СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОЙ КОРРЕКЦИИ ПОЛЕТНОГО ЗАДАНИЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
METHOD FOR REMOTE ADJUSTMENT OF FLIGHT MISSION OF UNMANNED AERIAL VEHICLE

Изобретение относится к способам дистанционного управления беспилотными летательными аппаратами (далее - БПЛА), выполняющими перелеты на большие дальности - до нескольких тысяч километров. Актуальность задачи коррекции полетного задания таких БПЛА обуславливается наличием зависимости показателей безопасности, надежности и эффективности транспортировки БПЛА полезного груза к пункту назначения от окружающей фоновой обстановки, в частности от погодных условий, реализовавшихся в этом пункте назначения или по трассе полета к нему. При возникновении негативных условий для прибытия в назначенный пункт во избежание безвозвратной утери БПЛА вместе с полезным грузом целесообразно скорректировать полетное задание БПЛА, уточнив маршрут движения в обход сформировавшейся опасной области или изменив пункт назначения на резервный.
Известен способ перенацеливания крылатых ракет Tomahawk [1, 2], в котором корректирующий сигнал от командного пункта к ракетам передается через систему спутниковой связи на базе низколетных космических аппаратов. Система сигналов управления, поступающих в бортовую аппаратуру ракет, позволяет реализовывать следующие виды управления.
1. Изменение параметров конечного участка маршрута для формирования корректировки траектории подлета к точке назначения с измененным направлением подлета.
2. Коррекция координат точки прицеливания, с уточнением высоты подлета к цели и угла пикирования.
3. Изменение фрагмента полетного задания из числа заранее загруженных, предполагающее в том числе смену точки прицеливания.
При этом реализация функции перенацеливания данным способом обуславливается требованиями боевого применения высокоточного оружия, возможность потери ракеты не является исключительной ситуацией, а эффективность выполнения боевой задачи в условиях организованного противодействия (помеховой обстановки) достигается увеличением назначаемого наряда ракет.
Данный способ в общем случае не позволяет скорректировать фрагмент траектории ракеты при выполнении ее полетного задания, сохранив при этом заданный в полетном задании конечный участок. Реализация данной функции возможна лишь заданием копии существующего полетного задания, с измененным фрагментом траектории, что приводит к тиражированию точек прицеливания и сокращению полезного объема запоминающего устройства бортовой аппаратуры ракеты.
Применение этого способа предполагает обязательное наличие специальной сети передачи данных с развернутой спутниковой группировкой низколетных космических аппаратов для связи ракет в полете с командным пунктом и организации контроля за состоянием ракет. Данное решение сокращает время реакции всей системы перенацеливания, так как в доведении управляющих сигналов участвуют космические аппараты, выполняющие орбитальное движение, тем самым вносится зависимость времени доведения от оперативности самой системы спутниковой связи. Оперативность системы спутниковой связи, определяется в том числе полнотой орбитальной группировки. Выведение одного или нескольких космических аппаратов из состава группировки также способствует дополнительному увеличению времени доведения управляющих сигналов до крылатых ракет.
Ввиду узкой специфичности организации системы перенацеливания крылатых ракет Tomahawk возможность использования данного способа в гражданском секторе не предполагается.
Наиболее близким по технической сущности является способ [3], в котором управление БПЛА на маршевом участке, обеспеченным покрытием системы спутниковой связи, осуществляется посредством этой системы спутниковой связи путем передачи в бортовую аппаратуру БПЛА координатной поправки к маршруту его движения. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.
Недостаток данного способа заключается в том, что он применим только при условии гарантированного отсутствия помех на участке коррекции и обеспечении непрерывного управления, так как в противном случае при потере сигнала управления автопилот БПЛА вернет его на опасную траекторию, заложенную в его памяти. При этом сама постановка задачи обуславливает возникновение помеховой обстановки, вызываемой ухудшающимися погодными условиями (возникновением грозового фронта) или иными факторами.
Необходимо отметить, что в данном способе не используются информационные ресурсы, предназначенные для повышения точности определения собственного местоположения, что также может привести к аварийной ситуации в случае движения БПЛА в сложных физико-географических условиях.
Помимо этого, указанный способ позволяет только обеспечить коррекцию маршрута на определенном участке траектории полета, оставляя управление на конечном участке автономной оптико-электронной системе управления, что исключает возможность полной смены пункта назначения при возникновении опасной обстановки непосредственно вокруг него.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении безопасности, надежности и, как следствие, эффективности выполнения БПЛА задачи транспортировки полезного груза, достижение которого достигается за счет учета оперативно возникающих опасных областей вдоль траектории полета БПЛА.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе дистанционной коррекции полетного задания БПЛА, включающем подготовку полетных заданий и организацию контура дистанционного управления для изменения участков траектории полета БПЛА, полетные задания беспилотного летательного аппарата, и информационные материалы, используемые для работы его бортовых средств коррекции, готовят заблаговременно в составе единого пакета данных, а в процессе полета беспилотного летательного аппарата при возникновении потенциально опасных условий доводят короткий сигнал на смену полетного задания, позволяющий, в том числе, задать резервный пункт назначения или изменить полетное задание целиком.
Существует также вариант, в котором в состав пакета полетных заданий БПЛА дополнительно включают полетное задание для отложенного перелета беспилотного летательного аппарата из резервного пункта назначения в основной, прогноз прибытия в который допускает возникновение в нем или вокруг него потенциально опасных условий за время полета беспилотного летательного аппарата.
На фиг. 1 изображен в общем виде пример пакета полетных заданий БПЛА.
Способ дистанционной коррекции полетного задания БПЛА реализуют следующим образом. Полетное задание БПЛА (фиг. 1) готовят в виде набора точки старта 1, пунктов поворота маршрута 2, точек смена эшелонной высоты 3 и точки назначения 4. Полетное задание БПЛА комплектуют информационными ресурсами 5, характеризующими свойства рельефа местности вдоль трассы полета и предназначенными для повышения точности определения собственных координат БПЛА средствами бортовой аппаратуры коррекции. Пакет полетных заданий готовят в виде совокупности нескольких взаимоувязанных полетных заданий с общими точками разлета 6, до достижения которых может быть осуществлен выбор траектории движения БПЛА. Полетные задания, объединяемые в один пакет, могут иметь общую точку назначения или территориально разнесенные точки назначения 4. В пакет также могут включать полетные задания для перелета БПЛА из резервного пункта назначения в основной 7, выполняемого после нормализации условий перелета.
На фиг. 2 представлен контур управления БПЛА в полете, состоящий из:
8. Наземного пункта управления БПЛА;
9. Космического аппарата - ретранслятора сигнала управления;
10. Бортового антенно-фидерного устройства;
11. Приемо-передающего устройства;
12. Бортовой системы управления движением БПЛА;
13. Бортовых систем коррекции.
В ходе выполнения полетного задания БПЛА (фиг. 2) организуют контроль его состояния путем выдачи опросных посылок с наземного пункта управления (НПУ) 8 через космический аппарат (КА)-ретранслятор 9, бортовое антенно-фидерного устройство (АФУ) БПЛА 10, бортовое приемопередающее устройство (ППУ) БПЛА 11 в бортовую систему управления (БСУ) движением БПЛА 12. В ответ на каждую опросную посылку от БПЛА получают ответное сообщение, передаваемое в обратном направлении. При возникновении вдоль трассы полета БПЛА опасных условий, препятствующих выполнению полетного задания, с НПУ 8 в том же связном тракте выдают команду на смену полетного задания на резервное, содержащееся в загруженном в БСУ БПЛА 12 пакете. Выбор замещающего полетного задания осуществляют на НПУ 8 по совокупности критериев максимальной близости исходного пункта назначения и безопасности полета БПЛА. БСУ БПЛА 12, получив команду на смену полетного задания, оценивает возможность его выполнения, исходя из остаточных энергетических характеристик БПЛА, и подтверждает НПУ 8 переход на новое полетное задание или сообщает о невозможности такого перехода. При успешном переходе БСУ БПЛА 12 обеспечивает переключение бортовых систем коррекции 13 на работу с информационными ресурсами, соответствующими откорректированному полетному заданию.
От известных решений заявляемый способ отличается независимостью ввода в бортовую аппаратуру БПЛА данных, определяющих траекторные параметры полета, формализуемых в виде пакета полетных заданий и сигнала на смену полетного задания. Такое решение позволяет повысить помехозащищенность бортовой аппаратуры БПЛА в целом, исключая потенциальное влияние помех, возникающих в избегаемых опасных областях. При этом сохраняется возможность работы бортовой аппаратуры коррекции БПЛА.
Применение заявляемого способа позволяет исключить прохождение БПЛА через потенциально опасные области, появление которых возможно ввиду значительной протяженности полета БПЛА, тем самым повысить безопасность БПЛА и надежность доставки полезного груза в пункт назначения. Кроме того, способ исключает снижение точности определения собственного местоположения БПЛА и вероятности возникновения аварийной ситуации, что в свою очередь повышает эффективность выполнения задания по доставке полезного груза.
Источники информации:
1. Mark D. LoPresto, Ann F. Pollack, John Florence, Robert C. Ferguson, and Ian E. Feldberg. Operator Support Concepts for Tomahawk Strike Management. - Johns Hopkins APL technical digest, vol. 16, №2 (1995), pp.148-159.
2. Mary L. Cummings. The need for command and control instant message adaptive interfaces: Lessons learned from Tactical Tomahawk human-in-the-loop simulations. - CyberPsychology & Behavior, vol. 7 (6), pp.653-661, 2004.
3. Полезная модель RU №155323 U1, МПК B63C 13/18, B63D 43/00, опубликовано: 27.09.2015.