Беспилотный летательный аппарат, представляемый обывателем с экранов телевизоров - лишь часть сложного многофункционального комплекса.
В современной России существует как минимум 7 частных фирм, позиционирующих себя как производители БПЛА. Среди них концерн Вега (почти государственная), Текнол, Zala, Иркут, Транзас, Аэрокон, Новик 21 век. Продукция этих фирм охватывает БПЛА массой от 0,25кг ("Инспектор К-01" производства Аэрокон) до 640кг ("Дозор-600" производства Транзас). Все эти БПЛА имеют достоинства и недостатки. Но главный их общий недостаток - цена.
Мини-БПЛА (массой до 5 кг) стремительно обретают популярность в гражданской сфере, где большие БПЛА аэродромного базирования традиционно были недоступны как финансово, так и юридически. За рубежом мини-БПЛА используются для охраны сельхозугодий, картографии, дистанционного химико-физического анализа, контроля всхожести и спелости урожая, химической обработки. Примером этому служат японские БПЛА-вертолёты для фермеров Yamaha RMAX. В России подобная практика только-только начинает внедряться отдельными организациями [3].
Как правило, основная задача, возлагаемая на комплексы БПЛА, – проведение разведки труднодоступных районов, в которых получение информации обычными средствами, включая авиаразведку, затруднено или же подвергает опасности здоровье и даже жизнь людей. Информация собранная боровыми средствами мониторинга должна передаваться потребителю или сохранятся на борту в обработанном виде или сплошным массивом данных. Наибольшее распространение в настоящее время получила малоразмерные комплексы ближнего радиуса действия, что обусловлено их не высокой ценой и серьезной экономией при применении БПЛА для задач подобных типов.
Несомненно, вероятность выполнения задачи беспилотным комплексов большей мере зависит от его приборного оснащения.
Наличие полноценной системы автоматического управления — этим по существу и отличается Беспилотный Летательный Аппарат от дистанционно управляемой модели.
Любая из подсистем БПЛА (наблюдение, связь, электропитание, энергообеспечение) является производной, заимствованной из смежной отрасли техники, в той или иной степени адаптированной к применению. Если вес полезной нагрузки БПЛА 10-15 килограммов, то, можно установить курсовертикаль весом 1,5-2 килограмма (тоесть классическую с электромеханическим гироскопом, хотя, более целесообразно было бы взять дополнительно топлива или аппаратуры) [2].
При создании аппарата, взлетный вес которого не превосходит 3,5-4 кг, его разработчикам приходится применять специальные подходы для обеспечения массогабаритных требований к комплексу.
В основе любого автоматического управления лежит простая последовательность: измерение, сравнение и парирование возмущающего воздействия.
Как правило в современном профессиональном бортовом комплексе навигации и управления, функцию измерения состояния системы выполняет малогабаритная инерциальная интегрированная система (МИНС) [1, 2].
Имея в своем составе триады инерциальных датчиков (микромеханических гироскопов и акселерометоров), а также барометрический высотомер и трехосный магнитометр, и комплексируя данные этих датчиков с данными приемника GPS, система вырабатывает полное навигационное решение по координатам и углам ориентации.
Рисунок 1 –Типовая структурная схема автопилота:
1 – магнитный компас, 2 - барометрический датчик скорости, 3 – барометрический датчик высоты, 4 – ультразвуковой датчик высоты (для взлетов посадок), 5 – система спутниковой навигации, 6 – гировертикаль, 7 – пиродатчик горизонта, 8 – исполнительные механизмы
Для обеспечения задач наблюдения подстилающей поверхности в реальном масштабе времени в процессе полета и цифрового фотографирования выбранных участков местности, включая труднодоступные участки, а также определения координат исследуемых участков местности полезная нагрузка БПЛА [2]должна содержать в своем составе:
• Устройства получения видовой информации:
•Спутниковую навигационную систему;
• Устройства радиолинии видовой и телеметрической информации;
Устройства командно-навигационной радиолинии с антенно-фидерным устройством;
•Устройство обмена командной информацией;
• Устройство информационного обмена;
• Бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ);
•Устройство хранения видовой информации.
Обзорное курсовое устройство (телевизионное, инфракрасное, радиолокационное и т.п.) закрепляется неподвижно под некоторым углом к строевой оси летательного аппарата, обеспечивающим необходимую зону захвата на местности. В состав обзорного курсового устройства может входить телевизионная камера с широкопольным объективом. В зависимости от решаемых задач может быть оперативно заменена или дополнена тепловизионной камерой, цифровым фотоаппаратом или радиолокационной станцией.
Устройство детального обзора с поворотным устройством состоит из ТК детального обзора с узкопольным объективом и трехкоординатного поворотного устройства, обеспечивающего разворот камеры по курсу, крену и тангажу по командам оператора для детального анализа конкретного участка местности. Для обеспечения работы в условиях пониженной освещенности ТК может быть дополнена тепловизионной камерой (ТПВ) на микроболометрической матрице с узкопольным объективом. Возможна также замена ТК на ЦФА. Подобное решение позволит использовать БЛА для проведения аэрофотосъемки при развороте оптической оси ЦФА в надир.
Радиолинии видовой и телеметрической информации (передатчик и антенно-фидерное устройство) должны обеспечивать передачу видовой и телеметрической информации в реальном или близком к реальному масштабе времени на ПУ в пределах радиовидимости.
Системы командно-навигационной радиолинии (приемник и антенно-фидерное устройство) должны обеспечивать прием в пределах радиовидимости команд пилотирования БЛА и управления его оборудованием.
Комплекс обмена командной информацией обеспечивает распределение командно и навигационной информации по потребителям на борту БПЛА.
Устройство информационного обмена обеспечивает распределение видовой информации между бортовыми источниками видовой информации, передатчиком радиолинии видовой информации и бортовым устройством хранения видовой информации. Это устройство также обеспечивает информационный обмен между всеми функциональными устройствами, входящими в состав целевой нагрузки БЛА по выбранному интерфейсу (например, RS-232). Через внешний порт этого устройства перед взлетом БЛА проводится ввод полетного задания и осуществляется предстартовый автоматизированный встроенный контроль на функционирования основных узлов и систем БЛА.
Спутниковая навигационная система обеспечивает привязку координат (топопривязку) БЛА и наблюдаемых объектов по сигналам глобальной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС (GPS, ГАЛИЛЕО). Спутниковая навигационная система состоит из одного или двух приемников с антенными системами. Применение двух приемников, антенны которых разнесены по строительной оси БЛА, позволяет определять помимо координат БЛА значение его курсового угла.
Бортовая цифровая вычислительная система обеспечивает управление бортовым комплексом беспилотного аппарата.
Устройство хранения видовой информации обеспечивает накопление выбранной оператором разнообразной информации (изображения, видеоматериалы, сигнатуры излучений) до момента посадки БПЛА. Это устройство может быть съемным или стационарным. В последнем случае должен быть предусмотрен канал съема накопленной информации во внешние устройства после посадки БПЛА.
Встроенный блок питания обеспечивает согласование по напряжению и токам потребления бортового источника питания и устройств, входящих в состав полезной нагрузки, а также оперативную защиту от коротких замыканий и перегрузок в электросети.
Бортовой комплекс БПЛА является полнофункциональным средством навигации и управления беспилотного летательного аппарата. Комплекс обеспечивает: определение навигационных параметров, углов ориентации и параметров движения аппарата (угловых скоростей и ускорений); навигацию и управление при полете по заданной траектории; стабилизацию углов ориентации аппарата в полете; выдачу в канал передачи телеметрической информации о навигационных параметрах, углах ориентации БПЛА. Состав типового бортового комплекса: блок инерциальной навигационной системы; приемник навигационной системы; блок автопилота; накопитель Летных Данных; датчик воздушной скорости В базовой конфигурации управление осуществляется по каналам: элероны; руль высоты; руль направления; контроллер двигателя. Комплекс совместим с радиоканалом РСМ (импульсно-кодовая модуляция) и позволяет управлять БПЛА как в ручном режиме со стандартного пульта дистанционного управления, так и в автоматическом, по командам автопилота. Управляющие команды автопилота генерируются в форме стандартных широтно-импульсно-модулированных (ШИМ) сигналов, подходящих к большинству типов исполнительных механизмов. Физические характеристики:
Для обеспечения связи на значительные расстояния и повышения помехозащищенности за счет пространственной селекции в комплексах управления БПЛА широко используются остронаправленные антенные системы (АС) как на ПУ, так и на БЛА.
Система управления остронаправленной АС включает в себя:
• Собственно остронаправленную АС, радиотехнические параметры которой выбираются, исходя из требований обеспечения необходимой дальности связи по радиолинии.
• Сервопривод АС, обеспечивающий пространственную ориентацию ДН АС в направлении ожидаемого появления излучения объекта связи.
• Систему автоматического сопровождения по направлению (АСН), обеспечивающую устойчивое автосопровождение объекта связи в зоне уверенного захвата пеленгационной характеристики системы АСН.
• Радиоприемного устройства, обеспечивающего формирование сигнала «Связь», свидетельствующего о приеме информации с заданным качеством.
• Система управления антенной системой, обеспечивающий анализ текущего состояния системы управления АС, формирование сигналов управления сервоприводом для обеспечения пространственной ориентации АС в соответствии с полетным заданием и алгоритмом пространственного сканирования.
Таким образом, наиболее важной составляющей беспилотного авиационного комплекса является система управления и связи.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ.
Литература:
www.dpla.ru
Особенности классификации БПЛА самолетного типа [Текст] / Н. С. Сенюшкин [и др.] // Молодой ученый. — 2010. — №11. Т.1. — С. 65-68.
Беспилотные летательные аппараты./ С.В.Ганин, А.В.Карпенко, В.В.Колногоров, Г.Ф. Петров. СПб : Невский бастион, 1999.- 160с.
