АВТОМАТИЧЕСКИЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
AUTOMATIC UNMANNED DIAGNOSTIC COMPLEX

Предлагаемый комплекс относится к области диагностической техники и может быть использован для систематического дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ, а именно для раннего обнаружения нарушений герметичности, повреждений и утечек в газопроводе за счет обеспечения лучших условий выполнения мониторинга, повышения оперативности и достоверности измерения параметров состояния газовых трубопроводов с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).
Известны системы и устройства для дистанционного контроля состояния магистральных трубопроводов (патенты РФ №№2.017.138, 2.040.783, 2.091.759, 2.158.423, 2.200.900, 2.256.894, 2.509.002, 2.362.981; патенты США №№3.490.032, 3.808.519, 6.229.313, 6.766.226; патент ЕР №0.052.053; патент WO №0.008.435; Журнал «Крылья России», 1998, М. Беспилотные самолеты «Пчелка - 1T», модели «Эксперт» и «Альбатрос», ОКБ им. А.С.Яковлева и др.).
Из известных систем и устройств наиболее близким к предлагаемому является «Автоматический беспилотный диагностический комплекс» (патент РФ №2.256.894, G01M 3/00, 2003), который и выбран в качестве прототипа.
Указанный комплекс обеспечивает обмен радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления путем использования дуплексной радиосвязи на двух частотах и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Однако в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн, характерных для трасс прокладки магистральных трубопроводов, надежный обмен радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления вызывает определенные трудности.
В определенной мере проблема обмена радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн может быть решена путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ).
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости, достоверности и скрытности обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты.
г1i
г2i
Поставленная задача решается тем, что в автоматическом беспилотном диагностическом комплексе, содержащем, в соответствии с ближайшим аналогом, дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, включающий планер, силовую установку с поршневым двигателем, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, содержащую инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомер малых высот и вычислитель действительных координат, подключенный к инерциальной навигационной системе и приемной аппаратуре спутниковой навигационной системы, систему автоматического дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающую систему командного радиоуправления и обзорную телевизионную систему, систему автоконтроля работы бортовых систем, радиотелеметрическую систему, систему обеспечения посадки с устройством торможения основных колес шасси, систему диагностики состояния магистральных трубопроводов и блок управления системой диагностики, размещенные в фюзеляже летательного аппарата, при этом вычислитель действительных координат и первый вход-выход блока управления системой диагностики подключены к блоку управления бортовыми системами, второй вход-выход блока управления системой диагностики подключен к системе диагностики состояния газопровода, а третий вход-выход связан с системой командного радиоуправления, а также мобильный наземный пункт управления с устройствами связи и контроля, при этом радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные источник дискретных сообщений и команд, фазовый манипулятор, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор, выход которого является выходом радиостанции, отличается от ближайшего аналога тем, что каждая радиостанция снабжена синхронизатором, генератором псевдослучайного кода, синтезатором несущих частот, синтезатором частот первого гетеродина и синтезатором частот второго гетеродина, причем к выходу синхронизатора последовательно подключены генератор псевдослучайного кода и синтезатор несущих частот, выход которого соединен со вторым входом фазового манипулятора, второй вход первого смесителя через синтезатор частот первого гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, второй вход второго смесителя через синтезатор частот второго гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, второй вход перемножителя соединен с выходом синтезатора частот первого гетеродина, второй вход фазового детектора соединен с выходом синтезатора частот второго гетеродина, частоты w и w синтезаторов частот гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту
г2i
г1i
up2i
w-w=w,
где i=1, 2,…, М, М - число используемых несущих частот,
1i
un1i
г1i
2i
г1i
2i
1i
радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах w=w=w, а принимает - на частотах w=w, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах w, а принимает - на частотах w.
Структурная схема автоматического беспилотного диагностического комплекса представлена на фиг.1. Структурная схема радиостанции 15.1, размещенной на борту дистанционно-пилотируемого летательного аппарата, изображена на фиг.2. Структурная схема радиостанции 15.2, размещенной на наземном пункте 26 управления, изображена на фиг.3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая процесс преобразования сигналов, показана на фиг.4. Фрагмент частотно-временной матрицы используемых сигналов с ППРЧ приведен на фиг.5.
Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит систему 1 автоматического управления, спутники 2.i (i=1, 2,…, 24) глобальной навигационной системы «Навстар» или «ГЛОНАСС», навигационную систему 3, инерциальную навигационную систему 4, приемную аппаратуру 5 спутниковой навигационной системы «Навстар» или «ГЛОНАСС», вычислитель 6 действительных координат спутниковой навигационной системы, радиомаяк 7, систему 8 воздушно-скоростных сигналов, малогабаритный радиовысотомер 9 малых высот, систему 10 автоматического дистанционного управления, систему 11 команд радиоуправления, информационно-логический блок 12, приемную аппаратуру 13 командного радиоуправления, обзорную телевизионную систему 14, систему 15 радиотелеметрии, систему 16 автоконтроля работы бортовых систем ДПЛА с вычислителем, систему 17 управления двигателем, вычислитель 18 системы автоматического управления, радиоретранслятор 19, блок 20 управления бортовыми системами, бортовой накопитель 21 информации, систему 22 посадки и выпуска парашюта, блок 23 управления системой диагностики состояния магистральных газопроводов, систему 24 диагностики состояния магистральных газопроводов, радиовысотомер 25, наземный пункт 26 управления, наземный пульт 27 управления, стартовую катапульту и систему 28 спасения, рули 29 направления.
Радиотелеметрическая система 15 содержит две радиостанции 15.1 и 15.2, размещенные на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате (ДПЛА) и наземном пункте 26 управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные синхронизатор 46.1 (46.2), генератор 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, синтезатор 30.1 (30.2) несущих частот, фазовый манипулятор 31.1 (31.2), второй вход которого соединен с выходом источника 32.1 (32.2) дискретных сообщений и команд, первый смеситель 33.1 (33.2), второй вход которого через синтезатор 34.1 (34.2) частот первого гетеродина соединен с выходом генератора 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, усилитель 35.1 (35.2) первой промежуточной частоты, первый усилитель 36.1 мощности, дуплексер 37.1 (37.2), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 38.1 (38.2), второй усилитель 39.1 (39.2) мощности, второй смеситель 40.1 (40.2), второй вход которого через синтезатор 41.1 (41.2) частот второго гетеродина соединен с выходом генератора 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, усилитель 42.1 (42.2) второй промежуточной частоты, перемножитель 43.1 (43.2), второй вход которого соединен с выходом синтезатора 34.1 (34.2) частот первого гетеродина, полосовой фильтр 44.1 (44.2) и фазовый детектор 45.1 (45.2), второй вход которого соединен с выходом синтезатора 41.1 (41.2) частот второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции 15.1 (15.2).
Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, планер которого выполнен из дешевых композиционных материалов.
Аэродинамическая схема ДПЛА содержит моноплан с высокорасположенным крылом небольшой стреловидности, двухбалочным хвостовым оперением и расположенным в задней части фюзеляжа двухцилиндровым двухтактным поршневым двигателем с трехлопастным толкающим воздушным винтом фиксированного шага. В центроплане крыла размещаются мягкие топливные баки. В центральной части центроплана размещается посадочный парашют. Хвостовое оперение выполнено двухкилевым, между килями располагается стабилизатор.
В передней части фюзеляжа расположен отсек полезной нагрузки. Двигатель выполнен поршневым с трехлопастным винтом фиксированного шага, подключенным к системе 17 управления двигателем.
ДПЛА имеет трехколесное шасси. Основные колеса имеют тормозные устройства, обеспечивающие одновременное и дифференциальное торможение, связанные с системой 22 посадки и выпуска парашюта, подключенной к блоку 20 управления бортовыми системами.
Бортовые системы ДПЛА содержат систему 1 автоматического управления, состоящую из двух систем.
Первая система - навигационная 3, в состав которой включены: инерционная навигационная система 4 (ИНС), приемная аппаратура 5 спутниковой системы (СНС), связанной со спутниками 2.i (i=1, 2,…, 24), система 8 воздушно-скоростных сигналов, подключенная к вычислителю 18 САУ, малогабаритной радиовысотомер 9 малых высот, подключенных к блоку 20 управления бортовыми системами.
Вторая система - система 10 автоматического дистанционного управления, в состав которой входят система 13 командного радиоуправления, обзорная телевизионная система 14. Система 17 управления двигателем подключена к системе 11 команд радиоуправления и блоку 20 управления бортовыми системами. Радиотелеметрическая система 15 соединена с системой 16 автоконтроля, подключенной ко входу блока 20 управления бортовыми системами, входы вычислителя 18 САУ подключены к системе 8 воздушно-скоростных сигналов, информационно-логический блок 12 - к системе 11 команд радиоуправления, а выход вычислителя 18 связан с рулями направления 29. Блок 20 управления бортовыми системами, входы вычислителя 18 связан с выходами радиовысотомера 25, бортового накопителя 21 информации, радиомаяка 7, выходами системы 22 посадки и выпуска парашюта, подключенной к системе 11 команд радиоуправления, блок 23 управления системой диагностики, вычислителя 6 действительных координат, входы которого связаны с ИНС 4 и приемной аппаратурой 5 СНС. Система 24 диагностики состояния магистральных газопроводов подключена своими входами-выходами к блоку 23 управления системой диагностики.
Наземная часть содержит радиотелеметрическую систему 15, телевизионную систему 14, стартовую катапульту 28, связанную с наземным пультом 27 управления наземного пункта 26.
В блоке 23 управления системой диагностики встроены блок контроля функционального состояния диагностической системы, блок накопления диагностической информации, блок включения/отключения, блок включения обогрева диагностической аппаратуры, блок вычислений.
Система 24 диагностики состояния магистральных газопроводов содержит магнитометр, соединенный с пассивными магнитометрическими датчиками, тепловизор, лазерный газоанализатор, телевизионную систему и соединена с блоком 23 управления системой диагностики.
Выполнение полета и диагностики состояния газовых трубопроводов с помощью АБДК осуществляется следующим образом.
Автоматический беспилотный диагностический комплекс (АБДК) обеспечивает наилучшие условия выполнения мониторинга и измерения параметров состояния газовых трубопроводов с помощью бортовой аппаратуры. Навигационная система 3 в составе ИНС 4, приемной аппаратуры 5 СНС, системы 8 воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомера 9 малых высот обеспечивает стабилизацию углового положения ДПЛА на всех режимах полета, управление полетом ДПЛА по заданному программой маршруту, выдачу потребителям текущих координат ДПЛА и другой навигационной информации.
Система 10 автоматического дистанционного управления в составе блока 11 командного логического блока 12, приемной аппаратуры 13 командного радиоуправления, обзорной телевизионной системы 14 обеспечивает:
- коррекцию или изменение маршрута полета ДПЛА;
- управление системами ДПЛА при выполнении автоматического взлета по-самолетному;
- управление системами ДПЛА при выполнении штатной, вынужденной или аварийной посадки по-самолетному;
- автоматическое пилотирование ДПЛА, прекращение выполнения задания и возврат на площадку посадки в случае необходимости;
- обеспечивает безопасность полета ДПЛА и газопроводов в случае остановки двигателя, выхода из строя командной радиолинии управления.
В чрезвычайных обстоятельствах система переключает управление полетом ДПЛА на себя и работает автономно по записанной в БЦВМ 21 логике в соответствии с конкретными отказами.
Система обеспечения посадки ДПЛА включает парашютную систему, трехколесное шасси. Система обеспечивает выполнение посадки ДПЛА по самолетному на подготовленную площадку.
Диагностирование выполняют с помощью установленных на ДПЛА газоанализатора, тепловизора, магнитометрической системы контроля катодной защиты трубопровода, с помощью телевизионной системы. Тепловизор позволяет получить видимое изображение исследуемого трубопровода по его собственному тепловому (ИК) излучению, определяя формы и места положения слабонагретых и замаскированных трубопроводов в дневных и ночных условиях. Тепловые аномалии, создаваемые магистральными трубопроводами, связаны с транспортом нагретого газа и утечками из трубопровода.
Для работы системы диагностики обеспечивают ввод данных о точной высоте полета над трубой с помощью радиовысотомера, об угловых координатах положения планера, о текущих координатах местности, поступающих из НО в вычислитель блока управления системой диагностики состояния магистральных газопроводов и далее в блоки вычисления и накопления.
В процессе полета обзорная телевизионная система передает на наземный пункт управления обзор местности, передает изображение, текущие координаты полета, информацию о работе и отказах бортовых систем. Оператор наблюдает на видеокамере изображение трубы относительно ДПЛА по визуальной сетке. Изображением желаемой траектории полета является визирная сетка, перекрестие, направленное на цель, которую необходимо выдерживать. Объективы тепловизора, телевизионной системы автоматически закрываются с помощью шторок при взлете и посадке. Через командную радиолинию с земли оператор корректирует полет ДПЛА, осуществляет контроль функционального состояния диагностической системы, при необходимости ее обогрев и управление диагностической системой. В результате чего происходят измерения полей температурного контраста тепловизионной системой, затем измерение концентрации трансформируемого газа газоанализатором. Определение магнитного поля регистрируют в соответствии с линейным положением магнитометра по отношению к трубопроводу. При этом скорость сканирования тепловизионной и телевизионной систем устанавливается по сигналу, поступающему из блока 23 управления, определяемому по соотношению скорости полета к высоте. Полученные измерения диагностической системы и параметры траектории полета поступают в блок вычислителя и затем в блок накопления диагностической информации, встроенные в блок 23 управления диагностической системы.
В вычислителе 6 используется комплексная обработка информации (КОИ), результатом которой являются действительные значения параметров движения ЛА.
Повышение точности формирования действительных значений пилотажно-навигационных параметров достигается использованием оптимальной КОИ с реализацией фильтра Калмана.
В приемной аппаратуре 5 СНС измеряется псевдодальность по оценке задержки огибающей псевдослучайных последовательностей и радиальная псевдоскорость по оценке доплеровского смещения частоты несущей. В сигналы кодов закладывается соответствующий массив служебной информации, содержащей эфемериды, альманах, частотно-временные поправки, метки времени, сведения о работоспособности бортовой аппаратуры по результатам измерений. В приемной аппаратуре 5 СНС решается навигационно-временная задача.
Управление АБДК осуществляется с помощью системы 18 автоматического управления, обеспечивающей отработку и стабилизацию пространственной траектории, отслеживающей траекторию движения АБДК, и автомата управления тягой двигателей, выдерживающего заданную скорость полета.
Радиостанции 15.1 и 15.2 радиотелеметрической системы 15 работают следующим образом.
С помощью синхронизатора 46.1 включается генератор 47.1 псевдослучайного кода, который, в свою очередь, управляет работой синтезатора 30.1 несущих частот, синтезатора 34.1 частот первого гетеродина и синтезатора 41.1 частот второго гетеродина.
На выходе синтезатора 30.1 несущих частот последовательно во времени формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот:
1
1
1
1
u(t)=U·Cos(wt+φ),
2
2
2
2
u(t)=U·Cos(wt+φ),
…………………………………
i
i
i
i
u(t)=U·Cos(wt+φ),
…………………………………
M
M
M
M
c
c
c
u(t)=U·Cos(wt+φ), 0≤t≤T, Т=M·t,
i
i
i
c
где U, w, φ, Т - амплитуда, несущие частоты, начальные фазы и длительность высокочастотных колебаний;
i=1, 2,…, М, М - число используемых несущих частот (число частотных каналов), ,
c
Δw - ширина полосы частот расширенного спектра используемого сигнала (фиг.5);
1
Δw - ширина полосы частот одного частотного канала;
c
t - временной интервал между переключениями частот, характеризует собой время работы на одной несущей частоте.
c
э
В зависимости от соотношения времени работы на одной несущей частоты t и длительности информационных символов (элементарных посылок) τ псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) может быть разделена на: межсимвольную, посимвольную и внутрисимвольную.
c
э
При межсимвольной ППРЧ n информационных символов передаются на одной частоте, при этом t=n·τ, n≥2.
c
э
В качестве примера на фиг.5 показан фрагмент частотно-временной матрицы сложного сигнала с фазовой манипуляцией (ФМН) с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). При этом n выбрано равным 4 (t=4·τ), квадратами с различной наклонной штриховкой обозначены различные информационные символы с различными фазами (0, π).
1
Сформированные высокочастотные колебания последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 31.1, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода источника 32.1 дискретных сообщений и команд. В качестве источника 32.1 дискретных сообщений и команд могут быть текущие координаты ДПЛА, информация о работе и отказах бортовых систем и т.п.
На выходе фазового манипулятора 31.1 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН) с ППРЧ
ci
i
i
к1
i
c
u(t)=U·Cos[wt+φ(t)+φ], 0≤t≤t,
к1
1
к1
э
нэ
э
1
где φ(t)={0, π} - манипулированная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ(t)=const при Кτ<t<(к+1)τ может изменяться скачком при t=Кτ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2,…, N-1);
э
1
с
с
1
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т(Т=N·τ);
который поступает на первый вход смесителя 33.1, на второй вход которого подаются напряжения синтезатора 34.1 частот первого гетеродина:
г11
г11
г11
г11
u(t)=U·Cos(wt+φ),
г12
г12
г12
г12
u(t)=U·Cos(wt+φ),
……………………………………………
г1i
г1i
г1i
г1i
u(t)=U·Cos(wt+φ),
……………………………………………
г1M
г1M
г1M
г1М
u(t)=U·Cos(wt+φ),
которые формируются последовательно во времени с помощью генератора 47.1 псевдослучайного кода.
На выходе смесителя 33.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.1 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты
пр1i
пр1i
пр1i
к1
пр1i
u(t)=U·Cos[wt+φ(t)+φ],
пр1i
2
i
г1i
1
где U=/ U-U;
up1i
i
г1i
w=w+w - первая промежуточная (суммарная) частота (фиг.4);
up1i
i
г1i
φ=φ+φ.
1i
up1i
г1i
Это напряжение после усиления в усилителе 36.1 мощности через дуплексер 37.1 поступает в приемопередающую антенну 38.1, излучается ею в эфир на частоте w=w, улавливается приемопередающей антенной 38.2 и через усилитель 39.2 мощности поступает на первый вход смесителя 40.2. На второй вход смесителя 40.2 подается напряжение U(t) гетеродина 41.2. На выходе смесителя 40.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 42.2 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
up2i
пp2i
up2i
к1
up2i
u(t)=U·Cos[wt+φ(t)+φ],
пр2i
2
пp1i
г1i
1
где U=/ U·U;
up2i
up1i
г1i
w=w-w - вторая промежуточная (разностная) частота;
up2i
uр1i
г1i
φ=φ-φ,
которое поступает на первый вход перемножителя 43.2. На второй вход перемножителя 43.2 подаются напряжения синтезатора 34.2 частот первого гетеродина 34.2.
г21
г21
г21
г21
u(t)=U·Cos(wt+φ),
г22
г22
г22
г22
u(t)=U·Cos(wt+φ),
……………………………………………
г2i
г2i
г2i
г2i
u(t)=U·Cos(wt+φ),
……………………………………………
г2M
г2M
г2M
г2М
u(t)=U·Cos(wt+φ).
На выходе перемножителя 43.2 образуется напряжение
2i
2i
г1i
к1
г1i
u(t)=U·Cos[wt-φ(t)+φ],
2i
2
пр2i
г2i
1
где U=/ U·U;
г1i
которое выделяется полосовым фильтром 44.2 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.2, на второй (опорный) вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 41.2. На выходе фазового детектора 45.2 образуется низкочастотное напряжение
н1i
н1i
к1
u(t)=U·Cosφ(t),
н1i
2
2i
г1i
1
где U=/ U·U;
1
пропорциональное модулирующему коду M(t).
На наземном пункте 26 управления с помощью синхронизатора 46.2, генератора 47.2 псевдослучайного кода и синтезатора 30.2 несущих частот формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот
i
i
i
i
u(t)=U·Cos(wt+φ),
2
которые последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 31.2, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода источника 32.2 дискретных сообщений и команд. В качестве источника 32.2 дискретных сообщений и команд могут быть сигналы запроса о работе различных бортовых систем, команды на включение или выключение блоков и т.д.
На выходе фазового манипулятора 31.2 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией
ci
i
i
к2
i
u(t)=U·Cos[wt+φ(t)+φ],
г2i
который поступает на первый вход смесителя 33.2, на второй вход которого подается напряжение U(t) синтезатора 34.2 частот первого гетеродина. На выходе смесителя 33.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.2 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты
upi
прi
2i
к2
upi
u(t)=U·Cos[wt+φ(t)+φ],
прi
2
i
г2i
1
где U=/ U·U;
2i
г2i
Это напряжение после усиления в усилителе 36.2 мощности через дуплексер 37.2 поступает в приемопередающую антенну 38.2, излучается ею в эфир на частоте w, улавливается приемопередающей антенной 38.1 и через усилитель 39.1 мощности поступает на первый вход смесителя 40.1. На второй вход смесителя 40.1 подается напряжение U(t) синтезатора 41.1 частот второго гетеродина. На выходе смесителя 40.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 42.1 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
пp2i
пp2i
up2i
к2
up2i
u(t)=U·Cos[wt+φ(t)+φ],
пp2i
2
пpi
г2i
1
где U=/ U·U;
up2i
г2i
2i
w=w-w - вторая промежуточная (разностная) частота;
up2i
upi
г2i
φ=φ-φ,
г1i
и поступает на первый вход перемножителя 43.1, на второй вход которого подается напряжение U(t) синтезатора 34.1 частот первого гетеродина. На выходе перемножителя 43.1 образуется напряжение
4i
4i
г2i
к2
г2i
u(t)=U·Cos[wt-φ(t)+φ],
4i
2
пp4i
г1i
1
где U=/ U·U;
г2i
которое выделяется полосовым фильтром 44.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.1, на второй (опорный) вход которого подаются напряжения U(t) синтезатора 41.1 частот второго гетеродина. На выходе фазового детектора 45.1 образуется низкочастотное напряжение
н2i
н2i
к2
u(t)=U·Cosφ(t),
н2i
2
4i
г2i
1
где U=/ U·U;
2
пропорциональное модулирующему коду M(t).
г1i
г2i
up2i
При этом частоты w и w синтезаторов 34.1 (34.2) и 41.1 (41.2) разнесены на вторую промежуточную частоту w
г2i
г1i
up2i
w-w=w.
1i
up1i
г2i
2i
г1i
2c
1i
Радиостанция 15.1, размещаемая на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах w=w=w, а принимает - на частотах w=w. Радиостанция 15.2, размещаемая на наземном пункте 26 управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах w, а принимает - на частотах w.
Автоматический беспилотный диагностический комплекс позволяет получать визуальную информацию о состоянии магистральных газопроводов в сложных метеоусловиях, в любое время суток при полете ДПЛА на высоте 50 м со скоростью 120…140 км/час над газопроводом в равнинной местности по координатам с использованием СНС, что уменьшает ошибки, не превышающие по боковому отклонению ±10 м и по высоте ±20 м.
3
В каждом полете ДПЛА продиагностируется до 450 км газопровода. Обнаружение мест утечек газа обеспечивается диагностической системой при расходе газа 20…50 м/сутки, выявляются разрушения покрытий в трубе площадью от 1 м и более. Полеты совершают в оба направления магистрали на удалении до 225 км (до следующей через одну станцию газоперекачки) с возвратом на площадку старта.
Кроме того, указанная система позволяет надежно дублировать команды управления и сообщения, которыми обмениваются дистанционно-управляемый летательный аппарат и наземный пункт управления, что обеспечивает более эффективный контроль за состоянием магистральных газопроводов.
Сложные ФМн-сигналы обладают высокой помехоустойчивостью, энергетической и структурной скрытностью. Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника. Сложные ФМн-сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.
Таким образом, предлагаемый автоматический беспилотный диагностический комплекс по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости, достоверности и скрытности обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления.
Рабочая частота сигнала и частоты гетеродинов изменяются в широких пределах в соответствии с псевдослучайными кодами, известными на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления и неизвестными поставщикам помех.
Стратегия борьбы с организованными и непреднамеренными помехами в предлагаемом устройстве заключается в «уходе» сигналов дуплексной системы радиосвязи от воздействия помех путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты и в «противоборстве» с ними путем фазовой манипуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью.
c
При защите от помех важной характеристикой является фактическое время работы на одной частоте t. Чем меньше это время, тем выше вероятность того, что сигналы дуплексной системы радиосвязи с ППРЧ не будут подвержены воздействию организованных помех. Помехоустойчивость зависит не только от времени работы на одной частоте, но и от вида помехи и ее мощности, мощности полезного сигнала, структуры приемников.
Используемые сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с точки зрения обнаружения и разведки обладают не только энергетической и структурной скрытностью, но и временной, информационной и пространственной скрытностью.
Временная скрытность указанных сигналов определяется возможностью радиотехнической разведки по сбору необходимой информации о системе дуплексной радиосвязи (виде и параметрах сигналов, назначении системы радиосвязи и т.п.) за определенное время и зависит от условий, в которых используется система дуплексной радиосвязи, ее временных режимов работы на излучение, тактико-технических характеристик станции радиотехнической разведки и характера ведения разведки.
Информационная скрытность определяется способностью противостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на раскрытие смысла сообщений, которыми обмениваются дистанционно-пилотируемый летательный аппарат и наземный пункт управления.
Пространственная скрытность характеризует способность препятствовать станции радиомеханической разведки с необходимой точностью определять направление прихода сигналов или местоположение системы дуплексной радиосвязи. Пространственная скрытность, как и другие виды скрытности, кроме энергетической, является условным событием и зависит от параметров системы дуплексной радиосвязи, например мощности сигнала, вида и параметров диаграммы направленности приемопередающих антенн.