СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ

Система управления беспилотным летательным аппаратом
Полезная модель относится к системам мониторинга земельных и водных пространств беспилотным летательным аппаратом (далее - БПЛА), в частности с целью выявления чрезвычайных ситуаций на ближних или дальних подступах охраняемых территорий, например, при мониторинге дальних государственных границ.
Известен БПЛА с системой автономной посадки беспилотного летательного аппарата на движущееся судно» [1], оснащенной бортовым электронным устройством наблюдения, навигации и автоматического управления полетом, техническим результатом которой является повышение точности наведения БПЛА на точку прицеливания захватного приспособления в условиях качки судна. Система автономной посадки БПЛА на движущееся судно содержит телевизионную систему самонаведения, связанную с системой управления движением БПЛА, и судовое посадочное оборудование.
Известный БПЛА предназначен для выполнения узкой специфической задачи - его посадки на судно, на котором оборудованы специальные маяки - ориентиры для обеспечения автосопровождения в точку приземления, и приспособления для торможения.
Недостаток данной системы автосопровождения заключается в том, что для получения необходимой точности при приземлении место посадки должно быть оборудовано специальными маячками и другими приспособлениями, что ограничивает его применение в различных заранее неизвестных точках наведения и приземления.
Известен другой БПЛА «Supercam S-350» [2], который применяется в решении задач наблюдения и разведки, защиты нефтяных и газовых трубопроводов, военных баз, государственной границы, конвоев, при проведении поисковых и спасательных работ.
Информационно-измерительная аппаратура и САУ обеспечивают видеосъемку и фотосъемку с регистрацией текущих параметров (координат, высоты, номера кадра и т.д.), что значительно облегчает последующую обработку, а главное, позволяет автоматизировать процесс сшивки отдельных кадров и определять координаты объектов.
Недостатками этого БПЛА являются ограниченный радиус действия; ограниченная скорость полета; низкая рабочая высота полета; необходимость непрерывного излучения сигналов радиосвязи, следовательно, имеет место незащищенность линии связи.
Указанные недостатки не позволяют управление БПЛА на больших расстояниях - до нескольких тысяч километров.
Наиболее близкой к полезной модели является система управления БПЛА [3], содержащая систему автоматического и дистанционного управления полетом летательного аппарата, включающую в себя спутниковую навигационную систему БПЛА, приемник сигналов дистанционного управления, блок коррекции сигналов управления, а также автопилот для управления аэродинамической поверхностью БПЛА, и оптико-электронную систему (ОЭС), состоящую из гиростабилизированной платформы с размещенными на ней датчиками изображения, работающими в видимом и инфракрасном диапазонах излучения, связанными с передатчиком информации.
Недостатками прототипа являются необходимость непрерывного излучения электромагнитной энергии на протяжении всего полета, следовательно, незащищенность от возможных организованных помех, а также отсутствие признаков локальной идентификации протяженных объектов, и как следствие, неудовлетворительная точность наведения БПЛА, определяемая лишь данными системы ГЛОНАСС/GPS.
Технический результат полезной модели заключается в возможности осуществления на конечном участке наведения самостоятельного полета без включения линии связи и, тем самым, в обеспечении безопасного и достоверного управления БПЛА, в сокращении времени и энергии излучения сигналов.
Технический результат достигается тем, что в систему управления беспилотным летательным аппаратом 1, содержащую систему автоматического и дистанционного управления полетом летательного аппарата 2, включающей в себя спутниковую навигационную систему беспилотного летательного аппарата 3, приемник сигналов дистанционного управления 4, блок коррекции сигналов управления 5, а также автопилот 6 для управления аэродинамической поверхностью беспилотного летательного аппарата, и ОЭС 7, состоящую из гиростабилизированной платформы с размещенными на ней датчиками изображения, работающими в видимом и инфракрасном диапазонах излучения, связанными с передатчиком информации 8, согласно полезной модели, введена система автоматического распознавания и автосопровождения объектов наблюдения 9, включающая блок эталонного изображения 10, блок распознавания по эталону 11, блок препарирования изображения 12, блок принятия решения 13, блок автосопровождения и координатной поправки 14, формирователь экранной информации 15, при этом выход блока эталонного изображения соединен с первым входом блока распознавания по эталону, второй вход которого подключен к выходу блока препарирования изображения, выход блока распознавания по эталону соединен с входом блока принятия решения, первый выход которого подключен к входу блока автосопровождения и координатной поправки, а второй выход соединен с первым входом блока препарирования изображения, второй вход которого подключен к выходу оптико-электронной системы, к первому входу формирователя экранной информации и к второму входу блока автосопровождения и координатной поправки, первый выход которого соединен с вторым входом формирователя экранной информации, второй выход блока автосопровождения и координатной поправки соединен с входом блока коррекции сигналов управления, а выход формирователя экранной информации подключен к входу передатчика информации.
Сущность системы управления БПЛА поясняется функциональной схемой, где на фиг. 1 изображены:
1. - система автоматического и дистанционного управления полетом летательного аппарата;
2. - система автоматического и дистанционного управления полетом летательного аппарата;
3. - спутниковая навигационная система БПЛА;
4. - приемник сигналов дистанционного управления;
5. - блок коррекции сигналов управления;
6. - автопилот;
7. - оптико-электронная система (ОЭС);
8. - передатчик информации;
9. - система автоматического распознавания и автосопровождения объектов наблюдения;
10. - блок эталонного изображения;
11. - блок распознавания по эталону;
12. - блок препарирования изображения;
13. - блок принятия решения;
14. - блок автосопровождения и координатной поправки;
15. - формирователь экранной информации.
Система управления БПЛА содержит систему автоматического и дистанционного управления полетом летательного аппарата 2, включающую в себя спутниковую навигационную систему БПЛА 3, приемник сигналов дистанционного управления 4, блок коррекции сигналов управления 5, а также автопилот 6, для управления аэродинамической поверхностью БПЛА, и оптико-электронную систему 7, состоящую из гиростабилизированной платформы с размещенными на ней датчиками изображения, работающими в видимом и инфракрасном диапазонах (на чертеже не показаны), связанную с передатчиком информации 8.
В систему управления БПЛА введена система автоматического распознавания и автосопровождения объектов наблюдения 9, включающая блок эталонного изображения 10, блок распознавания по эталону 11, блок препарирования изображения 12, блок принятия решения 13, блок автосопровождения и координатной поправки 14, формирователь экранной информации 15, при этом выход блока эталонного изображения 10 соединен с первым входом блока распознавания по эталону 11, второй вход которого подключен к выходу блока препарирования изображения 12, выход блока распознавания по эталону 11 соединен с входом блока принятия решения 13, первый выход которого подключен к входу блока автосопровождения и координатной поправки 14, а второй выход соединен с первым входом блока препарирования изображения 12, второй вход которого подключен к выходу ОЭС 7, к первому входу формирователя экранной информации 15 и к второму входу блока автосопровождения и координатной поправки 14, первый выход которого соединен с вторым входом формирователя экранной информации 15, выход которого подключен к входу передатчика информации 8, второй выход блока автосопровождения и координатной поправки 14 соединен с входом блока коррекции сигналов управления 5.
Система управления БПЛА работает следующим образом:
Система автоматического и дистанционного управления полетом летательного аппарата 2 обеспечивает в каждый момент времени взаимосвязь БПЛА с пунктом управления посредством геостационарного спутника Земли. БПЛА передает свои текущие координаты траектории полета с датчиков, расположенных на гиростабилизированной платформе ОЭС 7 через передатчик 8. Спутниковая навигационная система БПЛА 3 принимает соответствующие, априори заданные, координаты полета и при необходимости проводит коррекцию траектории полета БПЛА, которая через блок коррекции сигналов управления 5 передается на автопилот 6. С пункта управления оператор, наблюдая за изображением, передаваемым от ОЭС 7, может вносить свои изменения в траекторию полета БПЛА, которые принимаются приемником сигналов дистанционного управления 4.
На больших дальностях и на границах охраняемых территорий, где возможны организованные помехи, сбивающие линию связи, включается система автоматического распознавания и автосопровождения объектов наблюдения 9.
До наступления момента автоматического распознавания объекта наблюдения блок коррекции сигналов управления 5 управляет автопилотом 6 в соответствии с данными, поступающими с навигационной системы БПЛА 3 или командами, посылаемыми оператором через приемник сигналов дистанционного управления 4. При вхождении в зону вероятной организованной помехи линия радиосвязи отключается от режима непрерывного излучения и переключается, в случае необходимости, на режим кратковременной передачи сигналов дистанционного управления для коррекции траектории полета.
При автоматическом обнаружении области или объекта наблюдения и получении достоверного результата автоматического опознавания, линия радиосвязи отключается, в блоке автосопровождения и координатной поправки 14 вырабатываются сигналы коррекции относительно текущих координат опознанного изображения, которые передаются в блок коррекции сигналов управления 5.
Процедура достоверного распознавания производится следующим образом:
В блок эталонного изображения 10 перед полетом загружают одно или больше изображений охраняемой местности или объектов ориентиров.
От датчиков ОЭС 7 изображение поступает на входы блока препарирования изображения 12, блока автосопровождения и координатной поправки 14 и формирователя экранной информации 15. Предварительно обработанное изображение с выхода блока 12 подается на один из входов блока распознавания по эталону 11, на другой вход подается эталонное изображение, хранящееся в блоке эталонного изображения 10. Эти изображения местности или объектов служат ориентирами при подлете к назначенному месту наблюдения. В блоке 11 определяется степень сходства текущего изображения с эталоном, и результат передается в блок принятия решения 13. В случае неудовлетворительного результата, т.е. оценка сходства ниже установленного критерия, соответствующий сигнал передается в блок 12 для внесения изменений в алгоритм предобработки текущего изображения. Это может быть изменение масштаба, поворот изображения, контурное или двухуровневое представление изображения, переключение спектрального диапазона с видимого на инфракрасный и наоборот, и др. В случае удовлетворительной оценки идентификации, необходимый сигнал поступает на вход блока 14, в котором производится захват и автосопровождение идентифицированного объекта, определение новых координат в мгновенном поле зрения оптического средства, а полученное расхождение передается в блок 5 для коррекции текущих координат точки на траектории полета БПЛА. Процесс анализа сходства изображения и принятия решения повторяется в каждом последующем кадре видеопоследовательности.
Таким образом, достигается технический результат полезной модели с обеспечением безопасного и достоверного управления БПЛА и сокращением времени и энергии излучаемых частот.
Источники информации:
1. Полезная модель RU №110070, МПК B64F 1/18; В64С 13/18; П05В 1.10, опубликовано: 10.11.2011.
2. Информационный лист БПЛА Supercam для служб безопасности Supercam S-350. Группа компании «Беспилотные системы». г. Ижевск, (unmanned.ru).
3. Полезная модель RU №137016, МПК B64D 43/00, опубликовано: 27.01.2014.