Модульная станция управления воздушным судном
MODULAR AIRCRAFT CONTROL STATION

Область техники
Изобретение относится к области авиационной электроники, а именно к наземным станциям управления, и может быть использовано для управления полетом воздушного судна, беспилотного аппарата, целевой нагрузки пилотируемого средства. Изобретение позволяет отображать картографическую информацию, создавать и редактировать полетное задание,  обеспечивать передачу информации на воздушное судно, принимать, отображать и документировать декодированную информацию, поступающую с воздушного судна, проводить запись и хранение информации, поступающей с воздушного судна, в базу данных, осуществлять контроль и анализ функционального состояния систем бортового радиоэлектронного оборудования воздушного судна, осуществлять автоматизированное формирование отчета о выполненном полете, отображать знакографику объектов в соответствии с условиями фильтра, просматривать ретроспективные данные за заданный промежуток времени, а также их наложение на карту, проводить обмен текстовой информацией с экипажем воздушного судна, обеспечивать радиосвязь (например, КВ, расширенной УКВ, спутниковой и т.д.) с воздушным судном.
Уровень техники
Известна наземная станция управления (НСУ), раскрытая в патенте РФ на изобретение № 2318243 (опубл. 27.02.2008, публикация PCT № WO 2004/008415, 22.01.2004, приоритет 10.07.2002). В этом патенте описана наземная станция для управления летательным аппаратом, отклонившимся от маршрута. Предложенная НСУ включает компьютеры с функциями проверки корректности параметров полета, радиосистему приемника-передатчика, систему кодирования и криптографического преобразования данных, систему сообщения аудио- и видеоданных.
Известна наземная станция управления, раскрытая в патенте РФ на изобретение № 2457531 (опубл. 27.07.2012, приоритет 13.01.2011). Известное изобретение предполагает использование двух НСУ, соединенных радиорелейной линией связи. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) связаны с НСУ также посредством радиосвязи. Каждая НСУ содержит персональный компьютер для оператора, модем и приемопередающую антенну.
Известна наземная мобильная авиационная система, раскрытая в патенте РФ на изобретение № 2643314 (опубл. 31.01.2018, приоритет 31.08.2016). Известная система размещена на базе автомобильного шасси в кузове-фургоне с операторским и технологическим отсеками. В операторском отсеке размещены посты управления беспилотными летательными аппаратами, в технологическом - аппаратура сопряжения.
Общим недостатком упомянутых выше аналогов является их недостаточная мобильность. Известные наземные станции управления достаточно громоздкие, представляют собой монолитные и функционально неразделяемые системы, предназначены для использования либо на стационарных объектах, либо на транспортных средствах. Это не позволяет проводить гибкую конфигурацию станции управления, свободно ее масштабировать.
Также в качестве примеров мобильных наземных станции управления можно привести решения, раскрытые в патенте КНР № CN207531221 (опубл. 22.06.2018) и в патенте КНР № CN210618492 (опубл. 26.05.2020). Известные мобильные станции выполнены в прочном твердом корпусе, являющимся транспортируемым кейсом-контейнером. Внутри такого корпуса размещены компьютерные устройства, снабженные программными командами для управления летательным аппаратом, источник питания средства ввода/вывода данных, включая один или несколько мониторов и клавиатуру, а также радиостанцию для передачи команд на летательный аппарат.
Общим недостатком этих аналогов является их недостаточная функциональность.
Известна мобильная наземная станция управления, раскрытая на странице «Portable Ground Control Station» (режим доступа: https://www.uavfactory.com/en/products/ground-control-station/portable-ground-control-station, дата обращения: октябрь, 2020 г.) - прототип. Известная наземная станция выполнена в виде транспортируемого кейса, внутри которого размещены компьютерные устройства, снабженные программными командами для управления летательным аппаратом, источник питания средства ввода/вывода данных, включая один или несколько мониторов и клавиатуру, а также радиостанцию для передачи команд на летательный аппарат. Наземная станция снабжена компонентами, позволяющими использовать ее для управления сложными летательными аппаратами, а выполнение отдельных узлов позволяет сохранить оборудование исправным при эксплуатации такой станции в полевых условиях.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности его свободного масштабирования, гибкой конфигурации компонентов и их подбора оператором для решения узких задач, не требующих транспортирования всех компонентов, размещенных в корпусе известной станции управления.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая задача, положенная в основу настоящего изобретения, заключается в обеспечении возможности быстрого разворачивания наземной станции управления полетом воздушного судна при обеспечении требуемых функциональных возможностей.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в улучшении мобильности наземной станции управления.
Изобретение раскрывает модульную станцию управления воздушным судном, включающую следующие компоненты: компьютерное устройство, снабженное программным инструкциями для управления воздушным судном, средства ввода/вывода информации, источник питания, радиостанции. В отличие от прототипа, компоненты модульной станции объединены в функциональные группы, каждая из которых размещена в транспортируемом модуле. Каждый транспортируемый модуль выполнен с возможностью соединения с другим транспортируемым модулем путем объединения их в локальную вычислительную сеть и подключения к общей для них шине питания.
Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящего изобретения проявляются в следующих частных вариантах осуществления.
В частности, компьютерное устройство представлено высокопроизводительным вычислителем.
В частности, компьютерное устройство представлено ноутбуком.
В частности, средства ввода информации включают самолетное переговорное устройство, представленное противошумной гарнитурой.
В частности, средства ввода информации включают GPS-антенну.
В частности, средства ввода информации включают промышленные клавиатуру, мышь, выполненные с защитой от пыли, влаги и химикатов.
В частности, средства вывода информации включают по меньшей мере один монитор, каждый из которых выполнен с повышенной яркостью, высоким разрешением и повышенной устойчивостью к вибрациям и ударам.
В частности, одна из радиостанций представлена КВ-радиостанцией.
В частности, одна из радиостанций представлена УКВ-радиостанцией.
В частности, транспортируемый модуль выполнен в виде шкафа-контейнера.
В частности, транспортируемый модуль выполнен в виде герметичного ударопрочного кейса.
В частности, компоненты, размещенные внутри транспортируемого модуля, снабжены панелью индикации и/или коммутационной панелью.
Локальная вычислительная сеть может включать сетевые интерфейсы на компонентах модульной станции, проводные и беспроводные каналы связи, маршрутизирующее, коммутирующее оборудование и другие узлы, позволяющие обеспечить информационный обмен между компонентами модульной станции.
Шина питания может включать электрические провода, оборудование для распределения электропитания и другие узлы, позволяющие обеспечить электропитание для остальных компонентов модульной станции, которые требуют этого для функционирования.
Для целей настоящего описания термины «управление», «управление воздушным судном», «управление беспилотным аппаратом», «управление целевой нагрузкой пилотируемого средства» использованы в качестве синонимичных. При этом термин «управление» включает решение задач отображения картографической информации, создания и редактирования полетного задания, обеспечение передачи информации между модульной станцией и пилотируемым средством, но не ограничивается лишь решением этих примерных задач.
Под термином «функциональная группа» понимается совокупность компонентов модульной станции, взаимосвязанных между собой для выполнения заданных функций.
Под термином «КВ-радиостанция» понимается радиостанция коротковолнового (КВ) радиочастотного диапазона.
Под термином «УКВ-радиостанция» понимается радиостанция ультракоротковолнового (УКВ) радиочастотного диапазона.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1а - 1б иллюстрируют первый транспортируемый модуль модульной станции управления.
ФИГ. 2а - 2б иллюстрируют второй модуль модульной станции.
ФИГ. 3а - 3в иллюстрируют третий модуль модульной станции.
ФИГ. 4а - 4в иллюстрируют четвертый модуль модульной станции.
ФИГ. 5а - 5б иллюстрируют пятый модуль модульной станции.
Описание вариантов осуществления изобретения
Описание вариантов осуществления изобретения может быть использовано в качестве примера для лучшего понимания его сущности и изложено с ссылками на фигуры, приложенные к настоящему описанию. При этом приведенные ниже подробности призваны не ограничить сущность изобретения, а сделать ее более ясной.
Модульная станция управления имеет модульную структуру. Это означает, что компоненты модульной станции размещены в физически независимых друг от друга транспортируемых модулях. В каждом транспортируемом модуле сосредоточены компоненты, объединенные в общую функциональную группу. Разделение компонентов таким образом позволяет разворачивать модульную станцию, при этом соединяя между собой только те компоненты, размещенные в модулях, которые необходимы в различных случаях использования, решения задач управления воздушным судном. Соединение модулей осуществляют путем объединения их в локально-вычислительную сеть (ЛВС) и подключения к общей шине питания. Таким образом оператор упомянутой станции получает в свое распоряжение по меньшей мере только те функции, которые необходимы ему для достижения цели использования.
Помимо этого, различные варианты осуществления изобретения, позволяют сконфигурировать модульную станцию стационарной, мобильной, возимой. Стационарная модульная станция предназначена для использования в течение продолжительного периода времени в специально предназначенном для этого командном пункте. Мобильная модульная станция предназначена для использования в течение непродолжительного периода времени, например, в полевых условиях. Возимая модульная станция предназначена для использования на транспортном средстве, в частности, на корабле.
При этом транспортируемые модули, включающие функциональные группы компонентов, выполнены унифицированными, что позволяет достичь взаимозаменяемости между однородными модулями и масштабировать модульную станцию, дополняя ее однородными модулями. Например, используя по существу идентичные транспортируемые модули, становится возможным добиться конфигурации модульной станции, которая является многопользовательской, многозадачной. Различные конфигурации модульных станций могут включать в себя различные по функциям и по количеству поддерживаемых пользователей транспортируемые модули с функциональными группами компонентов.
Модульная станция управления включает компьютерное устройство, представленное высокопроизводительным вычислителем или ноутбуком, снабженными программными инструкциями для управления воздушным судном. При различных конфигурациях транспортируемых модулей модульная станция способна выполнять следующие функции управления:
- отображение картографической информации;
- создание и редактирование полетного задания;
- обеспечение передачи информации на воздушное судно (ВС);
- прием, отображение и документирование декодированной информации, поступающей с ВС;
- воспроизведение информации, поступающей с ВС;
- запись и хранение информации, поступающей с ВС, в базе данных;
- контроль и анализ функционального состояния систем бортового радиоэлектронного оборудования ВС;
- автоматизированное формирование отчета о выполненном полете;
- отображение знакографики объектов в соответствии с условиями фильтра;
- просмотр ретроспективных данных за заданный промежуток времени;
- обмен текстовой информации между оператором модульной станции и экипажем ВС;
- обеспечение КВ радиосвязи между модульной станцией и ВС;
- обеспечение расширенной УКВ радиосвязи между модульной станцией и ВС.
Для защиты каналов связи между наземной станцией управления и иными информационными системами могут быть использованы средства криптографической защиты информации, являющиеся встроенными в компьютерное устройство модульной станции или дополняющими его.
Более детальное описание конструкций транспортируемых модулей дано с ссылками на ФИГ. 1а - ФИГ. 5б.
В соответствии с ФИГ. 1а и ФИГ. 1б, первый транспортируемый модуль 1 выполнен в виде мобильного шкафа-контейнера 10 с амортизированной 19-дюймовой рамой для компонентов, чувствительных к вибрации, возникающей при транспортировке модулей, эксплуатации на транспортном средстве. Функциональная группа компонентов, размещенных в контейнере 10, обеспечивает базовую функциональность для модульной станции. Модуль 1 включает компьютерное устройство, представленное высокопроизводительным вычислителем 11, источник бесперебойного питания 12, которые связаны с панелью индикации 13, коммутационной панелью 14. Источник бесперебойного питания выполнен с возможностью подключения к другим транспортируемым модулям и обеспечения их питанием. Передняя и задняя стенки шкафа-контейнера 10 выполнены открывающимися, таким образом, обеспечивается доступ к упомянутым компонентам, в том числе, к панели индикации 13, что позволяет осуществлять визуальный контроль работы упомянутых компонентов. Задняя стенка обеспечивает доступ к коммутационной панели 14, содержащей интерфейсы, разъемы для подключения к ним внешних систем, коммутации с иными транспортируемыми модулями модульной станции и разъемы питания.
В соответствии с ФИГ. 2а и ФИГ. 2б, второй транспортируемый модуль 2 выполнен в виде мобильного, герметичного, ударопрочного пластикового контейнера 20. Функциональная группа компонентов, размещенных в контейнере 20, обеспечивает средства ввода/вывода информации для оператора модульной станции. Модуль 2 включает по меньшей мере два монитора 21, каждый из которых выполнен с повышенной яркостью, высоким разрешением и повышенной устойчивостью к вибрациям и ударам, самолетное переговорное устройство, представленное противошумной гарнитурой 22, GPS-антенну, промышленные клавиатуру 23, мышь 23, выполненные с защитой от пыли, влаги и химикатов.
В соответствии с ФИГ. 3а, ФИГ. 3б и ФИГ. 3в, третий транспортируемый модуль 3 выполнен в виде мобильного, герметичного, ударопрочного пластикового контейнера 30 с амортизированной рамой. Функциональная группа компонентов, размещенных в контейнере 30 обеспечивает средства радиосвязи с воздушным судном. Модуль 3 включает компоненты КВ-радиостанции 31. Передняя и задняя стенки контейнера 30 выполнены открывающимися. Передняя стенка обеспечивает доступ к упомянутым компонентам для визуального контроля их работы. Задняя стенка обеспечивает доступ к отсеку для транспортировки автоматического согласующего устройства и комплекта жгутов. Помимо этого, внутри модуля может быть предусмотрен отсек для транспортировки КВ-антенны. Автоматическое согласующее устройство необходимо для работы КВ-антенны. Комплект жгутов предназначен для подключения питания 220 В, а также для подключения к другим модулям НСУ. Жгуты необходимы для управления КВ-радиостанцией, а также для обеспечения одновременной работы КВ и УКВ-радиостанций.
В соответствии с ФИГ. 4а, ФИГ. 4б и ФИГ. 4в, четвертый транспортируемый модуль 4 выполнен в виде мобильного, герметичного, ударопрочного пластикового контейнера 40 с амортизированной рамой. Функциональная группа компонентов, размещенных в контейнере 30 обеспечивает средства радиосвязи с воздушным судном. Модуль 4 включает компоненты УКВ-радиостанции 41. Передняя и задняя стенки контейнера 40 выполнены открывающимися. Передняя стенка обеспечивает доступ к упомянутым компонентам для визуального контроля их работы. Задняя стенка обеспечивает доступ к отсеку для транспортировки комплекта жгутов.
В соответствии с ФИГ. 5а и ФИГ. 5б, пятый транспортируемый модуль 5 выполнен в виде мобильного, герметичного, ударопрочного пластикового контейнера. Функциональная группа компонентов, размещенных в контейнере 50 обеспечивает автоматизированное рабочее место (АРМ) для оператора модульной станции. Модуль 5 включает ударопрочный защищенный ноутбук 51 с дисплеем повышенной яркости и высоким разрешением, противошумную гарнитуру 52, GPS-антенну, промышленную мышь 53 с защитой от пыли, влаги и химикатов.
Шестой транспортируемый модуль выполнен в виде мобильного, герметичного, ударопрочного пластикового контейнера. Этот модуль предназначен для транспортировки компонентов системы передачи данных. Эта система состоит из приемопередающего модуля, антенны и небольшой мачты.
Седьмой транспортируемый модуль выполнен в виде мобильного, герметичного, ударопрочного пластикового контейнера. Этот модуль предназначен для транспортировки УКВ-антенны.
Пример 1. Конфигурация модульной станции управления состоит из объединенных в ЛВС и подключенных к общей шине питания модулей 1, 2, 3. Модуль 1 в совокупности с модулем 2 обеспечивают АРМ для оператора станции управления. Соединение упомянутых модулей с модулем 3 позволяет реализовать следующие функции модульной станции:
- управление беспилотными аппаратами и/или целевыми нагрузками;
- текстового чата с экипажем пилотируемого аппарата;
- обработки ранее полученной телеметрической или целевой информации;
- подготовки данных и обработки заданий, полученных из системы верхнего уровня;
- составление отчета о выполнении заданий, с возможностью создания видеофрагментов, вставки в отчет скриншотов карты, данных от целевых нагрузок.
Эта конфигурация может включать более одного модуля 2, что позволяет обеспечить многопользовательский режим работы модульной станции управления. Многопользовательский режим позволяет распределить функции модульной станции между несколькими операторами. Так, возможны случаи использования, когда несколько операторов управляют разными целевыми нагрузками беспилотного аппарата.
Пример 2. Конфигурация модульной станции управления состоит из объединенных в ЛВС и подключенных к общей шине питания модуля 3 и модуля 5. Эта примерная конфигурация является аналогичной конфигурации из примера 1 с тем отличием, что функции модулей 1 и 2 реализуются при помощи модуля 5, обеспечивающего более мобильное АРМ.
Пример 3. Конфигурация модульной станции управления состоит из объединенных в ЛВС и подключенных к общей шине питания модуля 3 и модуля 4. Эта конфигурация позволяет обеспечить УКВ-радиосвязь оператора модульной станции с экипажем воздушного судна, пунктом командования.
Следует отметить, что возможны иные конфигурации модульной станции управления в соответствии с настоящим изобретением. Так, конфигурация модульной станции может включать модули 1 и модуль 2, обеспечивающие АРМ для оператора станции, а также модуль 3 с компонентами КВ-радиостанции или модуль 4 с компонентами УКВ-радиостанции, а также несколько модулей 7 с ноутбуком, обеспечивающих многопользовательский режим работы, при котором возможно разделение функций управления воздушным судном и его целевой нагрузкой между несколькими операторами модульной станции. При совместном использовании модулей 3 и 4 в одной конфигурации оператор получает возможность ведения радиосвязи на разных частотных каналах, задействовав одно самолетное переговорное устройство. Антенны, работающие в разных частотных диапазонах, могут быть установлены на одну мачту.
Модульная наземная станция, обеспечиваемая настоящим изобретением, может обладать габаритами и весом, позволяющими переносить отдельные транспортируемые модули не более, чем двумя людьми, что положительно сказывается на ее мобильности. Выполнение транспортируемых модулей позволяет обеспечить нормативные технические характеристики для поддержания сохранности, исправности размещенных в них компонентов при различных условиях эксплуатации. Размещение компонентов модульной станции управления в различных транспортируемых модулях при разделении таких компонентов на функциональные группы позволяет обеспечить масштабируемость модульной станции, быстрое разворачивание и сворачивание, подбор модулей в зависимости от случаев использования модульной станции, что также положительно сказывается на ее мобильности. Помимо этого, размещение компонентов в транспортируемых модулях позволяет перевозить станцию легкомоторным самолетом, малоразмерным судном.
Использование настоящего изобретения позволяет получить модульную станцию управления, которая является универсальной, многофункциональной и оптимизированной для решения широкого круга задач управления воздушным судном. Такая модульная станция удобна при ее эксплуатации и достаточно надежна.
При этом следует понимать, что представленные выше варианты осуществления изобретения только поясняют его сущность и не должны быть истолкованы как ограничивающие. Изобретение может быть дополнено иными деталями, свойствами, модификациями без отклонения от его сущности, выраженной независимым пунктом формулы и уточненной зависимыми пунктами.