.
Рис. 7 Безпілотнийкомплекс аерофотозйомки також розробляється ТОВ В«ТеКнолВ». Для цьогопроводиться доробка цифрового фотоапарата і його включення в контуруправління автопілотом. Перші польоти намічено провести навесні 2007 року.Крім згаданих систем БЛА швидкого розгортання Бортовий Комплекс Навігаціїта Управління БЛА експлуатується СКБ В«ТопазВ» (БЛА В«ВоронВ»), встановлюється нановому БЛА розробленому компанією В«ТранзасВ» (багатоцільовий комплекс БЛАВ«ДозорВ»), проходить випробування на міні БЛА компанії Global Teknik (Туреччина).Ведуться переговори з іншими російськими ...і закордонними клієнтами. Викладенавище інформація і, головне, результати льотних випробувань, з усією очевидністюсвідчать, що без повноцінного бортового комплексу управління, оснащеногосправжньої інерціальній системою, неможлива побудова сучасних комерційнихсистем БЛА, які можуть вирішувати завдання безпечно, оперативно, в будь-яких погоднихумовах, з мінімальними витратами з боку експлуатуючих служб. Такікомплекси серійно випускаються компанією В«ТеКнолВ». Висновки Розглянутий складубортового устаткування БЛА дозволяє забезпечити вирішення широкого кола завдань помоніторингу місцевості та важкодоступних для людини районів в інтересахнародного господарства. Застосування до складу бортового устаткування телевізійнихкамер дозволяє в умовах гарної метеовідімості і освітленості забезпечитивисокий дозвіл і детальний моніторинг підстилаючої поверхні в режиміреального часу. Застосування ЦФА дозволяє використовувати БЛА для проведенняаерофотозйомки в заданому районі з подальшою детальною дешифровкою.Використання ТПВ апаратури дозволяє забезпечити цілодобовість застосуванняБЛА, хоча і з меншим дозволом, ніж при використанні телевізійних камер. Найбільшдоцільне застосування комплексних систем, наприклад ТВ-ТПВ, з формуваннямсинтезованого зображення. Однак такі системи поки ще досить дорогі.Наявність на борту РЛС дозволяє отримувати інформацію з меншим дозволом, ніжТВ і ТПВ, але цілодобово і при несприятливих метеоумовах. Застосуваннязмінних модулів пристроїв отримання видової інформації, дозволяє знизитивартість і реконфігуріровать складу бортового обладнання для вирішенняпоставленого завдання в конкретних умовах застосування. Можливість забезпеченнястійкого зв'язку є однією з найважливіших характеристик, що визначаютьексплуатаційні можливості комплексу управління БЛА. Запропонована системауправління просторовим положенням гостронаправлених АС в комплексахуправління БЛА забезпечує оптимізацію процесу входження в зв'язок іможливість відновлення зв'язку в разі її втрати. Система застосовна длявикористання на БЛА, а також на пунктах управління наземного і повітряногобазування. Використана література
1..airwar.ru/bpla.html 2.ru.wikipedia.org/wiki/UAV 3..ispl.ru/Sistemy_upravleniya-BLA.html 4.teknol.ru/products/aviation/uav/ 5.ОрловБ.В., Мазінг Г.Ю., Рейдель А.Л., Степанов М.М., Топчеев Ю.І. - Основипроектування ракетно-прямоточних двигунів для безпілотних літальнихапаратів. |