СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ БЕСПИЛОТНОГО ВОЗДУШНОГО СУДНА В ОБЩЕМ ВОЗДУШНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОГО САНКЦИОНИРОВАННОГО ТРАФИКА ПОЛЕТА
METHOD OF UNMANNED AIRCRAFT OPERATION AUTOMATED CONTROL IN COMMON AIRSPACE TO PROVIDE SAFE AUTHORIZED FLIGHT TRAFFIC

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области автоматизированных систем управления и контроля. Способ относится к системам управления и контроля беспилотными воздушными суднами (БВС), обеспечивая безопасность их полета в общем воздушном пространстве, а также использован для обеспечения безопасности наземных объектов особой важности при несанкционированном использовании БВС, но может быть применен и на других транспортных средствах. Достигаемым техническим результатом является предотвращение преднамеренного нанесения непоправимого ущерба, в первую очередь, особо важным объектам, при несанкционированном изменении трафика полета БВС.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из предшествующего уровня техники известен способ управления беспилотным летательным аппаратом, (см. патент RU №2390815, опубл. 27.05.2010 г.), характеризующий управление одним или несколькими беспилотными летательными аппаратами, каждый из которых оборудован бортовой автоматической системой управления, спутниковой навигационной системой, высокоточными синхронизированными часами, а также бортовым вычислителем и приемо-передающей радиостанцией, с помощью которой осуществляется цифровая радиосвязь с базовой радиостанцией, со стационарным или подвижным пунктом управления, который оборудован автоматизированным рабочим местом оператора, при этом передача команд управления движением беспилотного летательного аппарата, передача данных о координатах и параметрах его движения, а также передача идентификационных номеров и данных о координатах и параметрах движения других подвижных объектов, оборудованных приемопередающими радиостанциями и находящихся в пределах радиовидимости, производится в один или несколько общих радиоканалов, причем трансляция сообщений каждой передающей радиостанцией производится в заранее заданный отрезок дискретной шкалы единого времени с временным упреждением, которого достаточно для компенсации запаздывания в получении и исполнении указанных команд.
Типовая структура системы управления для БВС состоит из различных источников данных. Полученные данные попадают в блок бортовой системы управления (БАСУ), где производится оценка параметров движения объекта и выработка управляющих воздействий на исполнительные механизмы объекта. В качестве входных данных блок системы управления также может принимать внешние управляющие воздействия. Выработанные значения сигналов управления подаются на органы управления полетом БВС. В памяти БАСУ хранятся программы выполнения полета и конфигурации блока управления, изменяющиеся под воздействием определенных событий, происходящих на БВС в полете.
Недостатком известного способа управления беспилотным летательным аппаратом является то, что управление и контроль БВС осуществляется с наземного пункта управления в пределах радиовидимости, что затрудняет поддержание безотказного состояния оборудования БВС при эксплуатации, а также осуществление контроля за выполнением санкционированного трафика полета БВС, а это снижает уровень безопасности полетов, а по существу делает невозможным обеспечение интеграции беспилотных авиационных систем (БАС) в общее воздушное пространство.
Существующие правила управления воздушным движением (УВД) сформировались, когда масштабы БАС по существу ограничивались авиамодельным спортом.
Воздушное пространство пронизано специальными путями, которые переходят из одной контролируемой зоны в другую. Точное число сказать довольно сложно, поскольку оно измеряется уже тысячами самолетов, число которых из года в год только растет.
Можно представить, что будет в воздушном пространстве, когда число увеличится на порядки. И здесь без автоматизированного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна при полетах в общем воздушном пространстве не обойтись, причем автоматически должен формироваться и контролироваться не только трафик полета, но также остаточный ресурс и предотказное состояние на всех этапах жизненного цикла, а также выявление случаев несанкционированного изменения трафика полета БВС.
СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Предлагаемый способ автоматизированного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна при полетах в общем воздушном пространстве представляет собой систему, охватывающую весь жизненный цикл сложной автоматической системы, что предполагает в первую очередь разработку алгоритмов и программ, требований к нормативной документации, а также требований к диагностическому и технологическому оборудованию транспортного средства. Такие алгоритмы, программы и нормативная документация будут во многом универсальными и могут быть использованы при эксплуатации любой транспортной техники с одновременной оценкой ее технического состояния.
Функционирование системы осуществляется следующим образом.
1. Служба эксплуатантов БВС сообщает о планируемых трафиках и времени полета и направляет эти данные в соответствующую службу управления воздушным движением (если полеты БВС предполагаются в зоне ответственности нескольких служб УВД, то такие данные направляются во все службы).
2. Служба УВД, получив данные о планируемых полетах БВС в зоне своей ответственности, сообщает о трафиках полета, которые ими планируются для этой зоны и сообщают эти данные соответствующей службе управления БВС.
3. Службы УВД формируют планируемые трафики полета в зоне своей ответственности на некоторый промежуток времени, которые в процессе постоянно уточняются, используя базу данных о техническом состоянии БВС и его историю эксплуатации.
4. Служба управления БВС корректирует свой планируемый трафик с учетом, полученной информации из УВД.
5. В процессе полета БВС уточненная текущая информация с УВД поступает на борт БВС для корректировки его полета, учитывая требования безопасности полета.
6. В процессе полета БВС на его борт поступает информация с других БВС, которые находятся в его зоне полета, о трафиках их полета.
7. В процессе полета БВС передает информацию о трафике своего полета, которая поступает в службу управления воздушным движением, внешнему оператору и на другие БВС, находящиеся в зоне его полета.
8. Бортовая диагностическая аппаратура БВС осуществляет контроль технического состояния бортового оборудования БВС, оценивает текущий остаточный ресурс и предотказное состояние. Эта информация передается для контроля в УВД, и внешнему оператору для принятия решения (при необходимости).
9. В случае отклонения от санкционированного трафика полета служба управления воздушным движением подает команды на возвращение к санкционированному трафику полета и автоматически эта информация поступает в службу пресечения несанкционированного полета беспилотного воздушного судна.
10. В случае возвращения БВС к санкционированному трафику полета продолжается штатный режим работы службы управления воздушным движением, а если принятые меры не дали положительного результата, то служба пресечения несанкционированного полета беспилотного воздушного судна принимает меры по пресечению такого полета, используя информацию о характеристиках БВС, времени и месте начала несанкционированного полета.
Задачей заявляемого способа автоматизированного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна в общем воздушном пространстве для обеспечения санкционированного безопасного трафика полетом является осуществление автоматизированного управления, на всем жизненном цикле, основанном на знании остаточного ресурса аппаратуры, и поддержание при эксплуатации БВС в исправном состоянии, в том числе, вне зоны радиовидимости, и выполнение трафика санкционированного полета БВС, что повысит уровень обеспечения безопасности полетов на всех участках полета БАС. Кроме того, корректировка трафика полета, для выполнения программы полета и исключения столкновений с другими летательными аппаратами, осуществляется автоматически, используя информацию, полученную по линии связи о трафиках полета других беспилотных воздушных судов, которые такую информацию регулярно сообщают по линии связи, а службы управления воздушным движением и внешние операторы осуществляют контроль за исполнением трафиков полета и при необходимости, для обеспечения безопасности полетов, корректируют трафики полетов беспилотных авиационных судов.
Жизненный цикл БВС включает циклы разработки, производства и эксплуатации. В составе каждого цикла производятся комплексные испытания, элементов, оборудования и системы. Испытания являются главным инструментом оценки качества БВС, поэтому информация об условиях и результатах испытаний является основой для определения остаточного ресурса и предотказного состояния. Что не возможно без создания общей базы данных БВС, в которой будут собраны сведения о надежности применяемого оборудования.
Способ автоматизированного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна в общем воздушном пространстве, для обеспечения санкционированного безопасного трафика полета с использованием бортовой автоматической системы управления, спутниковой навигационной системы, высокоточных синхронизированных часов, а также бортового вычислителя и приемо-передающей радиостанции, с помощью которой осуществляется цифровая радиосвязь с базовой радиостанцией, со стационарным или подвижным пунктами управления, которые оборудованы автоматизированным рабочим местом оператора, отличающийся тем, что параметры трафика полета каждого беспилотного воздушного судна, в режиме онлайн, размещаются на специально созданном портале службы управления воздушным движением, которая использует эти данные для контроля управления полетом беспилотного авиационного судна и обеспечения возможности безаварийного продолжения полета, причем эти оценки проводятся автоматически, а корректировка трафика полета для выполнения программы полета и исключения столкновений с другими летательными аппаратами осуществляется автоматически, используя информацию, полученную по линии связи о трафиках полета других беспилотных воздушных судов, которые такую информацию регулярно сообщают по линии связи, при этом, службы управления воздушным движением и внешние операторы осуществляют контроль за исполнением трафиков полета и при необходимости, для обеспечения безопасности полетов, корректируют трафики полетов беспилотных авиационных судов, а в случае невозможности корректировки полета БВС или потери с ним связи, информация о времени потери управления с таким БВС и параметрах его движения, планируемого трафика полета, а также технические данные БВС в режиме онлайн передаются в службу пресечения несанкционированного полета беспилотного воздушного судна.
Проведенный анализ технических решений позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют в известных носителях информации, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности "новизна".
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Это позволит эффективным путем решить проблемы информативности средств наблюдения за воздушной обстановкой, а также применение эффективных способов управления БАС.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Заявленный способ реализуется по блок-схеме, представленной на Фиг. 1, которая состоит из следующих основных блоков:
2
n
1 - беспилотные воздушные судна (БВС - БВС);
1
2 - блок контроля технического состояния БВС
1
3 - блок ретрансляции БВС
1
4 - блок контроля трафика полета БВС
1
5 - блок управления автономным полетом БВС
1
6 - блок управления полетом БВС с наземных служб;
7 - портал технического состояния беспилотных авиационных систем;
8 - внешний пилот (оператор);
9 - портал службы управления воздушным движением;
10 - эксплуатанты беспилотных авиационных систем (Ассоциация;
11 - портал службы пресечения несанкционированных полетов БВС.
1
1
При рассмотрении реализации заявляемого способа необходимо учесть, что блоки 2, 3, 4, 5, 6 входят с систему управления БВС и при рассмотрении реализации способа их взаимодействие не анализируют, а рассматривают реализацию заявляемого способа во взаимодействии системы управления БВС с другими БВС2 - БBCn (1) и внешними службами управления (7, 8, 9, 10) по соответствующим каналам связи.
Способ осуществляется следующим образом: эксплуатанты, которые могут быть объединены в ассоциацию, на специально созданном портале технического состояния беспилотных авиационных систем (7) размещают, под специальным идентификационным номером, информацию о техническом состоянии БВС по специально разработанной форме. Эта информация постоянно дополняется в автоматическом режиме в процессе всего жизненного цикла БВС. К полетам допускаются лишь БВС, зарегистрированные на портале.
Для осуществления конкретного полета БВС, в портал службы управления воздушным движением (8) подается заявка с указанием идентификационного номера БВС, маршрута и времени выполнения полета, а также другие данные, оговоренные формой заявки.
Служба управления воздушным движением, используя информацию по конкретному БВС, размещенную на портале технического состояния беспилотных авиационных систем (7), принимает решение о возможности осуществления такого полета, а при необходимости корректирует заявку и выдает соответствующее разрешение.
В процессе полета информация о полете и техническом состоянии БВС в режиме реального времени поступает на портал службы управления воздушным движением (9), на портал технического состояния беспилотных авиационных систем (7) и внешнему пилоту (8).
1
В процессе полета БВС по каналам связи блок контроля трафика полета БВС (4) (используются каналы связи АЗН-В - автономное зависимое наблюдение - вещание) передает информацию о трафике своего полета, а также принимает информацию о трафике полетов других БВС, находящихся в зоне полета. Эта взаимная информация используется для корректировки трафика полета, обеспечивая безопасность совместного полета в едином пространстве.
1
Блок контроля технического состояния БBC (4) обеспечивает сбор информации о техническом состоянии БВС и передачу по каналам связи наземным службам управления воздушным движением. В случае отсутствия прямой радиовидимости эта информация через блок ретрансляции (3) передается на другие БВС для ретрансляции наземным службам управления воздушным движением. Пакет информации для ретрансляции дополняется пакетами с информацией, поступившей для ретрансляции с других БВС и направляется наземным службам управления воздушным движением (ретрансляция может осуществляться через спутниковые каналы связи).
Бортовая диагностическая аппаратура БВС осуществляет контроль технического состояния бортового оборудования БВС, оценивает текущий остаточный ресурс и предотказное состояние. Эта информация передается для контроля в УВД, и внешнему оператору для принятия решения (при необходимости).
В случае отклонения от санкционированного трафика полета служба управления воздушным движением подает команды на возвращение к санкционированному трафику полета и автоматически эта информация поступает в службу пресечения несанкционированного полета беспилотного воздушного судна.
В случае возвращения БВС к санкционированному трафику полета продолжается штатный режим работы службы управления воздушным движением, а если принятые меры не дали положительного результата, то служба пресечения несанкционированного полета беспилотного воздушного судна принимает меры по пресечению такого полета, используя информацию о характеристиках БВС, времени и месте начала несанкционированного полета.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Задачей, заявляемого способа автоматизированного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна в общем воздушном пространстве, для обеспечения санкционированного безопасного трафика полета БВС является осуществление автоматизированного управления, на всем жизненном цикле, основанном на знании остаточного ресурса аппаратуры и поддержание при эксплуатации БВС в исправном состоянии, в том числе, вне зоны радиовидимости, и выполнение трафика санкционированного полета БВС, что повысит уровень обеспечение безопасности полетов на всех участках полета БАС. Кроме того, корректировка трафика полета, для выполнения программы полета и исключения столкновений с другими летательными аппаратами, осуществляется автоматически, используя информацию, полученную по линии связи о трафиках полета других беспилотных воздушных судов, которые такую информацию регулярно сообщают по линии связи, а службы управления воздушным движением и внешние операторы осуществляют контроль за исполнением трафиков полета и при необходимости, для обеспечения безопасности полетов, корректируют трафики полетов беспилотных авиационных судов.
Жизненный цикл БВС включает циклы разработки, производства и эксплуатации. В составе каждого цикла производятся комплексные испытания элементов, оборудования и системы. Испытания являются главным инструментом оценки качества БВС, поэтому информация об условиях и результатах испытаний является основой управления надежности любого БВС.
При рассмотрении реализации заявляемого способа необходимо учесть, что блоки 2, 3, 4, 5, 6 входят с систему управления БВС1, и при рассмотрении реализации способа их взаимодействие не анализируют, а рассматривают реализацию заявляемого способа во взаимодействии системы управления БВС1 с другими БВС2 - БBCn (1) и внешними службами управления (7, 8, 9, 10) по соответствующим каналам связи.
Способ осуществляется следующим образом: эксплуатанты, которые могут быть объединены в ассоциацию, на специально созданном портале технического состояния беспилотных авиационных систем (7) размещают, под специальным идентификационным номером, информацию о техническом состоянии БВС по специально разработанной форме. Эта информация постоянно дополняется в автоматическом режиме в процессе всего жизненного цикла БВС. К полетам допускаются лишь БВС, зарегистрированные на портале.
Для осуществления конкретного полета БВС, в портал службы управления воздушным движением (8) подается заявка с указанием идентификационного номера БВС, маршрута и времени выполнения полета, а также других данных, оговоренных формой заявки.
Служба управления воздушным движением, используя информацию, по конкретному БВС, размещенную на портале технического состояния беспилотных авиационных систем (7) и возможности осуществления такого полета корректирует заявку и выдает соответствующее разрешение.
В процессе полета информация о полете и техническом состоянии БВС в режиме реального времени поступает на портал службы управления воздушным движением (9), на портал технического состояния беспилотных авиационных систем (7) и внешнему пилоту (8).
1
В процессе полета БВС по каналам связи блок контроля трафика полета BBC(4) (каналы связи АЗН-В - автономное зависимое наблюдение - вещание) передает информацию о трафике своего полета, а также принимает информацию о трафиках полетов других БВС, находящихся в зоне полета.
Эта взаимная информация используется для корректировки трафика полета, обеспечивая безопасность совместного полета в едином воздушном пространстве.
Блок контроля технического состояния БВС1 (4) обеспечивает сбор информации о техническом состоянии БВС и передачу по каналам связи наземным службам управления воздушным движением. В случае отсутствия прямой радиовидимости эта информация через блок ретрансляции (3) передается на другие БВС для ретрансляции наземным службам управления воздушным движением. Пакет информации для ретрансляции дополняется пакетами с информацией, поступившей для ретрансляции наземным службам управления воздушным движением с других БВС (ретрансляция может осуществляться через спутниковые каналы связи).
Задачей, заявляемого способа комплексного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна, является осуществление управления, на всем жизненном цикле, основанном на знании остаточного ресурса аппаратуры и поддержание при эксплуатации БВС в исправном состоянии, в том числе, вне зоны радиовидимости, что повысит уровень обеспечения безопасности полетов на всех участках полета БАС, с выявлением времени и места несанкционированного изменения трафика полета БВС.
Функционирование системы осуществляется следующим образом:
1. Служба эксплуатантов БВС сообщает о планируемых трафиках и времени полета и направляет эти данные в соответствующую службу управления воздушным движением (если полеты БВС предполагаются в зоне ответственности нескольких служб УВД, то такие данные направляются во все службы).
2. Служба УВД, получив данные о планируемых полетах БВС в зоне своей ответственности, сообщает о трафиках полета, которые ими планируются для этой зоны и сообщают эти данные соответствующей службе управления БВС.
3. Службы УВД формируют планируемые трафики полета в зоне своей ответственности на некоторый промежуток времени, которые в процессе постоянно уточняются, используя базу данных о техническом состоянии БВС и его историю эксплуатации.
4. Служба управления БВС корректирует свой планируемый трафик с учетом, полученной информации из УВД.
5. В процессе полета БВС уточненная текущая информация с УВД поступает на борт БВС для корректировки его полета, учитывая требования безопасности полета.
6. В процессе полета БВС на его борт поступает информация с других БВС, которые находятся в его зоне полета, о трафиках их полета.
7. В процессе полета БВС передает информацию о трафике своего полета, которая поступает в службу управления воздушным движением, внешнему оператору и на другие БВС, находящиеся в зоне его полета.
8. Бортовая диагностическая аппаратура БВС осуществляет контроль технического состояния бортового оборудования БВС, оценивает текущий остаточный ресурс и предотказное состояние. Эта информация передается для контроля в УВД, и внешнему оператору для принятия решения (при необходимости).
9. В случае отклонения от санкционированного трафика полета служба управления воздушным движением подает команды на возвращение к санкционированному трафику полета и автоматически эта информация поступает в службу пресечения несанкционированного полета беспилотного воздушного судна.
10. В случае возвращения БВС к санкционированному трафику полета продолжается штатный режим работы службы управления воздушным движением, а если принятые меры не дали положительного результата, то служба пресечения несанкционированного полета беспилотного воздушного судна принимает меры по пресечению такого полета, используя информацию о характеристиках БВС, времени и месте начала несанкционированного полета.
Задачей, заявляемого способа автоматизированного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна в общем воздушном пространстве, для обеспечения санкционированного безопасного трафика полета является осуществление автоматизированного управления, на всем жизненном цикле, основанном на знании остаточного ресурса аппаратуры и поддержание при эксплуатации БВС в исправном состоянии, в том числе, вне зоны радиовидимости, и выполнение трафика санкционированного полета БВС, что повысит уровень обеспечение безопасности полетов на всех участках полета БАС. Кроме того, корректировка трафика полета для выполнения программы полета и исключения столкновений с другими летательными аппаратами осуществляется автоматически, используя информацию, полученную по линии связи о трафиках полета других беспилотных воздушных судов, которые такую информацию регулярно сообщают по линии связи, а службы управления воздушным движением и внешние операторы осуществляют контроль за исполнением трафиков полета и при необходимости, для обеспечения безопасности полетов, корректируют трафики полетов беспилотных авиационных судов.
Технический результат заявляемого способа обеспечивается за счет:
- разработки концепции полетов БАС в общем воздушном пространстве, основанной на предлагаемом способе (такая концепция отсутствует и у нас и за рубежом);
- разработки и отработки технических средств (наземных и бортовых), обеспечивающих технологию выполнения полетов беспилотных авиационных систем в общем воздушном пространстве, с выполнением требований по безопасности полетов, основанных на предлагаемом способе;
- разработки законодательных и нормативных документов, а также правил, регламентирующих полеты беспилотных авиационных систем в общем воздушном пространстве, основанных на предлагаемом способе.
- формирования доступной базы данных о техническом состоянии БВС на всех этапах его жизненного цикла - от разработки до утилизации, включающей облачные сервисы, обеспечивающие доступ в режиме реального времени (онлайн) к электронной базе данных, характеризующих техническое состояние БВС. Это позволит обеспечить безопасный полет БВС в автономном режиме, даже когда БВС будет находиться вне зоны его прямой радиовидимости.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления беспилотными летательными аппаратами, каждый из которого оборудован бортовой автоматической системой управления, спутниковой навигационной системой, высокоточными синхронизированными часами, а также бортовым вычислителем и приемо-передающей радиостанцией, с помощью которой осуществляется цифровая радиосвязь с базовой радиостанцией, со стационарным или подвижным пунктами управления, которые оборудованы автоматизированным рабочим местом оператора, параметры трафика полета для каждого беспилотного воздушного судна, в режиме онлайн, размещаются на специально созданном портале службы управления воздушным движением, которая использует эти данные для контроля управления полетом беспилотного авиационного судна и обеспечения возможности безаварийного продолжения полета, причем эти оценки проводятся автоматически, а корректировка трафика полета для выполнения программы полета и исключения столкновений с другими летательными аппаратами осуществляется автоматически, используя информацию, полученную по линии связи о трафиках полета других беспилотных воздушных судов, которые такую информацию регулярно сообщают по линии связи, при этом, службы управления воздушным движением и внешние операторы осуществляют контроль за исполнением трафиков полета и при необходимости, для обеспечения безопасности полетов, корректируют трафики полетов беспилотных авиационных судов, а в случае невозможности корректировки полета БВС или потери с ним связи, информация о времени потери управления с таким БВС и параметрах его движения, планируемого трафика полета, а также технические данные БВС в режиме онлайн передаются в службу пресечения несанкционированных полетов беспилотного воздушного судна.