Определение входных сигналов стабилизированного прибора наведения и целеуказания для беспилотного летательного аппарата

УДК 623.466

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВХОДНЫХ СИГНАЛОВ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ПРИБОРА НАВЕДЕНИЯ И ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ ДЛЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО

АППАРАТА

С.В. Феофилов, Р.Г. Седов

Рассмотрена возможная полная схема полета беспилотного летательного аппарата и приведены этапы расчета входного сигнала горизонтального канала аппаратуры наведения, целеуказания и стабилизации, размещаемой на беспилотном летательном аппарате.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, целеуказание, наведение, электропривод, стабилизированная платформа.

В настоящее время беспилотные летательные аппараты (БПЛА) с аппаратурой видеонаблюдения на борту выполняют широкий спектр задач во многих областях деятельности человека: от осуществления подробной топографической съемки местности до задач, связанных с обеспечением разведывательной информацией войсковых подразделений.

Существует класс БПЛА, главными задачами для которых являются поиск, слежение за целью и осуществление целеуказания. Для этого на борту БПЛА размещается блок аппаратуры наведения целеуказания и стабилизации (АНЦС), состоящий из съюстированных между собой тепловизора, телекамеры и лазерного целеуказателя-дальномера, установленных на малогабаритной высокоточной стабилизированной платформе. Стабилизированная платформа представляет собой построенную по двухстепенной кинематической схеме раму и систему моментных электроприводов, осуществляющих как наведение, так и стабилизацию оптико-электронной аппаратуры по двум осям.

Решение задачи синтеза контура управления АНЦС, размещаемой на БПЛА, требует определения возможных входных сигналов контура управления.

Рассмотрим возможную полную схему полета БПЛА и работы АНЦС после вхождения в зону ответственности (рис.1). АНЦС приводится в рабочее положение в точке 1, затем начинает выполнение сканирования зоны ответственности по программному алгоритму. После обнаружения и распознавания цели в точке 2 оператор отдает команду на автосопровождение цели АНЦС. БПЛА совершает разворот на цель к точке 3 и маневр сближения с целью, выходя на круговую траекторию заданного радиуса к точке 4. В необходимый момент времени АНЦС осуществляет лазерный подсвет цели.

Разобьем схему полета на три участка:

1 - 2 - прямолинейный полет БПЛА со сканированием местности;

2 - 3 - изменение курса БПЛА;

3 - 4 - сближение БПЛА с целью, прямолинейный полет с тангенциальным слежением за целью в горизонтальном канале наведения;

4 - облет цели по кругу и подсвет.

Рис.1. Схема прямолинейного полета БПЛА и облет вокруг найденной цели с подсветкой лазером

На рис.1 V - вектор скорости БПЛА; ф - угол поворота горизонтального канала АНЦС относительно вектора скорости БПЛА; Ц - цель.

Определим входной сигнал горизонтального канала наведения, для полной схемы полета БПЛА. Для представленной на рис.1 траектории, на участке 1 - 2 входной сигнал системы наведения в составе БПЛА будет иметь вид

ф12

В предельном случае, когда отклонение оптической оси камеры совпадает с границей исследуемой области, амплитуда сигнала

с

А = аШ% —, Н

где с - проекция наклонной дальности до цели; Н - высота полета БПЛА.

Рассмотрим частоту входного сигнала

V

ю = —, 5

где V - скорость полета БПЛА; 5 - параметр, определяющийся полем зрения видеокамеры.

На участке 2 - 3 планер совершает поворот радиусом г с угловой скоростью щ (рис.2).

Рис.2. Определение геометрических показателей траектории полета

БПЛА на участке 2 - 3

На рис. 2 обозначено В - дальность до цели в данной проекции;

>23(' )Ч

P - параметр цели; b(t) = arctan

g - угол поворота планера,

№ X

7(1) = 72 + ; тогда угол ф между вектором скорости БПЛА и целью найдем как

ф 23

На участке 3 - 4 БПЛА сближается с целью. На рис.3 R - радиус облета цели, в данном случая является параметром цели, D34 - начальная дальность до цели на данном участке траектории. Выражение для определения входного сигнала принимает вид

f R N

j 34 (t) = arctan

vD34 - V • t_

На участке 4 БПЛА совершает облет цели по кругу радиусом Я. В этом случае входной сигнал будет иметь вид

ф 4

где А - постоянное значение угла, равное 90 градусов.

198

Рис.3. Определение геометрических показателей траектории полета БПЛА на участке 3 - 4

Рассчитаем последовательно по полученным выше зависимостям (1), (2), (3) и (4) изменение входного сигнала в горизонтальном канале на всей траектории полета.

В качестве примера возьмем следующие данные: скорость движения БПЛА 28.9 м/с; начальное удаление до цели 2000 м; параметр цели Р = 1000 м, высота полета Н = 100 м; ширина зоны ответственности 2000 м; радиус поворота на участке 2 - 3 100 м; радиус облета цели на участке 4 R = 250 м; проекция наклонной дальности цели c = 1000 м.

Совместив последовательно, рассчитанные зависимости для каждого из участков траектории полета БПЛА, получим результирующий входной сигнал горизонтального канала наведения для полной схемы полета БПЛА.

График полного входного сигнала горизонтального канала наведения представлен на рис. 4.

0.5 С

А / \

1 \ \

\

{/

20 4С 60 80 100 120

1 ^ сек.

Рис.4. Изменение входного сигнала горизонтального канала на всей траектории полета

Данную зависимость удобно использовать в качестве тестового сигнала для исследования математической модели контура управления аппаратурой наведения целеуказания и стабилизации, размещаемой на БПЛА. Зависимости (1), (2), (3) и (4) позволяют удобно и быстро рассчитывать параметры входного сигнала в случае изменения характеристик БПЛА или внесения изменений в траекторию полета.

199

Список литературы

1. Красильщиков М.Н. Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий / под ред. М.Н. Красильщикова, Г.Г. Себрякова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003 . 280с.

2. Орлов А.Р., Сатаров А.В., Троицкий А.Н. Прикладная аэродинамика беспилотных летательных аппаратов: учебное пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 132 с.

Феофилов Сергей Владимирович, д-р техн. наук, проф., ivts.tulgu@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Седов Роман Геннадиевич, асп., ivts. tulgu@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DETERMINA TION OF INPUT SIGNALS OF STABILIZED GUADIANCE

AND DESIGNATION EQUIPMENT FOR UNMANED AIRCRAFT VEHICLE

S. V. Feofilov, R.G. Sedov

The full flight scheme of unmanned aerial vehicle, and are steps to the calculation of the input horizontal channel guidance equipment, target designation and stabilization posted on the unmanned aerial vehicle are considered.

Key words: UA V, target designation, guidance, actuator, stabilized platform.

Feofilov Sergey Vladimirovich doctor of technical sciences, professor, ivts. tulgu@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Sedov Roman Gennadievich, postgraduate, ivts. tulgu@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 623.44: 531.395

ОПТИМИЗАЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО АЛГОРИТМА ДИНАМИКИ СИСТЕМЫ «СТРЕЛОК - ОРУЖИЕ»

В. А. Шаманов, С.В. Чубарыкин, Р. А. Бреус, А.В. Васильев

Отображено обоснование целесообразности применения при моделировании динамики системы «стрелок - оружие» топологического тензорно-векторного описания.

Ключевые слова: функционирование автоматики, машинные испытания, кинематический анализ, многозвенная, многоконтурная система, обобщенные координаты, ударные взаимодействия, звенья, неудерживающие и неидеальные связи.

Одними из основных характеристик качества, учитываемых при разработке автоматического оружия, являются безотказность работы автоматики и эффективность системы «стрелок-оружие». Эти критерии -

200