Система управления беспилотным летательным аппаратом

Полезная модель относится к системам мониторинга земельных и водных пространств, в частности проводимого с целью выявления чрезвычайных ситуаций на ближних или дальних подступах охраняемых территорий. Обеспечение дальней радиосвязи может осуществляться посредством геостационарных спутников Земли. Такая система используется, например, при мониторинге дальних государственных границ, где радиосвязь может быть нарушена организованной помехой. В результате чего беспилотный летательный аппарат (далее - БПЛА) может быть безвозвратно потерян.

Технический результат полезной модели заключается в обеспечении безопасности полета с возможностью осуществления на конечном участке траектории, самостоятельного полета без включения линии связи, обеспечении высокой точности траектории полета, сокращения энергии и времени излучения частот.

Технический результат достигается тем, что в систему управления БПЛА, содержащую систему автоматического и дистанционного управления полетом летательного аппарата, включающей 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), состоящей из гиростабилизированной платформы с размещенными на ней датчиками изображения, работающими в видимом и инфракрасном диапазонах излучения, связанными с передатчиком информации, согласно полезной модели, введена система автоматического распознавания и автосопровождения объектов наблюдения, включающая блок эталонного изображения, блок распознавания по эталону, блок препарирования изображения, блок принятия решения, блок автосопровождения и координатной поправки, формирователь экранной информации, 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 ОЭС, 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, выход которого подключен к входу передатчика информации, второй выход блока автосопровождения и координатной поправки соединен с входом блока коррекции сигналов управления.

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.

Система управления беспилотным летательным аппаратом, содержащая систему автоматического и дистанционного управления полетом летательного аппарата, включающую в себя спутниковую навигационную систему беспилотного летательного аппарата, приемник сигналов дистанционного управления, блок коррекции сигналов управления, а также автопилот для управления аэродинамической поверхностью беспилотного летательного аппарата, и оптико-электронную систему, состоящую из гиростабилизированной платформы с размещенными на ней датчиками изображения, работающими в видимом и инфракрасном диапазонах излучения, связанными с передатчиком информации, отличающаяся тем, что в нее введена система автоматического распознавания и автосопровождения объектов наблюдения, включающая блок эталонного изображения, блок распознавания по эталону, блок препарирования изображения, блок принятия решения, блок автосопровождения и координатной поправки, формирователь экранной информации, 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, выход которого подключен к входу передатчика информации, второй выход блока автосопровождения и координатной поправки соединен с входом блока коррекции сигналов управления.

РИСУНКИ