Комплекс авианаблюдения для беспилотного летательного аппарата
Полезная модель относится к комплексам авианаблюдения, и может применяться для проведения аэросъемки, поиска источников радиоактивного и химического заражения, устанавливая при этом местоположение и границы зараженной территории и мест чрезвычайных ситуаций, как при ручном управлении, так и в автоматическом режиме. Комплекс авианаблюдения для беспилотного летательного аппарата, содержащий беспилотный летательный аппарат и мобильный пульт контроля и управления. Беспилотный летательный аппарат включает в себя несущий каркас и электродвигатели с воздушными винтами, связанные с аккумуляторной батареей, на несущем каркасе в вершинах воображаемого многоугольника жестко зафиксированы, по меньшей мере, шесть электродвигателей с воздушными винтами с контролируемой частотой вращения, связанных с маршрутным вычислительным устройством, которое связано с блоком управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом, связанным с поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом, на котором установлено устройство видеонаблюдения, инерциальным измерительным устройством, содержащим акселерометр, магнитометр, микрогироскоп и барометр, и блоком приема и обработки данных спутниковой навигационной системы. К маршрутному вычислительному устройству подключено устройство оценки состояния окружающей среды, состоящее из дозиметра, анализатора химического состава воздуха и логического блока локализации мест чрезвычайных ситуаций, входы которого соединены с выходами блока управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом, устройства видеонаблюдения, барометра, магнитометра, блока приема и обработки данных спутниковой навигационной системы и микрогироскопа, на несущем каркасе закреплен кожух. Технический результат состоит в повышении эффективности экологического мониторинга, а также в повышении надежности конструкции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Полезная модель относится к комплексам авианаблюдения, и может применяться как при ручном управлении, так и в автоматическом режиме для проведения аэросъемки, поиска источников радиоактивного и химического заражения, в том числе для установления местоположения и границы зараженной территории и мест чрезвычайных ситуаций и передачи данных пользователю.
Известен комплекс авианаблюдения (патент РФ 
2232104, МПК B64C 29/02, G01V 9/00, опубл. 10.07.2004), содержащий беспилотный летательный аппарат с электродвигателями и воздушными винтами, радиоуправляемой бортовой системой обеспечения полета, бортовой приемопередающей аппаратурой и устройством видеонаблюдения в видимом и инфракрасном спектре с передатчиком изображения, а также мобильный пульт контроля и управления с наземной приемопередающей аппаратурой, приемником видеоданных и радионавигационной системой управления беспилотным летательным аппаратом, при этом радиоуправляемая бортовая система обеспечения полета беспилотного летательного аппарата и радионавигационная система управления беспилотным летательным аппаратом снабжены корректируемыми посредством глобальной навигационной системы инерциальными блоками с микромеханическими вибрационными гироскопами - акселерометрами.
Недостатками описанного выше комплекса авианаблюдения является недостаточная устойчивость и динамичность беспилотных летательных аппаратов в режиме полета и в режиме «зависания» по причине использования только четырех электродвигателей в конструкции винтовой вертикально взлетающей платформы летательных аппаратов, что существенно затрудняет проводить экологический мониторинг с помощью его, а также наличие дополнительных расходов электроэнергии вследствие использования для управления движением взлетающей платформы двух рулевых машинок, которые изменяют вектор тяги каждого воздушного винта с электродвигателем относительно корпуса беспилотного летательного аппарата.
Наиболее близок к предлагаемой полезной модели комплекс авианаблюдения, для беспилотного летательного аппарата (патент RU 123393 U1, МПК B64C 29/00, опубл. 27.12.12), содержащий беспилотный летательный аппарат и мобильный пульт контроля и управления, при этом беспилотный летательный аппарат включает в себя несущий каркас, на котором в вершинах воображаемого многоугольника жестко зафиксированы, по меньшей мере, шесть электродвигателей с воздушными винтами с контролируемой частотой вращения, связанных с аккумуляторной батареей и с маршрутным вычислительным устройством, которое связано с инерциальным измерительным устройством, мобильным пультом контроля и управления, системой видеонаблюдения и блоком приема и обработки данных спутниковой навигационной системы, причем диаметрально расположенные электродвигатели имеют встречное направление вращения, а маршрутное вычислительное устройство выполнено с возможностью управления частотой вращения электродвигателей, при этом обеспечения горизонтального положения летательного аппарата по сигналам инерциального измерительного устройства, обеспечения изменения курса и высоты летательного аппарата по сигналам телеметрии с мобильного пульта контроля и управления, обеспечения контроля и управления летательным аппаратом на основании координат спутниковой навигационной системы по сигналам блока приема и обработки данных спутниковой навигационной системы для выполнения в автоматическом режиме полетного задания с возвращением на взлетную площадку, а также с возможностью обеспечения визуального контроля за полетом по сигналам видеоданных системы видеонаблюдения. Данный комплекс авианаблюдения выбран в качестве прототипа предлагаемой полезной модели.
Недостатком устройства является недостаточная эффективность экологического мониторинга, из-за невозможности проведения количественной оценки загрязнений, с одновременным повышением надежности конструкции устройства.
Задачей полезной модели является повышение эффективности экологического мониторинга, за счет создания комплекса авианаблюдения, способного производить аэросъемку, замер радиационного фона и концентрации вредных веществ, поиск мест чрезвычайных ситуаций и источников радиоактивного и химического заражения, устанавливать границы зараженной территории, как при ручном управлении, так и в автоматическом режиме.
Поставленная задача решена путем создания комплекса авианаблюдения для беспилотного летательного аппарата, содержащего беспилотный летательный аппарат, включающий в себя несущий каркас и электродвигатели с воздушными винтами, связанные с аккумуляторной батареей, на несущем каркасе в вершинах воображаемого многоугольника жестко зафиксированы, по меньшей мере, шесть электродвигателей с воздушными винтами с контролируемой частотой вращения, связанных с маршрутным вычислительным устройством, которое связано с блоком управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом, связанным с поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом, на котором установлено устройство видеонаблюдения, инерциальным измерительным устройством, содержащим акселерометр, магнитометр, микрогироскоп и барометр, и блоком приема и обработки данных спутниковой навигационной системы, и мобильный пульт контроля и управления, включающий в себя портативный персональный компьютер, подключенный к мобильной приемно-передающей радиосистеме, приемнику видеоданных, пульту управления беспилотным летательным аппаратом и мобильному индивидуальному устройству отображения видеоданных, отличающийся тем, что к маршрутному вычислительному устройству подключено устройство оценки состояния окружающей среды, состоящее из дозиметра, анализатора химического состава воздуха и логического блока локализации мест чрезвычайных ситуаций, входы которого соединены с выходами блока управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом, устройства видеонаблюдения, барометра, магнитометра, блока приема и обработки данных спутниковой навигационной системы и микрогироскопа, на несущем каркасе закреплен кожух. В предпочтительном варианте кожух для защиты винтов выполнен из пенопласта.
Сущность полезной модели поясняется чертежами: где
на фиг.1 - изображена блок-схема комплекса авианаблюдения,
на фиг.2. - конструктивная схема (вид сверху) комплекса авианаблюдения,
на фиг.3 - конструктивная схема (вид сбоку) комплекса авианаблюдения.
Для лучшего понимания заявляемой полезной модели приводится подробное описание с соответствующими чертежами.
Комплекс авианаблюдения для беспилотного летательного аппарата 1, содержит беспилотный летательный аппарат 2 и мобильный пульт контроля и управления 3. Беспилотный летательный аппарат 2, содержащий электродвигатели 4 с воздушными винтами (не показаны) с контролируемой частотой вращения, зафиксированные в одной плоскости в вершинах воображаемого многоугольника, связанные с аккумуляторной батареей 5, и с маршрутным вычислительным устройством 6, которое связано с инерциальным измерительным устройством 7, блоком приема и обработки данных спутниковой навигационной системы 8 и устройством оценки состояния окружающей среды 9, включающего дозиметр 10, анализатор химического состава воздуха 11 и логический блок локализации мест чрезвычайных ситуаций 12. Электродвигатели 4 соединены с электронными регуляторами оборотов 13, причем диаметрально расположенные электродвигатели 4 имеют встречное направление вращения. Конструкция несущего каркаса (Фиг.2-3) содержит объединяющую несущую пластину 14, к которой прикреплены, по меньшей мере, шесть расходящихся от нее штанг 15, защита несущей пластины 16 и шасси 17, причем один конец каждой штанги 15 прикреплен к объединяющей несущей пластине 14, а другой конец - к электродвигателю 4. Беспилотный летательный аппарат 2 содержит прикрепленный к шасси 17 поворотно-наклонный гиростабилизированный подвес 18, выполненный с возможностью установки средств видеонаблюдения и аэрофотосъемки и связанный с блоком управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом 19, который связан с маршрутным вычислительным устройством 6 и логическим блоком локализации мест чрезвычайных ситуаций 12. Инерциальное измерительное устройство 7 содержит магнитометр 20, микрогироскоп 21, барометр 22 и акселерометр 23. Маршрутное вычислительное устройство 6, инерциальное измерительное устройство 7, устройство оценки состояния окружающей среды 9, приемно-передающая радиосистема 24 и блок приема и обработки данных спутниковой навигационной системы 8 образуют бортовую систему обеспечения полета 25. Бортовая система обеспечения полета 25 расположена на объединяющей несущей пластине 14. Приемно-передающая радиосистема 24 связана с маршрутным вычислительным устройством бис блоком управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом 19. Система видеонаблюдения 26 содержит устройство видеонаблюдения 27 в видимом и инфракрасном спектре, установленное на поворотно-наклонном гиростабилизированном подвесе 18, связанный с устройством видеонаблюдения 27 передатчик видеоданных 28, а также приемник видеоданных 29, расположенный в мобильном пульте контроля и управления 3. Блок обработки спутниковой навигационной системы 8, барометр 22, магнитометр 20, микрогироскоп 21, устройство видеонаблюдения 27 и блок управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом 19 соединены с логическим блоком локализации мест чрезвычайных ситуаций 12. Электродвигатели 4, электронные регуляторы оборотов 13, бортовая система обеспечения полета 25, поворотно-наклонный гиростабилизированный подвес 18, блок управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом 19, устройство видеонаблюдения 27 и передатчик видеоданных 28 соединены с аккумуляторной батареей 5. Мобильный пульт контроля и управления 3 содержит портативный персональный компьютер 30 и связанные с ним мобильную приемно-передающую радиосистему 31, по двустороннему каналу радиосвязи связанную с приемно-передающей радиосистемой 24, приемник видеоданных 29, пульт управления беспилотным летательным аппаратом 32 и мобильное индивидуальное устройство отображения видеоданных 33. К несущему каркасу прикреплен кожух для защиты винтов 34 (Фиг.2-3).
Устройство работает следующим образом.
Маршрутное вычислительное устройство 6, получающее в случае ручного управления данные от мобильного пульта контроля и управления 3 либо при автоматическом режиме получающее данные от инерциального измерительного устройства 7, блока обработки спутниковой навигационной системы 8, устройства оценки состояния окружающей среды 9 определяет необходимые курс, высоту, углы крена, тангажа, рысканья и скорость полета и подает соответствующие управляющие воздействия на регуляторы оборотов 13. Управляющие сигналы, сформированные на электронных регуляторах оборотов 13 поступают на электродвигатели 4. Вращение винтов обеспечивает подъемную силу беспилотного летательного аппарата 2. Асимметричное вращение электродвигателей 4 обеспечивает возможность поворота и перемещения беспилотного летательного аппарата 2 в пространстве. Горизонтальное положение беспилотного летательного аппарата 2 осуществляется по сигналам инерциального измерительного устройства 7. Питание электродвигателей 4, электронных регуляторов оборотов 13, бортовой системы обеспечения полета 25, поворотно-наклонного гиростабилизированного подвеса 18, блока управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом 19, устройства видеонаблюдения 27 и передатчика видеоданных 28 обеспечивается аккумуляторной батареей 5. Расположение беспилотного летательного аппарата 2 в пространстве определяется данными, получаемыми инерциальным измерительным устройством 7, содержащим магнитометр 20, микрогироскоп 21, барометр 22 и трехосный акселерометр 23. Устройство видеонаблюдения 27, установленное на гиростабилизированном подвесе 18 осуществляет съемку в видимом и инфракрасном спектре, данные с которого посылаются на мобильный пульт контроля и управления 3 с помощью передатчика видеоданных 28 и приемника видеоданных 29 посредством радиоканала связи. Блок управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом 19 приводит гиростабилизированный подвес 18 в положение, заданное маршрутным вычислительным устройством 6 при автоматическом режиме, либо в случае ручного управления положение гиростабилизированного подвеса 18 задается с мобильного пульта контроля и управления 3 и передается на блок управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом 19 посредством приемно-передающей радиосистемы 24 и мобильной приемно-передающей радиосистемы 31.
При ручном управлении устройством команды подаются оператором посредством мобильного пульта контроля и управления 3 и передаются на маршрутное вычислительное устройство 6 посредством мобильной приемопередающей радиосистемы 31 и приемо-передающей радиосистемы 24.
При движении по заранее заданной траектории для выполнения в автоматическом режиме полетного задания и осуществления посадки в заданной точке маршрутное вычислительное устройство 6 вырабатывает управляющие сигналы на основании показаний блока обработки спутниковой информации 8 и инерциального измерительного устройства 7.
При поиске источников заражения на основании данных дозиметра 10 и анализатора состава воздуха 11 маршрутным вычислительным устройством 6 определяется градиент концентрации искомых вредных веществ, и направление движения задается в соответствии с повышением уровня концентрации.
При локализации места исследуемой местности, в том числе места чрезвычайной ситуации, на основании данных блока обработки спутниковой наьигационной системы 8, барометра 22, магнитометра 20, микрогироскопа 21, устройства видеонаблюдения 27 и блока управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом 19 логический блок локализации мест чрезвычайных ситуаций 12 определяет координаты исследуемой местности, после чего данные передаются на мобильный пункт контроля и управления 3 посредством приемно-передающей радиосистемы 24. При этом сигнал от блока управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом 19 интегрируется внутри блока локализации мест чрезвычайных ситуаций 12 для получения сигнала пропорционального углу наклона гиростабилизированного подвеса 18, а по данным блока обработки спутниковой навигационной системы 8, барометра 22, магнитометра 20 и микрогироскопа 21 определяется точное расположение беспилотного летательного аппарата 2 в пространстве.
Использование устройства оценки состояния окружающей среды 9 при поиске источников заражения и локализации мест чрезвычайных ситуаций, в силу данных, получаемых от дозиметра 10 и анализатора состава воздуха 11, а также блока локализации мест чрезвычайных ситуаций 12 позволяет повысить эффективность, а за счет задачи направления движения беспилотного летательного аппарата 2 в соответствии с повышением уровня концентрации искомых вредных веществ, сократить время на проведение мониторинга окружающей среды.
При обнаружении границ зараженной территории маршрутное вычислительное устройство 6 строит траекторию движения таким образом, чтобы градиент концентрации вредных веществ стремился к нулю. При этом координаты беспилотного летательного аппарата 2 передаются на мобильный пункт контроля и управления 3, благодаря чему можно определить границы области заражения.
При потере связи с мобильным пультом контроля и управления 3 беспилотный летательный аппарат 2 переходит в автоматический режим и способен выполнить предустановленные команды, после чего долететь до пункта назначения, руководствуясь данными спутниковой навигационной системы 8.
При столкновении с препятствиями защита от повреждений винтов беспилотного летательного аппарата 2 обеспечивается наличием кожуха для защиты винтов 34. Кожух для защиты винтов 34 способствует повышению надежности конструкции устройства.
Предложенное устройство может быть применено для мониторинга состояния окружающей среды, поиска источников и участков радиоактивного и химического заражения, воздушной разведки, картографии и аэросъемки.
Технический результат состоит в повышении эффективности экологического мониторинга, а также в повышении надежности конструкции.
Пример конкретного исполнения
Несущий каркас выполнен из карбона. Электродвигатели представляют собой бесколлекторные двигатели постоянного тока. Несущая пластина, штанги, шасси и защита шасси выполнены из карбона и соединены между собой посредством болтов и гаек. В качестве аккумуляторной батареи используется литий-полимерная аккумуляторная батарея. Маршрутное вычислительно устройство представляет собой микроконтроллер семейства AVR. Блок обработки спутниковой информации представляет собой GPS/Глонасс модуль. В качестве дозиметра используется счетчик Гейгера SEN-11345, тип используемого анализатора зависит от вида искомых химических соединений и является индикатором их наличия в окружающей среде. В качестве блока локализации мест чрезвычайных ситуаций и блока управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом могут использоваться микроконтроллеры семейства AVR. В качестве регуляторов оборотов применяются ПИД-регуляторы безколлекторных двигателей постоянного тока. В качестве гиростабилизированной платформы может использоваться устройство для пространственной стабилизации каких-либо объектов или приборов, а также для определения углов поворота основания, на котором оно установлено. В качестве средства аэросъемки может использоваться видеокамера. В качестве передатчика видеоданных, приемно-передающей радиосистемы может использоваться аналоговый передатчик видео посредством радиоканала связи. В качестве измерительного инерциального блока используются акселерометры, барометры, магнитометры и гироскопы, построенные на MEMS технологии. В качестве мобильного пульта контроля и управления может использоваться персональный компьютер с подключенным к нему радио приемопередатчиком. Кожух для защиты винтов выполнен из пенопласта с возможностью крепления к несущему каркасу. При столкновении с препятствием винты беспилотного летательного аппарата остаются в целостности при толщине защитного кожуха 2-3 см.
На основании вышеизложенного, заявляемая совокупность признаков позволяет создать комплекс авианаблюдения для беспилотного летательного аппарата повышающий
эффективность экологического мониторинга, за счет обеспечения возможности производить аэросъемку, замер радиационного фона и концентрации вредных веществ, поиск мест чрезвычайных ситуаций и источников радиоактивного и химического
заражения, устанавливать границы зараженной территории, как при ручном управлении, так и в автоматическом режиме, с одновременным повышением надежности.
1. Комплекс авианаблюдения для беспилотного летательного аппарата, содержащий беспилотный летательный аппарат, включающий в себя несущий каркас и электродвигатели с воздушными винтами, связанные с аккумуляторной батареей, на несущем каркасе в вершинах воображаемого многоугольника жестко зафиксированы, по меньшей мере, шесть электродвигателей с воздушными винтами с контролируемой частотой вращения, связанных с маршрутным вычислительным устройством, которое связано с блоком управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом, связанным с поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом, на котором установлено устройство видеонаблюдения, инерциальным измерительным устройством, содержащим акселерометр, магнитометр, микрогироскоп и барометр, и блоком приема и обработки данных спутниковой навигационной системы, и мобильный пульт контроля и управления, включающий в себя портативный персональный компьютер, подключенный к мобильной приемно-передающей радиосистеме, приемнику видеоданных, пульту управления беспилотным летательным аппаратом и мобильному индивидуальному устройству отображения видеоданных, отличающийся тем, что к маршрутному вычислительному устройству подключено устройство оценки состояния окружающей среды, состоящее из дозиметра, анализатора химического состава воздуха и логического блока локализации мест чрезвычайных ситуаций, входы которого соединены с выходами блока управления поворотно-наклонным гиростабилизированным подвесом, устройства видеонаблюдения, барометра, магнитометра, блока приема и обработки данных спутниковой навигационной системы и микрогироскопа, на несущем каркасе закреплен кожух.
2. Комплекс авианаблюдения для беспилотного летательного аппарата по п.1, отличающийся тем, что кожух для защиты винтов выполнен из пенопласта.
