СПОСОБ ТОЧНОЙ ПОСАДКИ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
METHOD FOR PRECISION LANDING OF UNMANNED AERIAL VEHICLE

Изобретение относится к области способов посадки беспилотных летательных аппаратов (БЛА) и может быть использовано при решении задачи обеспечения точной автоматической посадки БЛА самолетной конструкции на площадку малых размеров.
Известен способ посадки БЛА по-самолетному [Системы адаптивного управления летательными аппаратами. / А.С. Новоселов, В.Е. Болнокин, П.И. Чинаев, А.Н. Юрьев. - М.: Машиностроение, 1987, с.9-10]. Этот способ предполагает использование взлетно-посадочной полосы с различной степенью оборудованности. Для посадки БЛА по этой схеме могут использоваться обычные аэродромы пилотируемой авиации либо оперативно развернутые посадочные полосы на подходящих участках местности (участки автомобильных дорог, горизонтальные участки местности).
Известен способ посадки БЛА с использованием аэрофинишера [Системы адаптивного управления летательными аппаратами. / А.С. Новоселов, В.Е. Болнокин, П.И. Чинаев, А.Н. Юрьев. - М.: Машиностроение, 1987, с.9-10]. Реализация этого способа также требует наличия оборудованной посадочной полосы, но более короткой, чем при посадке по-самолетному.
Основным недостатком способов посадки БЛА по-самолетному и с использованием аэрофинишера является низкая автономность осуществления посадки, что обусловлено невозможностью реализации этих способов без обеспечивающей наземной инфраструктуры (аэродромов с посадочной полосой, курсо-глиссадного и другого посадочного оборудования). Это существенно ограничивает допустимые условия, гибкость и оперативность применения БЛА.
Известен способ посадки БЛА с использованием парашюта [Системы адаптивного управления летательными аппаратами. / А.С. Новоселов, В.Е. Болнокин, П.И. Чинаев, А.Н. Юрьев. - М.: Машиностроение, 1987, с.9-10]. Для реализации этого способа БЛА должен быть оборудован парашютом и надувными посадочными баллонами (подушками), располагаемыми под фюзеляжем и под крыльями и защищающими БЛА от повреждений в момент касания земли. Основным недостатком парашютного способа является низкая точность приземления, вследствие чего для его реализации необходима посадочная площадка больших размеров (до 5×5 км и более), свободная от мешающих объектов, столкновение с которыми может привести к потере БЛА. Дополнительные затраты времени на поиск БЛА на значительной по площади территории и последующую эвакуацию БЛА в район старта обусловливают низкую оперативность повторного применения БЛА. Кроме того, проведение поиска и эвакуации БЛА требует привлечения дополнительной техники (транспорта), что снижает степень автономности способа.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ посадки БЛА «Аквила» с захватом в улавливающую сеть [Системы адаптивного управления летательными аппаратами. / А.С. Новоселов, В.Е. Болнокин, П.И. Чинаев, А.Н. Юрьев. - М.: Машиностроение, 1987, с.69-76]. Способ состоит в том, что формируют узкую секторную зону захода БЛА на посадку и задают опорную траекторию посадки, для чего в заданном месте посадки на конструкции крепления улавливающей вертикальной сети устанавливают две инфракрасных камеры, поля зрения которых задают узкую секторную зону захода БЛА на посадку в боковой и вертикальной плоскостях, а оптические оси - опорную траекторию посадки БЛА; осуществляют радиолокационное сопровождение БЛА по дальности и угловым координатам наземной станцией управления, по данным радиолокационного сопровождения формируют команды управления для ввода БЛА в узкую секторную зону захода на посадку, передают эти команды по радиолинии на борт БЛА, вводят БЛА в секторную зону захода на посадку путем отработки принятых команд бортовой системой управления БЛА, включают бортовой источник инфракрасного излучения, определяют боковое и вертикальное угловые отклонения БЛА от опорной траектории посадки с помощью двух инфракрасных камер, принимающих излучение бортового источника, передают значения отклонений БЛА от опорной траектории посадки по радиолинии на борт БЛА, принимают значения отклонений БЛА от опорной траектории посадки и формируют по ним бортовой системой управления команды для удержания БЛА на опорной траектории посадки, осуществляют полет БЛА по опорной траектории посадки и посадку БЛА в улавливающую сеть.
Основным недостатком способа-прототипа является его низкая автономность, обусловленная тем, что значительная часть действий, определяющих способ, выполняется на земле с использованием соответствующего наземного оборудования, а именно:
формирование секторной зоны захода БЛА на посадку и задание опорной траектории посадки с помощью двух инфракрасных камер, устанавливаемых в заданном месте посадки на конструкции крепления улавливающей вертикальной сети;
радиолокационное сопровождение БЛА по дальности и угловым координатам наземной станцией управления;
формирование на наземной станции управления команд для ввода БЛА в секторную зону захода на посадку;
передача команд управления для ввода БЛА в секторную зону захода на посадку по радиолинии на борт БЛА;
определение отклонений БЛА от опорной траектории посадки с помощью установленных в точке посадки двух инфракрасных камер;
передача значений отклонений БЛА от опорной траектории посадки по радиолинии на борт БЛА;
улавливание БЛА вертикальной сетью.
Недостатки способа-прототипа состоят также в том, что он не обеспечивает всеракурсный заход БЛА на посадку и всепогодное осуществление посадки, что обусловлено формированием узких секторных зон захода БЛА на посадку и использованием в посадочном оборудовании инфракрасного диапазона длин волн. Кроме того, для выполнения посадки требуется открытая, свободная от мешающих объектов, значительная по размерам площадка (не менее нескольких сотен метров в поперечнике), что объясняется следующими причинами. В способе-прототипе применяется курсо-глиссадный принцип формирования траектории посадки, как и в способах посадки по-самолетному и с использованием аэрофинишера. При этом реализуют пологую траекторию посадки (под углом не более 2-4 град к горизонту) путем соответствующей выставки инфракрасной камеры, определяющей угловое отклонение БЛА от траектории посадки в вертикальной плоскости (глиссады). По азимуту секторную зону захода БЛА на посадку ориентируют с учетом направления ветра и тактических соображений путем соответствующей выставки инфракрасной камеры, определяющей угловое отклонение БЛА от траектории посадки в боковой плоскости. За время выполнения полетного задания, которое может составлять до нескольких часов, возможно изменение направления ветра, тактической обстановки, что потребует соответствующего изменения первоначальной выставки секторной зоны захода БЛА на посадку по азимуту. Поэтому для реализации способа-прототипа необходимо иметь возможность оперативного изменения положения секторной зоны захода БЛА на посадку по азимуту, для чего требуется открытый, свободный от мешающих объектов, горизонтальный участок местности значительных размеров (радиусом не менее 200…250 м), в центре которого устанавливают вертикальную улавливающую сеть. При отсутствии открытого участка местности требуемых размеров, обеспечивающих реализацию снижения БЛА по пологой траектории посадки, необходима его расчистка с использованием соответствующей техники, что еще в большей степени снижает автономность способа.
Техническим результатом изобретения является увеличение автономности выполнения точной посадки БЛА, а также обеспечение всеракурсности захода БЛА на посадку, всепогодности осуществления посадки, уменьшение размеров посадочной площадки до десятков метров в поперечнике.
Указанный результат достигается тем, что в способе посадки БЛА в улавливающую сеть формируют круговую зону захода на посадку, для чего в заданной точке посадки устанавливают ненаправленный источник радиоизлучения, а на борту БЛА устанавливают радиопеленгатор, выполняют автономный ввод БЛА в зону захода на посадку, используя штатное бортовое навигационное оборудование, производят прием сигналов ненаправленного источника радиоизлучения и выполняют его угловое сопровождение в горизонтальной и вертикальной плоскостях бортовым радиопеленгатором, по данным которого с помощью бортовой системы управления формируют команды самонаведения БЛА на источник радиоизлучения в горизонтальной плоскости, выполняют одновременно самонаведение БЛА на источник радиоизлучения в горизонтальной плоскости и полет БЛА на заданной высоте, по достижении заданного угла визирования источника радиоизлучения в вертикальной плоскости переводят БЛА в пикирование, формируют команды самонаведения БЛА на источник радиоизлучения в вертикальной плоскости, выполняют самонаведение БЛА на источник радиоизлучения в вертикальной и горизонтальной плоскостях до попадания в улавливающую сеть, установленную горизонтально над источником радиоизлучения.
Сущность предлагаемого способа точной посадки БЛА, позволяющего значительно повысить автономность выполнения посадки БЛА, состоит в отказе от курсо-глиссадного принципа формирования траектории посадки с помощью наземного оборудования (двух инфракрасных камер, устанавливаемых в заданном месте посадки на конструкции крепления улавливающей вертикальной сети) и в осуществлении посадки путем самонаведения БЛА на сопровождаемый по угловым координатам бортовым радиопеленгатором источник радиоизлучения, устанавливаемый в заданной точке посадки под горизонтально растянутой улавливающей сетью. При этом использование ненаправленного источника радиоизлучения обеспечивает всеракурсный заход БЛА на посадку и снимает требование высокой точности вывода БЛА в район посадки, что позволяет для этих целей использовать штатное автономное бортовое навигационное оборудование БЛА. Следовательно, отпадает потребность в соответствующем наземном оборудовании, обеспечивающем высокоточный вывод БЛА в узкую секторную зону захода на посадку (в наземной станции управления, осуществляющей радиолокационное сопровождение БЛА по дальности и угловым координатам, формирование по данным радиолокационного сопровождения команд управления для ввода БЛА в узкую секторную зону захода на посадку, и в радиолинии, по которой эти команды передаются на борт БЛА).
Использование посадочного оборудования, работающего в радиодиапазоне (источника радиоизлучения и бортового радиопеленгатора), обеспечивает всепогодность осуществления предлагаемого способа посадки БЛА.
Отказ от пологой траектории посадки, используемой в способе-прототипе, и применение траектории самонаведения БЛА в вертикальной плоскости под углами пикирования, определяемыми летно-техническими характеристиками БЛА и составляющими десятки градусов, обеспечивает уменьшение требуемых для осуществления заявляемого способа размеров посадочной площадки до десятков метров в поперечнике.
Таким образом, предлагаемый способ точной посадки БЛА обеспечивает его попадание в улавливающую сеть малых размеров в автоматическом автономном режиме при минимуме используемого наземного оборудования, включающего ненаправленный источник радиоизлучения и горизонтальную улавливающую сеть, при произвольном ракурсе захода БЛА на посадку, в простых и сложных метеоусловиях, при использовании для посадки малой площадки не более десятков метров в поперечнике.
На фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого способа точной посадки БЛА.
Схема реализации предлагаемого способа точной посадки БЛА содержит БЛА со штатным бортовым навигационным оборудованием, бортовой системой управления и бортовым радиопеленгатором 1, ненаправленный источник радиоизлучения, устанавливаемый в заданной точке посадки 2, горизонтальную улавливающую сеть, устанавливаемую над источником радиоизлучения 3.
Способ точной посадки БЛА реализуется следующим образом.
Для формирования круговой зоны захода БЛА 1 на посадку в заданной точке посадки устанавливается ненаправленный источник радиоизлучения 2, например, сантиметрового диапазона длин волн. Для автономного ввода БЛА 1 в зону захода на посадку используется штатное бортовое навигационное оборудование. В качестве такого оборудования на легких БЛА может применяться, например, микромеханическая инерциальная навигационная система (ИНС) [Инерциальные технологии ЗАО «Технокомплекс». Микромеханические ИНС. http://www.inertech.ru/ru/inertial-navigation-systems.html]. Такая микромеханическая ИНС обеспечивает определение координат БЛА методом счисления пути с радиальной ошибкой, среднеквадратическое значение которой растет со скоростью порядка 1,1 м/с.
Для углового сопровождения источника радиоизлучения 2 на борту БЛА 1 устанавливается радиопеленгатор, например фазовый радиопеленгатор, обеспечивающий угловое сопровождение источника радиоизлучения в горизонтальной и вертикальной плоскостях [Денисов В.П., Дубинин Д.В. Фазовые радиопеленгаторы. - Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2002, 251 с.]. Среднеквадратические ошибки такого радиопеленгатора при угловом сопровождении источника радиоизлучения сантиметрового диапазона длин волн составляют порядка 0,5…1,0 град, а зона обзора в одной плоскости может достигать ±60 град.
Радиус зоны захода БЛА на посадку, определяемый дальностью действия бортового радиопеленгатора по сигналам источника радиоизлучения, целесообразно выбирать минимальным в интересах снижения массогабаритных характеристик и стоимости источника радиоизлучения. Но при этом радиус зоны захода БЛА на посадку должен обеспечивать гарантированное попадание источника радиоизлучения в зону обзора бортового радиопеленгатора с учетом ошибок вывода БЛА в район посадки с помощью ИНС. Должны быть также обеспечены отработка начальной ошибки и установление переходных процессов наведения БЛА в горизонтальной плоскости, перевод БЛА в пикирование, отработка начальной ошибки и установление переходных процессов наведения БЛА в вертикальной плоскости. При характерных для легких БЛА динамических и летно-технических характеристиках основным фактором, определяющим допустимое минимальное значение радиуса зоны захода БЛА на посадку, является точность вывода БЛА в район посадки. Например, предположим, что продолжительность полета БЛА составляет 1800 с. При крейсерской скорости БЛА 75 м/с это время соответствует общей протяженности маршрута, равной 135 км (например, протяженность полета в район выполнения целевой задачи составляет 70 км, протяженность полета по обратному маршруту в район посадки - 65 км). При скорости нарастания радиальной среднеквадратической ошибки счисления пути, равной 1,1 м/с, результирующая среднеквадратическая ошибка вывода БЛА в район посадки составит 1980 м. Руководствуясь правилом двух сигма, получим максимальную радиальную ошибку вывода БЛА в район посадки, равную 3960 м. В рассматриваемом случае максимальное отклонение БЛА по курсу от линии заданного пути, проходящей из района выполнения целевого задания в зону посадки, составит 5…6 град. Тогда при полуширине сектора обзора бортового радиопеленгатора в горизонтальной плоскости, равной 60 град, получим, что для гарантированного попадания источника радиоизлучения в пределы зоны обзора бортового радиопеленгатора радиус зоны захода БЛА на посадку должен не менее чем в 2,4…2,5 раза превышать радиальную среднеквадратическую ошибку вывода БЛА в район посадки, т.е. составлять порядка 4750…4950 м. При реализуемой на практике чувствительности радиопеленгатора, составляющей минус (120…130) дБВт, мощность источника радиоизлучения сантиметрового диапазона длин волн составит единицы Вт.
ии
Таким образом, при достижении границы зоны захода БЛА 1 на посадку обеспечиваются условия приема сигналов источника радиоизлучения 2 бортовым радиопеленгатором вследствие его энергетической доступности и попадания в сектор обзора бортового радиопеленгатора (угол между направлением полета БЛА и линией визирования источника радиоизлучения ψне превышает полуширину сектора обзора бортового радиопеленгатора в горизонтальной плоскости).
зад
зад
пик
пик
Бортовой радиопеленгатор осуществляет прием сигналов источника радиоизлучения и его угловое сопровождение в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Данные сопровождения в виде значений углов и угловых скоростей линии визирования источника радиоизлучения поступают в бортовую систему управления БЛА, в которой формируются команды самонаведения БЛА на источник радиоизлучения в горизонтальной плоскости в соответствии с принятым методом наведения, например, методом пропорциональной навигации [Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоэлектронные системы самонаведения. - М.: Радио и связь, 1982, с.56-60]. При этом методе нормальное ускорение БЛА должно быть пропорционально угловой скорости линии визирования источника радиоизлучения с коэффициентом пропорциональности, называемым навигационной постоянной и равным 3…5. БЛА осуществляет самонаведение на источник радиоизлучения в горизонтальной плоскости и полет на постоянной заданной высоте Н в вертикальной плоскости, которая выбирается из условия обеспечения пролета над препятствиями в зоне захода на посадку, перевода БЛА в пикирование под заданным углом и отработки начальной ошибки и установления переходных процессов наведения БЛА в процессе пикирования. Угол перевода БЛА в пикирование θ задается из условия осуществления последующего пикирования БЛА под заданным углом θ с учетом летно-технических и маневренных характеристик БЛА. Угол пикирования θ выбирается по абсолютной величине максимально возможным для БЛА, чтобы обеспечить минимальный промах в плоскости горизонтальной улавливающей сети 3. Кроме того, в этом случае уменьшаются размеры свободной от препятствий открытой площадки, требуемой для посадки.
После перевода БЛА 1 в пикирование его бортовая система управления формирует команды самонаведения на источник радиоизлучения в вертикальной плоскости по данным его сопровождения в виде значений углов и угловых скоростей линии визирования источника излучения, поступающим от бортового радиопеленгатора. Самонаведение БЛА 1 осуществляется в соответствии с принятым методом, например методом пропорциональной навигации [Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоэлектронные системы самонаведения. - М.: Радио и связь, 1982, с.56-60].
В результате самонаведения БЛА 1 на источник радиоизлучения 2 в горизонтальной и вертикальной плоскостях осуществляется его посадка в горизонтальную улавливающую сеть 3.
Горизонтальная улавливающая сеть 3, как и в способе-прототипе, может быть изготовлена из нейлоновой ткани и крепиться на стойках с направляющими и тормозным устройством, обеспечивающим гашение энергии БЛА при его улавливании сетью [Системы адаптивного управления летательными аппаратами. / А.С. Новоселов, В.Е. Болнокин, П.И. Чинаев, А.Н. Юрьев. - М.: Машиностроение, 1987, с.76]. Размеры сети 3 выбираются с учетом точности самонаведения БЛА, например, в соответствии с правилом двух сигма, чтобы обеспечить гарантированное улавливание БЛА сетью. Таким образом, осуществляется способ точной посадки БЛА в горизонтальную улавливающую сеть.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленных изобретений, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам предлагаемого способа посадки БЛА. Выбор из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к сформулированному техническому результату признаков в заявленном способе, которые изложены в формуле изобретения. Поэтому заявленное изобретение соответствует критерию «новизна».
Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию «изобретательский уровень» проведен поиск и анализ известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с признаками предлагаемого способа точной посадки БЛА. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем. Заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
дополнение известного средства каким-либо известным блоком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата;
замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата;
увеличение однотипных элементов для достижения сформулированного технического результата;
создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлен по известным правилам, а достигнутый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связями между ними.
Следовательно, заявленное изобретение соответствуют критерию «Изобретательский уровень».
Предлагаемое решение соответствует критерию «промышленная применимость», так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его существования, работоспособность и воспроизводимость, так как для реализации заявляемого решения могут быть использованы известные материалы и оборудование.
Проведем количественную оценку точности посадки БЛА заявляемым способом. Для этого воспользуемся формулами для дисперсий составляющих конечной ошибки самонаведения (промаха) БЛА при посадке в улавливающую сеть [Волобуев М.Ф., Замыслов М.А, Михайленко С.Б., Орлов С.В. Методика оценки точности автоматической системы посадки самолета в условиях воздействия случайных возмущений. - Сборник докладов XII МНТК «К и ВТ XXI века», том 2. Воронеж, НПФ «САКВОЕЕ», 2011, с.531-539]:
<mrow><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mi>Δ</mi><mi>ε</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>σ</mi><mi>ε</mi></msub><mi>N</mi><mi>V</mi><mi>T</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>N</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>ε</mi></msub><mo>⋅</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><msub><mi>a</mi><mrow><mi>ε</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>N</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><msubsup><mi>l</mi><mi>ε</mi><mi>j</mi></msubsup></mrow></mstyle></mrow><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msub><mi>l</mi><mi>ε</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mi>Δ</mi><mi>в</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>σ</mi><mi>в</mi></msub><mi>T</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>N</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>в</mi></msub><mo>⋅</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>2</mn></mrow></munderover><mrow><msub><mi>a</mi><mrow><mi>в</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>N</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><msubsup><mi>l</mi><mi>в</mi><mi>j</mi></msubsup></mrow></mstyle></mrow><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msub><mi>l</mi><mi>в</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mi>N</mi></msup></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mi>Δ</mi><mi>ε</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mi>Δ</mi><mi>в</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>l</mi><mi>ε</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mi>ε</mi></msub></mrow><mi>T</mi></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>l</mi><mi>в</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mi>в</mi></msub></mrow><mi>T</mi></mfrac></mrow>
ε
в
ε
в
0
ξij
где
- дисперсия составляющей промаха БЛА, обусловленной ошибками бортового радиопеленгатора;
- дисперсия составляющей промаха БЛА, обусловленной воздействием случайных порывов бокового ветра; σ- среднеквадратическая ошибка бортового радиопеленгатора; σ - среднеквадратическое значение скорости случайных порывов бокового ветра; N - навигационная постоянная; V - скорость БЛА; Т - эквивалентная постоянная времени бортовой системы управления БЛА; Т - время корреляции случайных ошибок радиопеленгатора;
; Т - время корреляции случайных порывов бокового ветра;
; a(N), a(N) - полиномиальные коэффициенты.
Расчеты проведем при следующих исходных данных:
ε
в
ε
в
пик
σ=1,0 град; σ=2,5 м/с; N=3; V=50 м/с; T=1,1 с; Т=0,1 с; Т=1,0 с; угол пикирования БЛА при посадке θ=30 град.
Значения полиномиальных коэффициентов, приведенные в [Волобуев М.Ф., Замыслов М.А, Михайленко С.Б., Орлов С.В. Методика оценки точности автоматической системы посадки самолета в условиях воздействия случайных возмущений. - Сборник докладов XII МНТК «К и ВТ XXI века», том 2. Воронеж, НПФ «САКВОЕЕ», 2011, с.536], равны:
a
a
a
a
a
а
а
0
0
ε0
ε1
ε2
в0
в1
(3)=8; (4)=16; (3)=1; (3)=4; (3)=1; (3)=3; (3)=1.
Подставив приведенные значения входящих в формулы (1) и (2) величин, получим среднеквадратические значения составляющих промаха БЛА, обусловленных ошибками радиопеленгатора и случайными порывами ветра в боковой плоскости:
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><munder><mrow><mi>Δ</mi><mi>ε</mi></mrow><mrow><mi>б</mi><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></munder></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>25</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><munder><mrow><mi>Δ</mi><mi>в</mi></mrow><mrow><mi>б</mi><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></munder></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>7</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
;
пик
С учетом значения угла пикирования БЛА при посадке θ=30 град, среднеквадратические значения составляющих промаха БЛА, обусловленных ошибками радиопеленгатора и случайными порывами ветра в продольной плоскости боковой плоскости, пересчитанные на горизонтальную плоскость, равны:
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><munder><mrow><mi>Δ</mi><mi>ε</mi></mrow><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>д</mi></mrow></munder></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>5</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><munder><mrow><mi>Δ</mi><mi>в</mi></mrow><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>д</mi></mrow></munder></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>4</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
;
Соответственно, среднеквадратические значения суммарного промаха БЛА на радиомаяк в боковой и продольной плоскостях наведения, пересчитанные на плоскость улавливающей горизонтальной сети, будут равны:
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><munder><mi>Δ</mi><mrow><mi>б</mi><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></munder></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>74</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><munder><mi>Δ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>д</mi></mrow></munder></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>49</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
;
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><munder><mrow><mi>Δ</mi><mi>ε</mi></mrow><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>д</mi></mrow></munder></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>49</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
Определим требуемые размеры улавливающей горизонтальной сети, исходя из необходимости обеспечения всеракурсности захода на посадку и практически достоверного попадания БЛА в сеть. Для обеспечения всеракурсности сеть должна иметь форму круга, радиус которого, в целях получения гарантированного результата, определим максимальным среднеквадратическим значением суммарного промаха БЛА, т.е. значением
, и требуемой вероятностью попадания в сеть. Полагая закон рассеивания точек приземления БЛА гауссовым и круговым, запишем вероятность Р попадания БЛА в сеть радиусом R в виде:
<mrow><mi>З</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mfrac><mrow><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mn>2</mn><msubsup><mi>σ</mi><mrow><munder><mi>Δ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>д</mi></mrow></munder></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Задаваясь вероятностью Р=0,96 (по правилу двух сигма), в соответствии с (3) получим:
<mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><msub><mi>σ</mi><mrow><munder><mi>Δ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>д</mi></mrow></munder></mrow></msub><msqrt><mrow><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>ln</mi><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>P</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msqrt><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>49</mn><mo>⋅</mo><mn>2</mn><mo>,</mo><mn>54</mn><mo>=</mo><mn>3</mn><mo>,</mo><mn>78</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
Следовательно, для практически достоверного попадания БЛА в улавливающую горизонтальную сеть в форме круга ее радиус должен составлять 3,78 м. Можно использовать сеть в форме квадрата со стороной, равной диаметру круга, то есть 7,56 м.
Таким образом, проведенные расчеты показывают, что заявляемый способ посадки БЛА характеризуется высокой степенью автономности при высокой точности попадания в горизонтальную улавливающую сеть, а также обеспечивает всеракурсность захода БЛА на посадку, всепогодность осуществления посадки, значительное сокращение размеров посадочной площадки.