АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Изобретение относится к авиационным системам, использующим дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА) для мониторинга земной поверхности, аэрофото- и видеосъемки, оперативно-тактической разведки, воздушного картографирования; мониторинга нефте- и газопроводов, лесных массивов, линий электропередач, экологического мониторинга и т.д.
Известна система наблюдения за наземной обстановкой, содержащая беспилотный летательный аппарат (БПЛА), на котором установлен комплекс наблюдения и слежения, включающий в себя приемник команд, камеры наблюдения и слежения, передатчик изображений, микропроцессор, высотомер, бесплатформенный инерциальный блок, аналого-цифровой преобразователь, бортовое форматирующее устройство, блок сжатия данных, два блока памяти, корреляционное устройство, блок рулевых машинок и исполнительные устройства, а также мобильный наземный комплекс наблюдения и управления, содержащий приемник изображений, мобильный персональный компьютер, передатчик команд, формирователь кадра [1].
Известен портативный комплекс авианаблюдений, содержащий дистанционно пилотируемый летательный аппарат с радиоуправляемой бортовой системой обеспечения полета летательного аппарата, бортовой приемопередающей аппаратурой и видеокамерой с передатчиком изображения, а также мобильный комплекс управления и обработки информации с наземной приемопередающей аппаратурой, приемником видеоизображений и радионавигационной системой управления летательным аппаратом. Радиоуправляемая бортовая система обеспечения полета летательного аппарата и радионавигационная система управления летательным аппаратом снабжены корректируемыми по глобальной навигационной системе инерциальными блоками с микромеханическими вибрационными гироскопами - акселерометрами, а сам дистанционно пилотируемый летательный аппарат выполнен в виде автономно пилотируемого летательного микроаппарата и размещен вместе с мобильным комплексом управления и обработки информации в общем портативном контейнере. Автономно пилотируемый летательный микроаппарат для портативного комплекса авианаблюдений содержит фюзеляж, на котором размещены винтовой движитель, рулевое управление по курсу и тангажу, видеокамера с передатчиком видеоизображения, радиоуправляемая бортовая система обеспечения полета летательного аппарата и бортовая приемопередающая аппаратура. В корпусе отсека установлены видеокамера с передатчиком видеоизображения, рулевые машинки, аккумуляторная батарея, приборы радиоуправляемой бортовой системы обеспечения полета летательного аппарата и бортовой приемопередающей аппаратуры [2].
Однако радиус действия данных систем весьма ограничен, а способ ориентации и стабилизации БПЛА в пространстве неприменим для наблюдения за наземной обстановкой большой протяженности.
Известен ДПЛА модели "ГрАНТ" для телевизионного наблюдения за местностью и целей на ней, содержащий бортовое оборудование управления, бортовое радиоэлектронное оборудование, бортовую ЭВМ, пункт управления, глобальную навигационную спутниковую систему, комплекс радиоантенн, транспортно-пусковую установку [3].
Известен комплекс ДПЛА "Нетопырь З", содержащий пусковую установку на автомобиле, несущую конструкцию, силовую установку, полезную нагрузку-видеокамеру, инфракрасную систему, навигационную спутниковую систему [4].
Известен ДПЛА модели "Tasuma CSV-20", содержащий несущую конструкцию, полезную нагрузку- цветную телевизионную камеру, передатчик команд управления, передатчик видео сигнала, приемную аппаратуру, пуско-траспортировочную установку, силовую установку [5].
Недостатком вышеупомянутых технических решений являются значительные габариты и вес, а также наличие громоздких транспортно-пусковых установок.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является "Авиационная система зондирования земной поверхности " (см. патент РФ №2346852, B64C 19/00), который и выбран в качестве прототипа [6].
Известная авиационная система зондирования земной поверхности содержит дистанционно-пилотируемый летательный аппарат с планером, бортовой комплекс управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом, инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, вычислитель действительных координат спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов, высотомер, систему автоконтроля работы бортовых систем, систему обеспечения посадки с устройством торможения основных колес шасси, систему управления двигателем и бортовой накопитель информации, а также мобильный наземный пункт управления, содержащий телевизионную систему, пульт дистанционного управления и радиотелеметрическую систему, содержащую две радиостанции, размещенные одна - на наземном пункте управления, а другая - на дистанционно- пилотируемом летательном аппарате. На планере в одной плоскости размещены три малогабаритные антенны, которые расположены в пространстве относительно друг друга на 120°. Мобильный наземный пункт управления содержит мобильный персональный компьютер с возможностью управления пространственным положением ДПЛА и вывода цифровой и графической информации на экран мобильного персонального компьютера.
Однако данная система не обеспечивает высокоточного определения высоты полета ДПЛА и возможности полета ДПЛА с огибанием различных видов поверхностей на малых и предельно малых высотах.
В основу изобретения положена задача обеспечения высокоточного определения высоты полета ДПЛА и возможности полета ДПЛА с огибанием различных видов поверхностей на малых и предельно малых высотах.
Поставленная задача решается тем, что в авиационной системе зондирования земной поверхности, включающей дистанционно-пилотируемый летательный аппарат с планером, бортовой комплекс управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом, инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, вычислитель действительных координат спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов, высотомер, блок автопилота и управления бортовми системами, систему обеспечения посадки, систему управления двигателем и бортовой накопитель информации, а также мобильный наземный пункт управления и слежения, содержащий наземную обзорную телевизионную систему, пульт дистанционного управления и наземную радиотелеметрическую систему, мобильный персональный компьютер с возможностью управления пространственным положением ДПЛА и вывода цифровой и графической информации на экран мобильного персонального компьютера, согласно изобретению, в бортовом комплексе управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом в качестве высотомера использован радиовысотомер малых высот с линейно-частотной модуляцией, своим входом-выходом соединенный с блоком автопилота и управления бортовыми системами, а выходом - с системой обеспечения посадки.
На фиг.1 представлена обобщенная структурная схема авиационной системы зондирования земной поверхности, на фиг.2 - обобщенная структурная схема радиовысотомера малых высот с линейно-частотной модуляцией.
1
1
2
2
Представленная авиационная система зондирования земной поверхности содержит созвездие спутников навигационной системы 1, бортовой комплекс 2 управления ДПЛА, включающий в себя приемную аппаратуру 3 спутниковой навигационной системы и инерциальную навигационную систему 4, выходом подключенные к блоку 5 сопряжения навигационных систем, блок автопилота и управления бортовыми системами 6. При этом со входами блока автопилота и управления бортовыми системами 6 соединены выход приемника 7 команд управления, выход вычислителя 8 действительных координат спутниковой навигационной системы, вход-выход системы 9 командного радиоуправления, своим выходом соединенной с системой управления двигателем 10, выход системы 11 воздушно-скоростных сигналов, вход-выход радиовысотомера 12 малых высот с линейно-частотной модуляцией, выход системы автоконтроля 13 работы бортовых систем, вход-выход бортового накопителя информации 14, а с выходами блока автопилота и управления бортовыми системами 6 соединены входы, соответственно, бортовой обзорной телевизионной системы 15, своим выходом соединенной с блоком 16 сопряжения с видеокамерой, блока 17 исполнительных устройств и механизмов, системы 18 обеспечения посадки, своим входом соединенной с радиовысотомером 12 малых высот с линейно-частотной модуляцией, бортовой радиотелеметрической системы . В состав авиационной системы зондирования земной поверхности входят также мобильный наземный пункт 20 управления и слежения, который содержит наземную радиотелеметрическую систему 19, соединенную своим входом-выходом с мобильным персональным компьютером 21, содержащим систему 22 ввода поворотных пунктов маршрута, систему 23 обработки и отображения радиотелеметрии, наземную обзорную телевизионную систему 15, пульт 24 дистанционного управления, выполненного с возможностью контроля пространственной ориентации ДПЛА.
Радиовысотомер 12 малых высот с линейно-частотной модуляцией (фиг.2), включает смеситель 25, своим входом соединенный с приемопередающей антенной, а выходом- с квадратичным детектором 26, соединенным через фильтр нижних частот 27 с детектором событий 28, который своим выходом соединен со счетчиком ноль-переходов 29.
Авиационная система зондирования земной поверхности работает следующим образом. Во время полета ДПЛА на мобильный наземный пункт управления и слежения 20 передается изображение местности, текущие координаты полета, пространственное положение ДПЛА, информацию о состоянии бортовых систем, с одновременной записью всей полетной информации на бортовой накопитель информации 14. Оператор следит за наземной обстановкой на экране персонального компьютера 21. Посредством наземной радиотелеметрической системы 192, системы 23 обработки и отображения телеметрии и пульта 24 дистанционного управления оператор с наземного пункта может не только корректировать полет ДПЛА, но и управлять его пространственным положением, ориентируясь по системе 23 обработки и отображения радиотелеметрии, которая представляет собой понятную и удобную систему вывода цифровой и графической информации на экран мобильного персонального компьютера 21. Блок 6 автопилота и управления бортовьми системами обеспечивает полет и контроль над системами ДПЛА, радиовысотомер 12 малых высот с линейно-частотной модуляцией непрерывно ведет измерение высоты полета ДПЛА и поддержание высоты полета ДПЛА на определенном уровне. Использование радиовысотомера малых высот с линейно-частотной модуляцией позволяет ДПЛА осуществлять полет на предельно малых высотах с огибанием различных видов поверхностей, а также осуществлять посадку ДПЛА в автоматическом режиме.
Радиовысотомер малых высот с линейно-частотной модуляцией (фиг.2) работает следующим образом. Часть переданного сигнала и отраженный от поверхности сигнал поступают на вход смесителя 25, на выходе которого проявляются биения суммарного сигнала. Сигнал с выхода смесителя 25 подается на квадратичный детектор 26, который выделяет огибающую сигнала, на выходе квадратичного детектора 26 выделяется колебание с переходами через ноль, частота этих переходов равна частоте биений, которая пропорциональна высоте полета ДПЛА и определяется формулой:
,
где ΔF - девиация частоты передатчика;
с - скорость света;
м
Т - период модуляции;
H - высота полета ДПЛА
Далее, детектором событий 28 фиксируются эти переходы через ноль и подсчитываются счетчиком ноль-переходов 29. Таким образом, определяется действительная высота полета дистанционно-пилотируемого летательного аппарата.
На всем протяжении полета ДПЛА радиовысотомером малых высот с линейно-частотной модуляцией непрерывно измеряется высота полета дистанционно-пилотируемого летательного аппарата и при изменении ее до определенного предельного уровня, радиовысотомер малых высот с линейно-частотной модуляцией подает сигналы на блок автопилота и управления бортовьми системами 6, который, путем команд управления, поднимает ДПЛА на безопасную высоту. Таким образом, осуществляется возможность полета ДПЛА на безопасной высоте с огибанием подстилающей поверхности.
Повышенная точность определения высоты и реализация радиовысотомера малых высот с линейно-частотной модуляцией на одной печатной плате позволяют использовать его в миниатюрных ДПЛА.
Таким образом, предлагаемая авиационная система зондирования земной поверхности по сравнению с прототипом обеспечивает высокоточное определение высоты полета ДПЛА и возможность полета ДПЛА с огибанием различных видов поверхностей на малых и предельно малых высотах, а также обеспечивает компактность комплекса, за счет применения радиовысотомера малых высот с линейно-частотной модуляцией, реализованного на одной печатной плате.
Источники информации:
1. Патент РФ №2248307. Система наблюдения за наземной обстановкой. МПК B64C 29/00, G08C 21/00, 2004
2. Патент РФ №2232104. Портативный комплекс авианаблюдений и автономнопилотируемый летательный микроаппарат для него. МПК B64C 29/02, G01V 9/00, 2003
3. ДПЛА "ГрАНТ". www.dpla.ru
4. ДПЛА "Нетопырь 3". Авиа.ру.www.avia.ru
5. ДПЛА "Tasuma CSV-20". http://dpla.info
6. Патент РФ №2346852. Авиационная система зондирования земной поверхности. МПК B64C 19/00, 2007