Эволюция систем управления беспилотных летательных аппаратов: от появления до наших дней

Аннотация : в данной статье приведена ТРИЗ-эволюция систем управления беспилотными летательными аппаратами, начиная с первых и заканчивая современными, с их описанием, техническими противоречиями и возможным дальнейшим развитием.

Ключевые слова : система управления, беспилотный летательный аппарат, БПЛА.

Annotation: In this article we present TRIZ-evolution of control systems of unmanned aerial vehicles, that is starting with the original and ending with the modern, with their description, technical contradictions and possible further development.

Keywords: control system, unmanned aerial vehicle, UAV.

В настоящее время беспилотные летательные аппараты (БПЛА) достаточно сильно развиты и имеют широкий круг применений. За век своего существования БПЛА как увеличились в своих размера до десятков метров, так и уменьшились до нескольких миллиметров; их диапазон скорости, грузоподъёмности тоже существенно расширился.

Однако системы управления БПЛА неизменно развивались и продолжают развиваться. Рассмотрим эволюцию систем управления БПЛА, начиная от систем управления первых беспилотных «воздушных торпед» до систем управления современных беспилотников. Для современных БПЛА ограничимся мини и микро классами аппаратов (вес до 30 кг).

Как всегда бывает, первыми БПЛА разрабатывали военные, и только в XXI веке началось активное развитие БПЛА гражданского назначения.

1. Исторически первый БПЛА .

Исторически первым БПЛА считается «Жук» Кеттеринга (см. рис. 1). Это один из первых успешных проектов беспилотного летательного средства. По заказу армии США в 1917 году изобретатель Чарльз Кеттеринг разработал свою экспериментальную беспилотную «воздушную торпеду», которая стала предшественником крылатых ракет. Целью было создать дешёвый и простой беспилотный самолёт-снаряд для армейского авиационного корпуса.

Рисунок 1 – Жук Кеттеринга.

Аппарат получился достаточно компактный, в отличие от «крылатой бомбы» Сперри, разрабатываемой и испытываемой в тоже время. «Жук» имел цилиндрический корпус из дерева, к которому крепилась бипланная V-образная коробка.

Беспилотное средство было оснащено дешёвым четырёхцилиндровым двигателем и инерциальной автоматической системой управления. После старта, питающийся электричеством от двигателя, гироскоп обеспечивал стабилизацию «Жука» по направлению . Гироскоп был соединён с вакуум-пневматическим автопилотом (рис. 2), который осуществлял управление рулём направления. Блок-схема системы управления «Жука» представлена на рисунке 3.

Рисунок 2 – Вакуум-пневматический автопилот (пример)

Управление рулём высоты осуществлялось аналогичным образом, но датчиком в этом случае уже являлся барометрический альтиметр.

Перед стартом на беспилотном аппарате задавали значение высоты и максимальное количество оборотов пропеллера, что соответствовало пройденному расстоянию; раскручивали гироскоп. Запуск происходил с рельсовой катапульты, «Жук» выходил на заданную высоту и летел по прямой в сторону цели. Специальное устройство отсчитывало обороты пропеллера и по достижении нужного расстояния (количества оборотов пропеллера сравнялось с заданным), высвобождался пружинный механизм, который отключал двигатель и выбивал болты, держащие крылья. Корпус аппарата падал вниз и достигал цели.

Рисунок 3 – Блок-схема системы управления

«Жук» Кеттеринга предназначался для обстрела городов, крупных промышленных центров и мест сосредоточения войск противника на дистанции до 120 км. Он успешно прошёл испытания, в отличие от «воздушной торпеды» Сперри, и был прият на вооружение. Система показала себя лучше, успешней и дешевле предыдущих, но Первая мировая война закончилась, и заказ так и не был выполнен . Всего было изготовлено 45 машин.

У «Жука» Кеттеринга были реализованы простейшие функции автопилота: управление рулём высоты и рулём направления, отсчитывание пройдённого расстояния, отключение двигателя и сброс крыльев. Неудачи в испытаниях были связаны с проблемами удержания аппарата на курсе. Аппарат мог отклониться от курса как при запуске с рельсовой катапульты, так и во время полёта. Кроме того, «воздушная торпеда» под действием ветра могла завалиться на крыло и упасть. Примитивный автопилот хоть и пытался придерживаться курса, но с сильными порывами ветра или ошибкой при запуске справиться не мог.

Представим алгоритм управления «Жука» Кеттеринга:

1) Перед стартом задавались максимальная высота и число оборов пропеллера.

2) Происходил запуск с рельсовой катапульты.

3) Аппарат выходил на заданную высоту (контроль высоты осуществлялся с помощью барометрического альтиметра).

4) Автопилот поддерживал неизменный курс благодаря воздействию гироскопа (полёт представлял собой движение по прямой).

5) При достижении заданного числа оборотов (нужного расстояния), происходило отключение двигателя и сброс крыльев. Корпус аппарата падал вертикально вниз в цель.

Аппарат имел малую дальность и мог двигаться только по прямой из пункта «А» в пункт «Б». Маршрут с большим количеством точек был невыполнимой задачей, как и возвращение аппарата на место старта.

Выявим технические противоречия (ТП), имеющиеся в описываемой системе, для единообразия в формулировках противоречий все рассматриваемы системы будем называть БПЛА:

ТП1. При повышении степени стабилизации БПЛА по крену, путём введения стабилизирующих элементов на крыльях, недопустимо повышается вес аппарата.

ТП2. При повышении степени стабилизации БПЛА по крену, путём введения стабилизирующих элементов на крыльях, недопустимо повышается сложность конструкции.

ТП3. При повышении степени стабилизации по курсу недопустимо уменьшается расстояние до цели.

ТП4. При повышении сложности маршрута недопустимо повышается сложность конструкции.

Противоречие ТП4 было разрешено использованием приёмов вынесения, непрерывности полезного действия, «посредника», путём замены инерциального автопилота на систему радиоуправления. Этап ТРИЗ-эволюции представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Первый этап эволюции.

2. Новая веха : появление радиоуправляемых летательных аппаратов .

В 1930-х годах армия США получила предложения поставлять радиоуправляемые беспилотные самолёты для различных нужд. Среди компаний, сделавших предложение, была Radioplane Company. Основана она Дени Реджинальдом, бывшим пилотом британской королевской авиации, который эмигрировал в США и стал актёром, а позже основал магазин и компанию по производству радио моделей самолётов .

Radioplane Company предложила армии США линейку радиоуправляемых моделей самолётов, среди которых присутствовала модель Radioplane OQ-2 (рис. 5). Это первый дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА), поступивший в массовое производство. В общем было произведено 15000 моделей. Эксплуатация проводилась вплоть до 1948 года .

Radioplane OQ-2 представлял собой самолёт-мишень для обучения зенитных расчётов. Длина – 2,65 м. Размах – 3,73 м. Взлётный вес – 47 кг. Максимальная скорость – 137 км/ч. Максимальное время полёта – 1 час.

Рисунок 5 – Внешний вид Radioplane OQ-2

Запуск происходил с катапульты, а управлялась беспилотная радио модель оператором с земли, который мог имитировать различный ситуации (например, заход истребителя для атаки). Если аппарат оставался цел после полёта, посадка происходила с помощью выбрасываемого парашюта и неубираемого шасси (было не у всех моделей), которое смягчало удар о землю. Блок-схема системы управления представления на рисунке 6.

Рисунок 6 – Блок-схема радиоуправления

Радиоуправление позволило беспилотникам следовать по сложным маршрутам и выполнять сложные манёвры в воздухе, превосходя в этом «Жука» Кеттеринга и «Крылатую торпеду» Сперри. Аппараты получили возможность возвращаться на стартовую позицию, что увеличило количество их использования. Малогабаритная конструкция Radioplane OQ-2 и простота позволили развивать ему большие скорости и покрывать большее расстояние. Однако появилась проблема с малым потолком использования в 2438 м.

Аппаратура того времени позволяла эффективно использовать Radioplane OQ-2 только в поле видимости оператора. Именно так оператор с земли мог производить управление беспилотником. Если аппарат вылетал из радиуса видимости, то его можно было контролировать только радаром, что не обеспечивало эффективного наблюдения и снижало точность позиционирования.

При рассмотрении Radioplane OQ-2 можно выявить следующие противоречия:

ТП5. При увеличении дальности, путём увеличения пунктов управления по маршруту движения радиоуправляемого аппарата, недопустимо увеличивается объём наземной аппаратуры управления.

ТП6. При увеличении дальности, путём увеличения пунктов управления по маршруту движения радиоуправляемого аппарата, недопустимо увеличивается количество персонала.

ТП7. При увеличении дальности, путём увеличения объёма топливного бака, недопустимо увеличивается вес.

Второй этап эволюции показан на рисунке 7.

Противоречие ТП7 было разрешено использованием приёмов вынесения, непрерывности полезного действия, «посредника».

Рисунок 7 – Второй этап эволюции

3. Разработки второй мировой войны .

Фау-1 – самолёт-снаряд, прообраз современных крылатый ракет, состоял на вооружении армии Германии в середине Второй мировой войны (рис. 8). Эта ракета создана в рамках проекта «Оружие возмездия». Проект беспилотного аппарата разработан немецкими конструкторами Робертом Луссером и Фритцем Госслау. Разработка производилась в период 1942-1944 гг .

Фау-1 была построена по самолётной схеме, в задней части корпуса над рулём курса крепился реактивный двигатель. В процессе разработки проекта появилась необходимость ввести стабилизаторы и гироскоп для стабилизации аппарата во время полёта.

На земле перед запуском беспилотному аппарату задавали значения высоты и курса, а так же дальность полёта. Наведение выполнялось по магнитному компасу. После пуска аппарата (производился с катапульты, либо с самолёта-носителя – модифицированного бомбардировщика Heinkel He 111 H-22) он летел с помощью автопилота по заданному курсу и на заранее определённой высоте. Стабилизация по курсу и тангажу осуществлялась на базе показаний 3-степенного гироскопа: по тангажу суммировались с показаниями барометрического датчика высоты; по курсу – со значениями угловых скоростей от двух 2-степенных гироскопов, используемых для уменьшения колебаний снаряда. Управление по крену отсутствовало, так как Фау-1 была достаточно устойчива вокруг продольной оси .

Рисунок 8 – Внешний вид Фау-1

Автопилот был пневматическим устройством, работающим на сжатом воздухе. Золотники пневматических машинок рулей курса и высоты приводились в действие воздушным давлением, в зависимости от показаний гироскопов. Сами гироскопы раскручивались также сжатым воздухом. Расстояние полёта задавалось на специальный механический счётчик, а прикреплённый на нос снаряда анемометр постепенно сводил значение к нулю. По достижении нулевого значения происходило разблокирование ударных взрывателей и отключение двигателя. Примерна блок-схема показана на рисунке 9.

Длина – 7.75 м. Размах крыльев – 5,3 (5,7) м. Максимальная скорость – 656 км/ч (по мере расходования топлива скорость доходила до 800 км/ч). Дальность доходила до 280 км.

Фау-1 могла летать только по прямой (как «Жук» Кеттеринга), однако покрывала большее расстояние и развивала гораздо большую скорость.

Рисунок 9 – Блок-схема системы управления.

После рассмотрения Фау-1 были выделены следующие технические противоречия:

ТП8. При упрощении процесса старта, путём отказа от катапульты, недопустимо увеличивается сложность конструкции.

ТП9. При увеличении сложности маршрута недопустимо увеличивается сложность оборудования.

ТП10. При увеличении сложности маршрута недопустимо увеличивается вес аппарата.

На основе вышеописанных противоречий выделен второй этап ТРИЗ-эволюции беспилотных летательных аппаратов (рис. 10).

Противоречия ТП8 и ТП9 были разрешены с помощью приёмов вынесения, непрерывности полезного действия, «посредника», путём замены самолётной схемы на вертолётную.

Рисунок 10 – Третий этап эволюции.

4. Противолодочный вертолёт .

Проект американского беспилотного летательного аппарата, а если точнее бдеспилотного вертолёта. Gyrodyne QH-50 DASH – первый в мире беспилотный вертолёт принятый на вооружение (рис. 11). Первый его полёт состоялся в 1959 году, и вплоть до 1969, когда ВМС США отказались от проекта, было произведено 700 аппаратов различных модификация. Изначально проектировались как штатное противолодочное вооружение ракетных крейсеров .

Рисунок 11 – Внешний вид Gyrodyne QH-50 DASH

Вертолёт был в длину 3,9 м, в высоту 3 м.. Вес неснаряжённого и снаряжённого соответственно 537 кг. и 991кг. Максимальный взлётный вес 1046 кг. Максимальная скорость 148 км/ч. и дальность 132 км. Практический потолок 4939 м. На борту нёс 33,6 галлонов топлива .

В отличие от предыдущих систем, аппарату не требовалась взлётная полоса или оборудование (например, катапульта), а требовалась небольшая ровная поверхность.

Беспилотный вертолёт разрабатывался для старта с палубы корабля. Перед запуском к нему подвешивали торпеды.

Контроль управления вёлся с пульта оператора (блок-схема системы управления представлена на рис. 12). На пульт также приходили данные о состоянии аппарата, сигналы оружейной системы. В дальнейшем было предложено ввести два пульта управления. По требованию, один пульт должен был находиться на палубе, а другой в командном пункте.

Так как торпеды весили много, пришлось отказаться от телеаппаратуры. Поэтому запускали сразу два вертолёта: один с аппаратом обнаружения и целеуказания; второй с вооружением.

Проект Gyrodyne QH-50 DASH был отменён из-за несовершенства системы управления и конструктивных дефектов, почти половина аппаратов разбились. Во время полёта у беспилотного вертолёта могло произойти самопроизвольное отключение аппаратуры управления. Также сказалось начало войны во Вьетнаме. Но использование беспилотного вертолёта вплоть до 2006 года как учебное пособие, объект экспериментов и т.д.

Рисунок 12 – Блок-схема системы управления.

Выделим противоречия беспилотного вертолёта Gyrodyne QH-50 DASH:

ТП11. При уменьшении габаритов беспилотного аппарата недопустимо уменьшается показатель полезной нагрузки.

ТП12. При уменьшении габаритов беспилотного аппарата недопустимо уменьшается дальность полёта.

Противоречия ТП10 и ТП11 были разрешены с помощью приёмов вынесения, объединения, универсальности, замены механической схемы, путём создания доступных контроллеров полёта для авиамоделистов.

По этим противоречиям составим этап ТРИЗ-эволюции (рис. 13).

Рисунок 13 – Четвёртый этап эволюции.

5. « Беспилотники » в массы . Полётные контроллеры для моделирования .

В наше время беспилотные летательные аппараты перестали быть военными «игрушками». В начале XXI века всё больше и больше различных БПЛА находят применение в гражданских сферах: аэросъёмка, доставка грузов, отдых и досуг, образование и др. Появилось множество схем конструкций (мультикоптеры, самолётного типа и др.). Теперь их можно спокойно купить в магазинах или даже сделать самому при покупке определённых комплектующих. О них и пойдёт речь далее.

Полётный контроллер – это основная плата управления, обеспечивающая функционирование беспилотного летательного аппарата.

Одним из первых популярных полётных контроллеров XXI века был MultiWii (рис. 14). Это открытый проект полётного контроллера на основе Arduino (аппаратной вычислительной платформе, основными компонентами которой являются простая плата ввода/вывода и среда разработки на языке Processing/Wirin (Си подобный)). Используется как элемент системы управления самодельных беспилотных аппаратов (в частности для мультикоптеров). Название MultiWii исторически сложилось потому, что в первых версиях были задействованы гироскопы из контроллера к игровой консоли Nintendo Wii.

Рисунок 14 – Внешний вид платы MultiWii

В данный момент платформа поддерживает большое количество сенсоров. Изначально нужно было докупать гироскопы из контроллера Wii Motion Plus и акселерометр из контроллера Wii Nunchuk, однако сейчас этого делать не нужно.

Так как основой проекта служит Arduino, то подключаемые модули (GPS, радио передатчик и т.д.) совместимо с проектом полётного контроллера ArduPilot (подробнее о нём поговорим ниже). По своей сути это плата с контактами, а не готовая система управления, к которой радиолюбитель может присоединять различные модули (в соответствии с нужными целями). Есть возможность настроить управление по радио пульту (с помощью приемника/передатчика радиосвязи) либо простые функции автопилота, такие как движение по точкам (необходим модуль GPS) и удержание курса (магнитометр). Естественно всё это возможно только при правильной настройке контроллера.

Изначально на плате был 8-битный микроконтроллер ATMega328 (тактовая частота до 20MHz, FLASH-память 32кб, SRAM-память 2кб), либо ATMega2560 (тактовая частота 16MHz, FLASH-память 256кб, SRAM-память 8кб). Но, т. к. проект является открытым, появились любительские версии с 32-битным STM32. Так же присутствуют встроенные датчики MPU6050 (3-осевой гироскоп и 3-осевой акселерометр), BMP085 (барометр) и HMC5883L (электронный магнитный компас). Информация представлена в общем виде и может отличаться для различных версий плат.

На рисунке 15 показана блок-схема системы управления.

Предполагаемый алгоритм управления:

1) Необходимо подключить все необходимые для задачи пользователя модули, предварительно записав программу в микроконтроллер (официальную или самодельную).

3) В зависимости от конструкции беспилотного аппарата, следует произвести запуск.

Полётные контроллеры в основном предназначались для радиоуправления. Хоть они и поддерживали некоторые функции автопилота, оператору приходилось контролировать полёт. Например, двигаясь по точкам маршрута, летающий аппарата может врезаться в возникшее препятствие, если не будет принято своевременных мер. Это относится и к остальным моделям полётных контроллеров, описанных ниже.

Рисунок 15 – Блок-схема системы управления.

ТП13. При повышении гибкости настройки управления контроллера недопустимо повышается сложность кода.

ТП14. При повышении гибкости настройки управления контроллера недопустимо повышается количество часов, требуемых на это.

Противоречия ТП13 и ТП14 были разрешены с помощью приёмов вынесения, объединения, универсальности, замены механической схемы.

Этап эволюции показан на рисунке 16.

Рисунок 16 – Пятый этап эволюции.

6. Новые аналоги .

Контроллер CopterControl3D (CC3D) создан в рамках открытого проекта Open Pilot,начатого в 2009 году (рис. 17). Как и MultiWii является небольшой и относительно дешевой программируемой платой, но в отличие от неё разрабатывался специально для квадрокоптеров. Так же получил своё программное обеспечение OpenPilot GCS для настройки. Примерно 90% квадрокоптеров используемых для управления First Person Viev (FPV, вид от первого лица – управление осуществляется не только по радио каналу, но и по дополнительному каналу принимается на экран видео в реальном времени) собираются любителями именно на этом контроллере.

Рисунок 17 – Внешний вид платы CC3D

На плате присутствует 32-битный микроконтроллер STM32F103 72MHz с FLASH-памятью 128кб и чип MPU6000 (совмещает 3-осевой гироскоп и 3-осевой акселерометр).

Информация представлена в общем виде и может отличаться для различных версий плат.

Блок-схема системы управления показана на рисунке 18 (отличия только в интерфейсах подключения устройств).

Рисунок 18 – Блок-схема системы управления

В системе выявлены следующие противоречия:

ТП15. При повышении гибкости управления контроллера, путём добавления функций автопилота, недопустимо повышается сложность кода.

ТП16. При повышении универсальности использования контроллера недопустимо повышается сложность кода.

Противоречия ТП15 и ТП16 были разрешены с помощью приёмов вынесения, универсальности, самообслуживания, «посредника».

Этап эволюции представлен на рисунке 19.

Рисунок 19 – Шестой этап эволюции

7. Решение от Arduino.

Полётный контроллер ArduPilot Mega (рис. 20), разработанный компанией Arduino. Главным отличием от предыдущих является поддержка не только летающих беспилотных аппаратов, но наземных и лодочных систем. Так же помимо радиоуправляемого дистанционного пилотирования – автоматическое управление по заранее созданному маршруту, т.е. полет по точкам, а так же обладает возможностью двухсторонней передачей телеметрических данных с борта на наземную станцию (телефон, планшет, ноутбук и т.д.) и ведение журнала во встроенную память.

Рисунок 20 – Внешний вид платы

Контроллер поддерживает программирование, как и прочие продукты Arduino, язык программирования Arduino (является стандартным C++ с некоторыми особенностями). При грамотной настройке позволяет превратить любой аппарат в автономное средство и эффективно использовать его не только в развлекательных целях, но и для выполнения профессиональных проектов. По сравнению с вышеописанными платами более стабильно ведёт себя во время полёта, может неплохо выполнять некоторые фигуры полёта.

Контроллер поддерживает авиасимулятор через ПО Mission Planner, который позволят настроить управление, проложить маршрут и т.д.

На плате установлен микроконтроллеры ATMega2560 и ATMega32U2 (8-битный, тактовая частота 16 MHz, FLASH-память 32кб, SRAM-память 1 кб), датчики MPU6000 и MS5611 (барометр).

Блок-схема системы управления показана на рисунке 21.

Рисунок 21 – Блок-схема системы управления.

В рассмотренной системе были выявлены следующее противоречие:

ТП17. При повышении гибкости управления контроллера недопустимо уменьшается универсальность использования контроллера.

ТП18. При повышении качества платы недопустимо повышается цена.

ТП19. При повышении гибкости управления контроллера недопустимо повышается сложность схемы подключения периферии.

Противоречия ТП17 и ТП18 были разрешены с помощью приёмов объединения, дешёвой замены, универсальности, путём создания универсального полётного контроллера.

На рисунке 22 показан этап эволюции.

Рисунок 22 – Седьмой этап эволюции.

8. Новое поколение .

Pixhawk – полетный контроллер нового поколения (рис. 23), дальнейшая разработка проекта PX4 и программного кода Ardupilot от 3DRobotics. В контроллере присутствует операционная система реального времени NuttX.

Контроллер поддерживает большое количество систем:

наземные, воздушные, наводные. Поддерживает различные модули и стандарты для их связи. Из-за своей универсальности и стал популярным. Поддерживает использование ПО Mission Planner как ArduPilot.

Рисунок 23 – Внешний вид контроллера Pixhawk

На плате установлен 32-битный микропроцессор STM32F427 Cortex M4 (168MHz, FLASH-память 2 Мб, RAM- память 256кб) и 32-битный сопроцессор STM32F103. Так же присутствуют датчики: ST Micro L3GD 20 – 3-осевой гироскоп, ST Micro LSM303D – 3-осевой акселерометр/магнитометр, MPU6000 - 3-осевой акселерометр/гироскоп, MEAS MS5611 – барометр.

Блок-схема системы управления показана на рисунке 24.

Рисунок 24 – Блок-схема системы управления.

Выявим противоречия описанной системы:

ТП20. При повышении гибкости управления аппарата недопустимо повышается сложность аппаратуры управления.

Противоречия ТП20 были разрешены с помощью приёмов объединения, универсальности, путём создания многофункционального БПЛА с открытым кодом для любительских разработок.

Этап эволюции представлен на рисунке 25.

Рисунок 25 – Восьмой этап эволюции.

9. Готовое решение .

В 2010 году французская фирма Parrot выпустила на рынок свой беспилотный летательный аппарат AR.Drone. Через пару лет была выпущена обновлённая версия Parrot AR.Drone 2.0 (рис. 29). Проект квадрокоптера был полностью открыт для идей пользователей, что помогло ему стать хитом.

У Parrot AR.Drone 2.0 имеются четыре мотора мощностью 14,5 Вт. Максимальная скорость – 18 км/ч. Масса дополнительной полезной нагрузки – 150 г. Процессор ARM Cortex A8 с частотой 1 ГГц. с 800 Гц. DSP TMS320DMC64x для обработки видео сигналов. RAM DDR2 1Гбит. Две камеры: основная для съёмки и режима FPV с разрешением 720p; дополнительная камера с разрешением 240p для измерения горизонтальной скорости, расположена снизу.Wi-Fi точка для подключения устройства управления (смартфон или планшет с ОС Android или iOS) .

Рисунок 29 – Внешний вид Parrot AR.Drone 2.0

Открытость проекта позволяет к готовому аппарату подключать дополнительные компоненты. Это была одна из привлекательных черт описываемого квадрокоптера. Также пользователи могли программировать его полётный контроллер, либо создавать различные приложения для управления на языках C, Java и Objectiv-C.

Примерная блок-схема управления представлена на рисунке 30.

Одна из главных проблем всех беспилотных летающих аппаратов заключается в том, что если во время режима автопилота перед ними возникнет препятствие (будь то стена, дерево, другой летающий аппарат или даже человек) столкновения не избежать. Максимум на что можно рассчитывать, что БПЛА попытается остановиться или оператор вовремя вмешается в процесс. Однако, если прогнозы развития верны и в ближайшее время нас ожидает дальнейшее развитие рынка беспилотных летательных аппаратов, эта проблема будет всё больше набирать актуальность.

Рисунок 30 – Блок-схема системы управления.

Выявленные противоречия:

ТП21. При добавлении дополнительной аппаратуры, повышающей функционал автопилота, недопустимо повышается вес аппарата.

10. Дальнейшее развитие .

Дальнейшее развитие беспилотных систем, в том числе БПЛА, заключается во внедрении в систему управления искусственного интеллекта. Интеллектуальная система управления позволит ещё больше развить функции автопилота, автоматизировать беспилотные аппараты. При этом действия оператора сводятся только к подготовке аппарату к началу полёта и непосредственно к самому запуску.

Но возникает техническое противоречие ТП21. Это противоречие разрешается принципами объединения, универсальности, непрерывности полезного действия, «посредника».

Интеллектуальную систему управления можно реализовать на микропроцессорном компьютере (например, Raspberry Pi) с несколькими датчиками (2 видео камеры и лидар). Такая система при движении по заданному маршруту сможет определить появившееся препятствие, которым может быть человек, другой БПЛА или дерево, стена, которые не заметил оператор при составлении маршрута. Данная система будет распознавать объекты методом компьютерного зрения и определять вектор движения этих объектов. После определения вектора движения, система сравнит его с вектором БПЛА и построит маршрут уклонения с минимальным уходом с маршрута. Такая схема несильно повлияет свои весом на характеристики беспилотного летательного аппарата, но значительно повысит степень его «выживаемости».

Литература и примечания :

Куда полетит беспилотник без пилота – День за днем [электронный ресурс] // LIVEJOURNAL.COM: Живой журнал. – Электрон. данные. URL: http://novser.livejournal.com/9293

99.html OQ-2 [электронный ресурс] // AVIA.PRO: Новости авиации. – Электрон. данные. URL: http://avia.pro/blog/oq-2

(дата обращения 14.11.2016 г.). – Заглавие с экрана.

Фау-1 [электронный ресурс] // ANAGA.RU: Информационный портал «Столичный комитет». 2008 г. – Электрон. данные. URL: http://anaga.ru/v-1.htm (дата обращения

17.12.2016 г.). – Заглавие с экрана. Gyrodyne Helicopter Co. Mfg of QH-50 series of VTOL

UAVs. [электронный ресурс] // GYRODYNEHELICOPT ERS.COM: Информационный сайт. – Электрон. данные. URL: http://www.gyrodynehelicopters.com/dash_weapon_system.htm

(дата обращения 14.11.2016 г.). – Заглавие с экрана.

AR.Drone 2.0: обзор возможностей и дополнений [электронный ресурс] // XAKER.RU: Электронный журнал. – Электрон. данные. URL:

Что такое беспилотный летательный аппарат и как работают дроны? Ответы на эти вопросы вы найдете в данной статье.

Сразу стоит сказать, что дроны постоянно эволюционируют: новые технологии и инвестиции в этот сегмент приводят к тому, что каждый месяц появляются продвинутые модели.

Технология БПЛА охватывает все: от аэродинамики аппарата и материалов для его изготовления до печатных плат, микросхем, программного обеспечения, которые в совокупности составляют мозг беспилотника.

Одной из самых популярных моделей на рынке является DJI Phantom 3. Этот дрон пользуется спросом среди людей, занимающихся воздушной съемкой. Несмотря на то, что сегодня он слегка устарел, в нем используется множество передовых технологий, присутствующих и в самых свежих моделях БПЛА. Этот аппарат идеально подходит в качества образца для объяснения как работает данный класс устройств.

Сейчас на рынке появились новые высокотехнологичные дроны, такие как и Inspire 2. Темп развития технологии просто поражает.

Как работают БПЛА

Типичный беспилотный летательный аппарат изготовлен из легких композитных материалов: это способствует снижению веса корпуса и увеличению маневренности устройства. Свойства таких материалов позволяют военным дронам совершать полеты на чрезвычайно больших высотах.

Дроны оснащаются различными технологиями, такими как инфракрасные камеры, GPS и лазеры (в большей мере, это относится именно к военным образцам). Беспилотники могут быть управляемы дистанционной системой, которую иногда еще называют наземной кабиной. То есть можно говорить, что БПЛА состоит из 2-х частей: самого дрона и его системы управления.

« Нос» беспилотника – это то место, где расположены его датчики и навигационная система. Все остальное размещается в «теле» устройства. Композитный материал, из которого изготавливаются аппараты, помимо своей легкости еще и способен поглощать вибрацию.

Типы и размеры дронов

БПЛА бывают самых разных размеров, причем самые большие из них используются чаще всего в военных целях, например, Predator. Следом за ними идут средние беспилотники с фиксированными крыльями, которым для взлета требуется небольшая взлетно-посадочная полоса. Такие модели используются для охвата обширных территорий, например, для географической съемки или борьбы с браконьерами.

Еще меньше по размерам модели, называемые VTOL дроны. Большинство из них – это квадрокоптеры. Эти беспилотники способны взлетать и приземляться вертикально. Аббревиатура VTOL означает «вертикальный взлет и посадка». К примеру, такой маленький дрон как DJI Spark вовсе можно запускать с ладони.

Определение местоположения и возвращение домой

Многие из последних БПЛА оснащены двумя глобальными навигационными системами (GNSS), включающими в себя GPS и ГЛОНАСС. Дроны могут совершать полеты как используя GNSS, так и без помощи спутников. Например, устройства DJI могут летать в режиме P-Mode (GPS и GLONASS) или ATTI, который не использует спутниковую навигацию.

Высокоточная навигация очень важна для дронов занимающихся картографической съёмкой, а также для беспилотников, выполняющих поисково-спасательные миссии.

При первом включении квадрокоптера происходит поиск и обнаружение спутников GNSS. Система GNSS использует технологию Satellite Constellation (спутниковая группировка). Принцип ее работы заключается в координации и синхронизации всех спутников, что позволяет ей охватывать всю зону покрытия, не оставляя «слепых пятен».

Радиолокационная технология БПЛА при включении устройства отобразит на пульте дистанционного управления (ПДУ) следующую информацию:

Сигнал об обнаружении достаточного количества спутников GNSS и готовность к полету.
Текущую позицию дрона относительно пилота.
Запись исходной точки для функции «Возращение домой».

Большинство современных беспилотных летательных аппаратов имеют три типа этой функции:

«Возвращение домой» по приказу пилота, нажавшего соответствующую кнопку на ПДУ или в приложении.
Низкий уровень заряда батареи, который приводит к автоматическому возврату дрона.
Потеря сигнала между БПЛА и ПДУ: в этом случае устройство также возвращается на исходную позицию.

Например, дрон при использовании опции RTH (Return to Home) будет обнаруживать все препятствия на обратном пути и активно их избегать. В условиях недостаточного освещения функция RTH будет работать так:

При обнаружении препятствия беспилотник замедляется.
Он останавливается и начинает парить из стороны в сторону и вверх-вниз до тех пор, пока не найдет способ обойти препятствие.
Затем БПЛА возвращается на исходную позицию.

Гиростабилизация, IMU и контроллер полета

Технология гиростабилизации позволяет дронам летать плавно и без рывков. Гироскоп должен работать молниеносно, чтобы обеспечивать стабильный полет устройства. Кроме того, он предоставляет всю необходимую навигационную информацию пилоту, т.е. вам.

Инерциальный измерительный блок (IMU) служит для отслеживания текущего ускорения устройства, используя для этого сочетание нескольких акселерометров. Некоторые блоки IMU включают в себя еще и магнитометр, служащий для дополнительной стабилизации аппарата.

Гироскоп является составной частью IMU, а тот в свою очередь – важный компонент контрольно-измерительной системы БПЛА. Контроллер полета (Flight Controller) – это, по сути, центральный мозг беспилотника.

Двигатель дрона и конструкция пропеллеров

Благодаря своим двигателям и пропеллерам дроны способны летать в любых направлениях. На квадрокоптерах они работают парами: 2 двигателя и 2 пропеллера, вращающихся по часовой стрелке (CW Propellers) и пара двигателей с пропеллерами, вращающимися против часовой стрелки (CCW Propellers).

Они получают данные от контроллера полета и электронных регуляторов скорости (ESC) и в соответствии с ними заставляют дрон парить на одном месте либо лететь в нужном направлении.

Параметры полета на экране в режиме реального времени

Следить за телеметрией полета и наблюдать за всем тем, что видит дрон можно с помощью ПДУ или смартфона.

Технология «No Fly Zone»

Чтобы повысить безопасность и предотвратить полеты в запретных зонах, последние беспилотные аппараты от DJI и других производителей включают в себя функцию «No Fly Zone».

Эти запретные зоны подразделяются на две категории: А и В. Производитель с помощью обновления прошивки может изменять и корректировать размер и местоположение этих зон.

Подготовка к полету

После включения устройства происходит поиск спутников GPS. Когда дрон обнаружит как минимум 6 спутников, то на экране пульта управления появится надпись «Готов к полету».

Внутренний компас и функция Failsafe

Позволяет БПЛА и системе дистанционного управления точно обнаруживать свое текущее местоположение. Калибровка компаса необходима для установки точки возвращения. После того как данная точка будет установлена, в случае потери сигнала между дроном и системой дистанционного управления, БПЛА вернется «домой». Эта функция известна под названием Failsafe.

Технология трансляции видео от первого лица

FPV расшифровывается как « First Person View » и означает наличие камеры, которая устанавливается на беспилотнике, а затем транслирует видео в режиме реального времени на принимающее устройство пилота на земле. То есть, человек, управляющий дроном, может почти буквально «видеть его глазами», а не просто наблюдать за БПЛА с земли.

Данная функция также позволяет более точно управлять дроном, особенно, когда дело касается ухода от столкновения с препятствиями. С ее помощью очень удобно управлять дроном, летающим в закрытом помещении, а также в тех случаях, когда наблюдение с земли за БПЛА по ряду причин просто невозможно (например, вы отправили дрон в лес или в горы).

Исключительно быстрый рост и развитие гоночных соревнований дронов не был бы возможен без FPV технологии.

Такие «гоночные» дроны оснащены встроенным многодиапазонным беспроводным передатчиком FPV. В зависимости от типа беспилотника принимать транслируемое видео может как ПДУ, так и компьютер, планшет или смартфон.

Разумеется, передача видео в режиме реального времени напрямую зависит от силы сигнала между ПДУ и дроном. Новейшие беспилотники, такие как DJI Mavic и Phantom 4 Pro могут транслировать «живое видео» на расстоянии до 7 км. Phantom 4 Pro и Inspire 2 используют новейшую систему передачи DJI Lightbridge 2 .

Дроны, такие как DJI Mavic Pro, используют интегрированные контроллеры и интеллектуальные алгоритмы для установки нового стандарта беспроводной передачи изображений высокого разрешения путем снижения задержки и увеличения максимального диапазона связи.

FPV для сетей 4G / LTE

В 2016 году появилась новая технология, позволяющая передавать видео в режиме реального времени с минимальной задержкой с помощью 4G. Технология получила название Sky Drone FPV 2.Она включает в себя установку на дрон камеры, модуля данных и 4G модема.

Прошивка и порт для обновлений

Обновить систему управления полетом практически любого нового дрона можно с помощью ПК, используя USB-кабель.

БПЛА можно описать как летающий компьютер, с установленной на нем камерой и разными датчиками. Как и у любого компьютера, у дронов имеется прошивка – программное обеспечение, отвечающее за работу беспилотника и его управление.

Производители БПЛА выпускают обновления для исправления ошибок и добавления новых функций устройства.

Светодиодные индикаторы полета

Он расположены на передней и задней частях беспилотного летательного аппарата. Передние светодиоды обозначают «нос» устройства. Задние же загораются тогда, когда разряжен аккумулятор устройства, чтобы его владелец сразу это заметил.

Система дистанционного управления БПЛА

Представляет собой устройство беспроводной связи, использующее частоту 5,8 ГГц. Дрон и ПДУ должны быть сопряжены по умолчанию, что называется «из коробки». В эту систему входит приемник, встроенный в ПДУ и ряд других элементов, о которых ниже.

Расширитель диапазона частот БПЛА

Это тоже устройство беспроводной связи, которое работает на частоте 2,4 ГГц. Оно используется для расширения диапазона связи между смартфоном или планшетом и дроном на открытых пространствах.

Дальность передачи может достигать 700 м. Каждый такой расширитель имеет уникальный MAC-адрес и сетевое имя (SSID).

Как упоминалось выше, некоторые модели могут летать на расстоянии до 7 км, при этом транслируя видео. Это хорошая реклама расширителей диапазона – поэтому они пользуются большой популярностью среди пользователей.

Приложения для смартфонов, превращающие их в наземные станции

Большинство современных дронов могут управляться как с ПДУ, так и со смартфона с помощью специального приложения. Такие приложения полностью заменяют пульт дистанционного управления, скачать их можно из Google Play или Apple Store. У каждого производителя имеется свое фирменное приложение, например, Go 4 от DJI.

Высокопроизводительная камера

В новейших беспилотных аппаратах от DJI, Walkera, Yuneec и других производителей установлены камеры, которые могут снимать видео в формате 4К, а также делать 12-ти мегапиксельные снимки.

Многие старые модели БПЛА использовали камеры, не совсем пригодные для аэрофотосъёмки. Из-за широкоугольного объектива снимки часто имели искажения. В последних же моделях такой недостаток устранен.

Дроны с зум-объективом

В 2016 и 2017 годах на рынке появился ряд карданных подвесов с интегрированными камерами, поддерживающими функцию Zoom.

DJI выпустила Zenmuse Z3, которая является интегрированной камерой с воздушным зумом и оптимизирована для фотосъемки. Zenmuse Z3 имеет 7-кратный зум, состоящий из 3,5-кратного оптического и двумерного цифрового, с диапазоном фокусного расстояния от 22 до 77 мм, что делает ее идеальной для промышленного применения.

Затем в октябре 2016 года DJI выпустила камеру Zenmuse Z30. Zenmuse Z30 представляет собой интегрированную камеру с 30-кратным оптическим и 6-кратным цифровым зумом с полным увеличением до 180x. Это позволяет использовать ее в промышленности, например, для осмотра башен сотовой связи для получения подробной информации о состоянии проводов и конструкции в целом. Zenmuse совместим с диапазоном частот дронов DJI Matrice.

Walkera Voyager 4 поставляется с невероятной камерой с 18-ти кратным зумом. Данная камера имеет возможность вести съемку на все 360 градусов. Запись видео производится в формате 4K со скоростью 30 кадров в секунду.

Карданные подвесы

Технология карданных подвесов имеет огромное значение для качественной фото-, видеосъемки. Карданный подвес позволяет изолировать камеру от вибрации, исходящей от самого БПЛА. Кроме того, с его помощью камера может изменять углы обзора. Большинство 3-х осевых стабилизирующих карданов способны работать в двух съемочных режимах: обычном и FPV.

Практически все новые БПЛА оснащены такой системой. Лидером в этой области является DJI со своей линейкой Zenmuse.

Датчики БПЛА

Мультиспектральные, лидарные, фотограмметрические и тепловизионные датчики используются в беспилотных аппаратах для высокоточного картографирования и аэрофотосъемки. С их помощью можно получать цифровые карты высот (DEMS), а также данные о состоянии сельскохозяйственных культур, цветов, кустарников, деревьев и даже фауны.

В 2016 году на рынке появились дроны с Time-of-Flight, так называемыми «времяпролетными» датчиками, определяющие расстояние до объекта. Эти сенсоры могут быть использованы в различных целях: для сканирования объектов, внутренней навигации, предотвращения столкновении с препятствиями, 3D-съемки, в играх дополненной реальности и многих других областях.

Дрон может быть запрограммирован на полет над определенной областью с использованием автономной навигационной системы. Камера БПЛА будет делать снимки с интервалом 0,5 или 1 сек. Затем эти изображения «сшиваются» воедино с помощью специального ПО и в результате получается 3D-карта местности.

Компания DroneDeploy является одним из лидеров в создании программного обеспечения для 3D-картографии в сельском хозяйстве. Их последний продукт под названием Fieldscanner работает с большинством новейших беспилотных летательных аппаратов.

Технология обнаружения препятствий и предотвращения столкновений

Современные беспилотники практически всегда оснащены такими системами. Датчик обнаружения препятствий постоянно сканирует окружение. Одновременно с этим программные алгоритмы и технология SLAM создают 3D-карту, которая обрабатывается контроллером полета и позволяет дрону избегать столкновений. Эта система использует один из нескольких датчиков для лучшего распознавания потенциально опасных объектов:

видеосенсор,
ультразвуковой,
инфракрасный,
лидар,
монокулярное зрение.

Защита от падения (Anti-Drop Kit)

Защищает камеру в случае аварийного падения БПЛА.

ПО для редактирования видео

Наличие высококачественного видеопрограммного обеспечения важно как для съемки, так и для последующей обработки материала. Большинство современных дронов могут снимать в формате Adobe DNG, что очень удобно для последующей работы с полученными изображениями.

Операционные системы, которые используют дроны

Основная масса беспилотников работают под управлением Linux, остальные используют MS Windows. Также, у Linux Foundation есть проект, запущенный в 2014 году, под названием Dronecode*.

*Dronecode - проект по созданию свободной платформы с открытым исходным кодом для беспилотных летательных аппаратов.

Последние высокотехнологичные беспилотники

Львиную долю рынка инновационных дронов занимает, конечно же, компания DJI. Вот список новейших устройств, на которые стоит обратить внимание:

– маленький беспилотник, который может взлетать с ладони.

– небольшой складной дрон с датчиками предотвращения столкновения, расположенными спереди и снизу. Супер стабильный полет и возможность снимать видео в формате 4k.

DJI Phantom 4 Pro – с технологией предотвращения столкновения «Vision». Многоцелевой беспилотный летательный аппарат, способный вести аэрофотосъемку и фотограмметрические работы. Встроенная камера оснащена 4-х кратным зумом.

DJI Inspire 2 – запатентованная конструкция и двигатели. Многоцелевой беспилотник с подвесными карданами и камерой, предназначенной для аэрофотосъемки, записи видео в 5К, фотограмметрии, съёмки мультиспектральных и тепловизионных изображений.

Yuneec Typhoon H Pro – использует запатентованную технологию предотвращения столкновений Intel «Realsense». Отлично подходит для профессиональной аэрофотосъемки.

Walkera Voyager 4 – профессиональный дрон с 18-кратной оптической трансфокаторной камерой, что делает его идеальным для поисково-спасательных работ.

DJI Matrice 200 Commercial Quadcopter – дрон со встроенной двойной батареей, системами IMU и спутниковой навигацией. Поддерживает установку 2-х камер (например, камеры с тепловизором и зумом). Оснащен видеосенсором, ультразвуковым и ToF датчиками. Идеально подходит для осмотра труднодоступных объектов с целью оценки их состояния.

Интеллектуальные режимы полета

Все вышеперечисленные БПЛА имеют множество разных интеллектуальных режимов полета. Особенно ярко на фоне остальных выделяется Phantom 4 Pro от DJI, имеющий такие режимы как:

Active Track (Profile, Spotlight, Circle) - активный трек;
Draw Waypoints - рисунок точек пути;
TapFly - интеллектуальный режим полета;
Terrain Follow Mode - режим рельефа местности;
Tripod Mode - режим штатива;
Gesture Mode - режим жестов;
S-Mode (спорт);
P-Mode (позиция);
A-Mode (положение в воздухе);
Beginner Mode - начальный режим;
Course Lock - блокировка курса;
Home Lock - домашний замок;
Obstacle Avoidance - обхождение препятствий.

Использование БПЛА

Дронов можно использовать в самых различных целях. Когда вы устанавливаете камеру или датчики, такие как лидар, тепловизор, ToF, мультиспектральный и многие другие, диапазон применения устройств расширяется еще больше.

Лучшие видео на тему БПЛА

Ниже размещены 2 видеоролика, в которых подробно рассказывается о технологии БПЛА. На первом видео ведущий специалист по БПЛА Раффаэлло Д"Андреа даст зрителям представление о ПО, лежащем в основе технологии беспилотных летательных аппаратов. Он также расскажет об алгоритмах работы, теории управления и проектирования на основе разных моделей (видео, к сожалению, не адаптировано на русский язык).

Военные беспилотники

Следующее видео – это рассказ о том, что настоящее и будущее военной техники принадлежит беспилотным летательным аппаратам, таким как Predator и Reaper.

Два военных БПЛА среднего размера, которые в настоящее время активно используются – это Predator MQ-1B и MQ-9 Reaper . Их применяли в Афганистане и Пакистане.

Последние несколько лет характеризуются значительными инвестициями в разработку дронов, особенно в секторе бизнеса и потребительских БПЛА. Технологии действительно удалось совершить громадный рывок всего лишь за несколько лет.

По материалам DroneZon

Изобретение относится к области управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) в чрезвычайных ситуациях. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности приведения БПЛА как в радиоконтрастную точку, так и в точку, не имеющую радиолокационного контраста, без существенных аппаратных затрат при модернизации существующих систем. Система управления беспилотным летательным аппаратом содержит автопилот, бортовую электронно-вычислительную машину (БЭВМ), пульт предстартовой подготовки и ввода полетного задания, радиолокационный координатор с фазоманипулированным зондирующим сигналом, который содержит антенну, передатчик и приемник, дальномер, синхронизатор и устройство обработки сигналов, в состав которого входят фильтр сжатия сигналов, пороговое устройство, устройство фиксации координат, три переключателя, устройство фиксации максимума и блок формирования порога. 11 ил.

Изобретение относится к системам управления местоположением и курсом беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и может быть использован при проектировании БПЛА, предназначенных для высокоточного приведения в заданную точку земной поверхности, в частности, для доставки груза в зараженные районы или на объекты, блокированные террористами. Известна система управления БПЛА , которая содержит радиолокационный визир (измеритель координат и параметров объекта назначения, или, иначе, координатор), измеритель координат и параметров движения управляемого объекта, устройство формирования сигналов управления, устройство обработки информации, радиовысотомер, блок задания порога, управляемый переключатель, устройство коррекции высоты и вертикальной скорости. В качестве измерителя координат и параметров движения управляемого объекта (БПЛА) использована система инерциальной навигации. Устройство формирования сигналов управления, включающее программный блок, устройство обмена информацией и вычислительные блоки, представляет собой бортовую электронно-вычислительную машину (БЭВМ), организующую процессы обмена информацией между элементами системы управления БПЛА и в соответствии с заложенными в ней алгоритмами принимающую решение об управлении БПЛА путем изменения или коррекции управляющих сигналов автопилота. Известная система управления достаточно эффективна при необходимости приведения БПЛА в радиоконтрастную точку или к радиоконтрастному объекту. Это достигается следующим образом. Координатор при помощи антенны сканирует пространство перед БПЛА и, анализируя отраженные сигналы по направлению и дистанции, определяет координаты искомого объекта по центру тяжести наблюдаемого двумерного массива (алгоритмы приведены, например, в [ 2, стр. 25]). Недостатком известной системы управления БПЛА является невозможность приведения БПЛА в такое место поверхности, которое не обладает радиолокационным контрастом на фоне окружающих его других объектов естественного и искусственного образования. Для приведения БПЛА в заданную точку земной поверхности, не обладающую радиолокационным контрастом, используются системы, которые объединены в литературе под общим названием корреляционно-экстремальные системы наведения . Сущность корреляционно-экстремальных систем заключается в том, что локатор осматривает участок поверхности под летательным аппаратом (локатор высотомера), сбоку от летательного аппарата (локатор бокового обзора), перед собой (локатор переднего обзора) или сзади (локатор заднего обзора). Результаты осмотра сравниваются с эталонной радиолокационной картой и по максимуму коэффициента корреляции наблюдаемого изображения и эталонной карты определяются координаты истинного местоположения БПЛА относительно заданной на момент измерения теоретической (или программной) точки его местонахождения. Эта разница координат используется при коррекции автопилота для дальнейшего программного полета БПЛА к заданной точке поверхности земли. Необходимым условием реализации подобных систем является наличие в них коррелятора, реализованного на универсальной (или специализированной) высокопроизводительной бортовой вычислительной машине или на основе оптического коррелятора. Во вновь проектируемых системах управления БПЛА, предназначенных для точного приведения к радиоконтрастным и к нерадиоконтрастным объектам, необходимо совмещать оба принципа наведения и соответственно нести суммарные аппаратные затраты на обычную обработку принимаемых сигналов (выделение сигнала на фоне шума, селекция помех и классификация наблюдаемых объектов, определения координат выбранной наиболее яркой точки) и на корреляционную обработку пространственного радиолокационного изображения. Однако при этом необходимо учитывать следующее. Реализация корреляционно-экстремальной системы требует применения локатора с высокой разрешающей способностью как по дистанции, так и по угловым координатам, т. е. требует локатора бокового обзора с синтезированной апертурой, либо локатора с узкой диаграммой направленности. В силу ограниченности размеров антенны на БПЛА приходится использовать миллиметровый диапазон радиоизлучений, который позволяет максимально сузить диаграмму направленности антенны и, соответственно, улучшить разрешающую способность по угловым координатам. Однако, дальность действия локатора миллиметрового диапазона в сильной степени зависит от погодных условий, что, в свою очередь, ограничивает его применение на БПЛА. Для устранения этого недостатка возможно использование многоканальных бортовых РЛС, использующих сразу два диапазона радиоизлучений: сантиметровый и миллиметровый. При этом сантиметровый диапазон обеспечивает большую дальность и всепогодность, а миллиметровый - лучшую точность на малой дистанции. Недостатком корреляционно-экстремальных систем с многоканальными бортовыми локаторами является существенное возрастание аппаратурных затрат. В модернизируемых системах управления БПЛА невозможно внести существенные изменения в аппаратуру, особенно в части введения дополнительных приборов и связей. Поэтому необходимо искать другие пути практической реализации первого (контрастный объект) или второго (неконтрастный объект) принципов управления наведения БПЛА. Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является система управления БПЛА, использующая в качестве координатора одноканальную бортовую РЛС сантиметрового диапазона с фазоманипулированным зондирующим сигналом . Кроме координатора система управления беспилотным летательным аппаратом содержит систему автопилотирования (автопилот), соединенную с бортовой ЭВМ, которая выполнена с возможностью подключения к пульту предстартовой подготовки и ввода полетного задания, который расположен в месте старта БПЛА. Координатор содержит передатчик, в котором формируется импульсный зондирующий сигнал с изменением фазы несущей частоты псевдослучайным двоичным кодом, антенну, кинематически связанную с приводом антенны, приемник, синхронизатор, дальномер (счетчик дальности) и устройство обработки сигналов, включающее фильтр сжатия сигналов, пороговое и устройство фиксации координат, формирующее сигналы дальности и углового положения отраженных сигналов, поступающих в БЭВМ. БЭВМ определяет координаты истинной цели, сопоставляет данные о местоположении БПЛА, измеренные автопилотом, с данными о местоположении истинной цели и формирует сигналы коррекции курса БПЛА, поступающие на автопилот. Преимуществом системы управления БПЛА с координатором, использующим фазоманипулированный сигнал, является более высокая точность сопровождения цели и более высокая помехозащищенность по отношению к активным и пассивным помехам, что известно, например, из . Недостатком системы управления по прототипу является ее низкая эффективность при необходимости приведения БПЛА к нерадиоконтрастному объекту-цели или в нерадиоконтрастную точку земной поверхности. Задачей изобретения является обеспечение возможности приведения БПЛА как к радиоконтрастным объектам-целям, так и к цели, не имеющей радиолокационного контраста, без существенных аппаратных затрат при модернизации существующих систем. Сущность изобретения заключается в том, что в системе управления беспилотным летательным аппаратом, содержащей автопилот, подключенный входом и выходом к первому выходу и второму входу бортовой электронно-вычислительной машины (БЭВМ), первый вход которой является входом для подключения к пульту предстартовой подготовки и ввода полетного задания, и радиолокационный координатор с фазоманипулированным зондирующим сигналом, который содержит антенну, кинематически связанную с приводом антенны, соединенные с антенной передатчик и приемник, гетеродинный выход которого подключен к соответствующему входу приемника, синхронизатор, дальномер, и устройство обработки сигналов, в состав которого входят фильтр сжатия сигналов, пороговое устройство и устройство фиксации координат, соответствующие входы которого подключены к выходу порогового устройства, выходу дальномера и информационному выходу привода антенны, а выходы, на которых формируются значения величин дистанции и углового положения отраженных сигналов, подключены к четвертому и пятому входам БЭВМ, шестой вход которой и вход передатчика подключены к выходу синхронизатора, передающему импульсную последовательность с частотой зондирования, выход синхронизатора, передающий последовательность импульсов синхронизации, подключен ко второму входу дальномера, первый вход которого и второй вход приемника по сигналу окончания зондирующего импульса подключены ко второму выходу передатчика, гетеродинный выход которого соединен с гетеродинным входом приемника, в устройство обработки сигналов дополнительно введены три переключателя, устройство фиксации максимума и блок формирования порога, управляющие входы которого по сигналу признака режима и сигналу задания масштаба подключены соответственно к пятому и седьмому выходам БЭВМ, выход подключен к уровневому входу порогового устройства, а соответствующие сигнальные входы - к выходам приемника, на которых формируются усредненное значение интенсивности шума и усредненное значение интенсивности отраженного сигнала, кодовый выход передатчика и выход видеосигнала приемника подключены к первым входам первого и второго переключателей, соответственно, вторые входы первого и второго переключателей соединены соответственно с третьим и четвертым выходами БЭВМ, на которых формируются последовательность бинарного массива измерений и последовательность эталонного бинарного массива, их управляющие входы соединены со вторым выходом БЭВМ, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам фильтра сжатия сигналов, выход которого соединен с сигнальным входом третьего переключателя, управляющий вход которого подключен к шестому выходу БЭВМ, а выходы - к сигнальным входам порогового устройства и устройства фиксации максимума, а выход последнего, на котором формируется сигнал, характеризующий местоположение бинарного массива измерений на эталонной карте, соединен с третьим входом БЭВМ. В предлагаемой системе устройство обработки сигналов при работе по радионеконтрастным объектам сначала обнаруживает в просматриваемой зоне отраженные сигналы на фоне шума (т. е. сначала работает по своему прямому назначению), а затем переходит в режим сравнения и суммирования бинарных последовательностей, сформированных путем дополнительной пороговой обработки измеренного массива наблюдаемых сигналов и подготовленной заранее эталонной бинарной последовательности. По результатам этого сравнения определяются координаты зоны измерений координатора и положение БПЛА относительно заданной точки приведения. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены: фиг.1 - структурная схема системы, фиг.2 - структурная схема бортовой электронно-вычислительной машины, фиг.3 - структурная схема фильтра сжатия сигналов, фиг. 4 - временные диаграммы сигналов на входах и выходе фильтра сжатия сигналов, фиг.5 - схема блока формирования порога, фиг.6 - схема устройства фиксации максимума, фиг.7 - графическое изображение зоны обзора координатора в стартовой системе координат, фиг. 8 - логико-временная диаграмма этапов функционирования системы управления в режиме приведения к нерадиоконтрастному объекту назначения, фиг. 9 - укрупненная схема алгоритма, реализуемого бортовой электронно-вычислительной машиной,
фиг.10, 11 - примеры зависимостей показателей оценок точности при приведении БПЛА к объектам различного назначения. На фиг. 1 структурной схемы системы управления БПЛА приняты следующие обозначения:
1 - антенное устройство,
2 - передатчик,
3 - приемник,
4 - синхронизатор,
5 - устройство обработки сигналов,
6 - бортовая электронно-вычислительная машина,
7 - автопилот,
8 - дальномер,
9 - пульт предстартовой подготовки и ввода полетного задания,
10 - фильтр сжатия сигналов,
11 - пороговое устройство,
12 - устройство фиксации координат,
13 - первый переключатель,
14 - второй переключатель,
15 - третий переключатель,
16 - устройство фиксации максимума,
17 - блок формирования порога. Согласно фиг.1 в системе управления БПЛА к первому выходу синхронизатора 4 (выходу импульсной последовательности с частотой зондирования) подключены вход передатчика 2 и шестой вход БЭВМ 6, а ко второму его выходу (последовательности синхронизирующих импульсов) - второй (счетный) вход дальномера 8, первый вход которого и второй вход приемника 3 (по сигналу окончания зондирующего импульса) подключены ко второму выходу передатчика 2. Первый (сигнальный) выход передатчика 2 подключен к антенне, сигнальный выход которой подключен к первому входу приемника 3, а информационный выход привода антенны подключен к третьему входу устройства 12 фиксации координат. Третий (гетеродинный) выход передатчика 2 соединен с третьим (гетеродинным) входом приемника, а его четвертый (кодовый) выход подключен к первому входу первого переключателя 13. Выход видеосигнала (первый) приемника 3 подключен к первому входу второго переключателя 14, а его второй выход, на котором формируется усредненное значение интенсивности шума (выход ШАРУ), и третий выход, на котором формируется усредненное значение интенсивности отраженных сигналов (выход АРУ), соединены со вторым и третьим (сигнальными) входами блока 17 формирования порога, выход которого соединен со вторым (уровневым) входом порогового устройства 11. Выход порогового устройства 11 соединен с первым входом устройства 12 фиксации координат, второй вход которого подключен к выходу дальномера 8, а первый и второй выходы, на которых формируются значения величин дистанции и углового положения отраженных сигналов, подключены соответственно к четвертому и пятому входам БЭВМ 6, первый выход и второй вход которой соединены с автопилотом 7, а первый вход является входом для подключения к пульту 9 предстартовой подготовки и ввода полетного задания. К первому и второму выходам третьего переключателя 15 подключены соответственно сигнальный (первый) вход порогового устройства 11 и вход устройства 16 фиксации максимума. Сигнальный (первый) вход третьего переключателя 15 подключен к выходу фильтра 10 сжатия сигналов, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго переключателей 13 и 14, соответственно. Управляющие входы первого и второго переключателей 13, 14 подключены ко второму выходу БЭВМ 6, шестой выход которой соединен со вторым (управляющим) входом третьего переключателя 15, а пятый и седьмой выходы соединены соответственно с управляющим входом признака режима (первым) и управляющим входом задания масштаба (четвертым) блока 4 формирования порога. Третий вход БЭВМ 6 соединен с выходом устройства 16 фиксации максимума, на котором формируется сигнал, характеризующий местоположение бинарного массива измерений на эталонной карте, а третий и четвертый выходы БЭВМ 6, с которых передаются последовательность бинарного массива измерений и последовательность эталонного бинарного массива, подключены ко вторым сигнальным входам соответственно первого и второго переключателей 13 и 14. Антенное устройство 1, передатчик 2, приемник, синхронизатор 4, дальномер 8 и устройство 5 обработки сигналов образуют радиолокационный координатор системы управления БПЛА. Антенное устройство 1 является головной частью координатора и содержит одно- или двухзеркальную антенну сантиметрового диапазона с симметричной узкой (насколько позволяют конструктивные размеры БПЛА) диаграммой направленности. Антенна закреплена в кардановом подвесе, снабженном двумя следящими приводами, которые могут поворачивать ее вокруг горизонтальной и вертикальной оси, обеспечивая сканирование диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Датчики угла поворота антенны вокруг вертикальной и горизонтальной осей, выполненные, например, в виде потенциометров или цифровых оптико-электронных преобразователей угол-код, вырабатывают информационные сигналы углового положения антенны относительно корпуса летательного аппарата в текущий момент времени: a - угол поворота в горизонтальной плоскости и a - угол поворота в вертикальной плоскости. Управление антенной в обеих плоскостях идентично, поэтому, для простоты изложения, в дальнейшем рассматривается только поворот в горизонтальной плоскости. Подробно построение системы управления антенной радиолокационного координатора изложено, например, в . Для обзора пространства перед БПЛА на вход следящих приводов антенны подается пилообразный управляющий сигнал периодического сканирования антенны в соответствующей плоскости. Этот сигнал может формироваться непосредственно внутри антенного устройства при помощи интегрирующего операционного усилителя в аналоговом виде, реверсивного счетчика синхроимпульсов в цифровом виде или в бортовой ЭВМ. Передатчик 2 выполнен в виде усилительной цепочки на лампе бегущей волны (ЛБВ), на входе которой несущая частота возбудителя модулируется по фазе псевдослучайной - последовательностью, формируемой генератором кода и фазовым манипулятором (Яковлев В.В., Федоров Р.Ф. Стохастические ВМ, Л., Машиностроение, стр. 147-153, 1974 г.). Частота повторения и длительность зондирующих импульсов передатчику задается синхронизатором 4. Импульс, соответствующий моменту окончания зондирующего импульса, формируется на управляющем выходе усилителя мощности, который служит вторым выходом передатчика, а сигнальный выход усилителя мощности образует первый выход передатчика. Выход гетеродинной частоты возбудителя образует третий выход передатчика, а выход генератора кода, на котором формируется кодовая последовательность изменения фазы несущей частоты каждого излучаемого сигнала - u 1 , образует четвертый выход передатчика. Пример реализации передатчика с фазоманипулированным сигналом и входящих в него блоков известен, например, из . Приемник 3 выполнен в виде последовательно соединенных усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого образует гетеродинный (третий) вход приемника, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) и видеоусилителя. Варианты построения приемника PJIC с фазоманипулированным сигналом изложены в . Важным обстоятельством является обязательное наличие в приемнике автоматической регулировки уровня шумов (ШАРУ) и автоматической регулировки усиления (АРУ). Первый выход приемника 3 - основной выход видеоусилителя, на котором формируется последовательность u 2 сигналов, отраженных от наблюдаемых объектов, второй выход - выход схемы ШАРУ, на котором формируется аналоговый (возможен вариант дискретной схемы и цифрового выхода) сигнал a ш, величина которого пропорциональна усредненному значению (уровню) интенсивности шума отраженных сигналов, третий выход - выход схемы АРУ, на котором формируется сигнал a с, пропорциональный усредненному значению интенсивности отраженных сигналов. Бортовая ЭВМ 6 представляет собой универсальную ЭВМ, которая с разделением во времени воспринимает информацию по шести входам и вырабатывает на соответствующих выходах с первого по седьмой информационные или управляющие сигналы. Примеры ЦВМ приведены в . В частности, может использоваться Micro PC фирмы " Octogon". Структурная схема одного из возможных вариантов построения БЭВМ 6 приведена на фиг.2 . Эта структура построена с использованием трех интерфейсных магистралей 18, 19, 20 информационного обмена, каждая из которых через соответствующий контроллер 21, 22, 23 прямого доступа к памяти связана с системной интерфейсной магистралью 24 памяти и внутренней интерфейсной магистралью 25 процессора. Процессор 26 непосредственно соединен с обеими магистралями 24, 25, а блок 27 памяти (ДЗУ) - только с магистралью 24. К первой интерфейсной магистрали 18 информационного обмена подключены три адаптера 28, 29, 30 внешних устройств, через которые осуществляется связь с пультом 9 предстартовой подготовки (адаптер 29) и с автопилотом 7 (адаптеры 28 и 30). Ко второй интерфейсной магистрали 19 подключены адаптеры 31, 32, 33 внешних устройств, принимающие соответствующие сигналы радиолокационного координатора, которые поступают на третий, четвертый и пятый входы БЭВМ 6, а через группу адаптеров 34,...,40, внешних устройств, подключенных к третьей информационной магистрали 20 и образующих выходы БЭВМ со второго по седьмой, осуществляется передача соответствующих управляющих и информационных сигналов в устройство 5 обработки сигналов радиолокационного координатора. Процессор 26 управляет подготовкой программ и размещением их в блоке 27 памяти, инициирует в определенные моменты времени через свою внутреннюю интерфейсную магистраль 25 и соответствующую магистраль 18 (19, 20) информационного обмена работу с нужным внешним устройством, указывая при этом через контроллер 21 (22, 23) прямого доступа к памяти место в блоке 27 памяти, где хранится необходимая программа. По завершении программы обратная связь с каналами осуществляется с помощью программного прерывания также через внутреннюю интерфейсную магистраль 25. Использование приведенной структуры обеспечивает увеличение вычислительной мощности БЭВМ за счет того, что процессор 26 не участвует в операциях ввода-вывода, а только инициирует работу каналов и контролирует логико-временную диаграмму работы БЭВМ. Возможны и другие варианты построения бортовой вычислительной машины и связи ее с внешними устройствами. Широко распространена, например, ЭВМ с магистральным интерфейсом (ГОСТ 26765.52-67). Однако, тип связи ЦВМ с внешними устройствами принципиального значения для существа изобретения не имеет. Автопилот 7 или бортовая навигационная система представляет собой систему гироскопических приборов (в простейшем случае гироазимут, гирогоризонт и три гироинтегратора), измеряющих пройденный путь в стартовой системе координат: Х - направление полета, заданное в точке старта, Y - высота полета, Z - боковое отклонение от вертикальной плоскости, совпадающей с направлением полета, заданным в точке старта, или, иначе, плоскости стрельбы. При отклонении измеряемых автопилотом текущих координат Y t и Z t при X t от значений, заданных полетным заданием, автопилот автономно или при помощи бортовой ЭВМ выдает управляющие сигналы на рулевые органы, при помощи которых приводятся в соответствие боковое отклонение от плоскости стрельбы Z t =Z n и высота полета Y t = Y n . Сведения, необходимые для реализации автопилота, приведены, например, в . Известно также, что для управления БПЛА по высоте часто используется высотомер, показания которого в вертикальной плоскости могут оказаться точнее, чем у гироинтегратора, однако для существа предлагаемого изобретения это не имеет значения. По этой причине дальнейшее описание ограничивается только рассмотрением управления беспилотным летательным аппаратом в горизонтальной плоскости. Для задания программы движения БПЛА в боковой плоскости часто используют установку нуля гироскопических приборов в азимутальной плоскости, совпадающую с направлением на цель - (плоскость стрельбы). В этом случае автопилот отрабатывает возмущения, сводя рассогласование Z (отклонение от плоскости стрельбы) к нулю. Путь, проходимый БПЛА по оси X, в этом случае соответствует текущей дистанции Dt от места старта до БПЛА. Конечная точка полета задается дистанцией Dк. Дальномер 8 в рассматриваемой системе представляет собой счетчик синхроимпульсов, поступающих со второго выхода синхронизатора 4. Обнуление и запуск счетчика происходит по сигналу со второго выхода передатчика 2, поступающему на первый вход дальномера 8. Выход счетчика является выходом дальномера 8. Выходной сигнал дальномера в последовательном или параллельном коде несет информацию о времени З, которое прошло после окончания импульса излучения. Измеряемая дискретность или цена младшего разряда счетчика составляют, например, 0,1 мкс, что соответствует дистанции 15 м. Число разрядов счетчика соответствует максимальной дистанции возможного наблюдения объекта-цели или периоду повторения зондирующих импульсов передатчика 2. В аналоговом исполнении дальномер 8 выполняется на интегрирующем операционном усилителе, формирующем пилообразное напряжение с периодом следования зондирующих импульсов. В этом случае величина выходного сигнала дальномера 8 пропорциональна времени, истекшему с момента окончания зондирующего импульса. Пульт 9 предстартовой подготовки и ввода полетного задания предназначен для проверки исправности всех бортовых систем БПЛА и ввода в БЭВМ 6 полетного задания. Перед запуском БПЛА все бортовые приборы получают электропитание от внешнего источника и по результатам тестовой проверки выдают обратные сигналы готовности (или неисправности), по которым оператор принимает решение о возможности запуска БПЛА. После проверки исправности всех бортовых систем и агрегатов в память бортовой ЭВМ 6 транслируется полетное задание в виде программы траектории полета. При этом в табличной, аналитической или смешанной форме вводится планируемый маршрут, задаваемый в виде зависимостей координат Y(X) и Z(X), где Х - продольная координата в плоскости стрельбы, Y - высота полета и Z - боковое отклонение от плоскости стрельбы. При помощи пульта 9 выставляется начальное положение гироприборов автопилота, соответствующее выбранной плоскости стрельбы. Кроме этого, при помощи пульта 9 вводятся в бортовую ЭВМ основные параметры логико- временной диаграммы и режимов работы бортовой аппаратуры. Аппаратура предстартовой проверки и ориентации гироскопических приборов известна, например, из . Собственно пульт представляет собой терминал оператора, который содержит клавиатуру, монитор и центральный прибор управления и связи, включающий ЭВМ, ДЗУ. ОЗУ и адаптеры, организованные в сеть посредством интерфейсных магистралей. Примером одной из возможный реализации пульта 9 может служить схема пульта оператора корабельной боевой информационно-управляющей системы . Фильтр 10 сжатия сигналов, структурная схема которого приведена на фиг. 3, содержит запоминающий регистр 41 и сдвиговый регистр 42, выходы которых поразрядно подключены ко входам многоразрядного элемента 43 исключения ИЛИ, выход которого образует выход фильтра 10 сжатия сигналов. Входы регистров 41 и 42 образуют первый и второй входы фильтра 10. Эпюры, поясняющие работу фильтра сжатия, приведены на фиг.4, где обозначено: u 1 - кодовая последовательность изменения фазы несущей частоты излучаемого сигнала на первом входе фильтра 10, u 2 - последовательность отраженных сигналов с видеовыхода приемника на втором входе фильтра 10, u 3 - выходной сигнал фильтра 10. Пороговое устройство 11 выполнено, например, в виде компаратора - усилителя постоянного тока с дифференциальным входом без внешней обратной связи. На его второй вход подается уровневый сигнал с выхода блока 17 формирования порога, который определяет уровень порога срабатывания компаратора, а на первый вход - сигнал u 3 с выхода фильтра сжатия. Если величина сигнала u 3 на выходе фильтра сжатия больше порогового значения U пop, то на выходе порогового устройства 11 появится нормированный сигнал постоянной амплитуды длительностью .
Устройство 12 фиксации координат представляет собой схему совпадения сигнала задержки времени З, поступающего с выхода дальномера, и сигналов углового положения антенны a , поступающих с датчиков угла поворота антенны 1, с управляющим сигналом - импульсом с выхода порогового устройства 11. При наличии управляющего импульса происходит запись величин на соответствующие выходные регистры дистанции до объекта-цели Dц = c З /2 (с - скорость распространения электромагнитного излучения) и угла a (аналогично, при необходимости угла a). При аналоговом исполнении системы схема совпадения может быть выполнена на пик-детекторах, а в дискретно-цифровом варианте - в виде триггерных регистров. Число пик-детекторов или выходных регистров в устройстве 12 фиксации координат определяется максимально возможным (допустимым для данного БПЛА) числом одновременно наблюдаемых объектов-целей, среди которых по определенным признакам (например, по их взаимному расположению) определяется объект назначения, на который наводится БПЛА. Для БПЛА, приводимых к радиоконтрастным точкам или объектам, максимальное число возможных наблюдаемых объектов равно, например, 20. Этим ограничено число выходных регистров дистанции D и угла a наблюдения (визирования) объекта. Переключатели 13, 14 и 15 представляют собой обычные двухпозиционные реле (контактные электромеханические или бесконтактные электронные). Управляющие входы переключателей 13 и 14 подключены ко второму выходу БЭВМ 6, а управляющий вход переключателя 15 - к ее шестому выходу. С этих выходов выдаются команды на переключение в режим приведения БПЛА к неконтрастному объекту после радиолокационного обзора. Нормально-замкнутые контакты переключателя 13 коммутируют сигнал кодовой последовательности изменения фазы зондирующего сигнала с передатчика 2 на вход запоминающего регистра 41 (первый вход фильтра 10 сжатия сигналов), а нормально-разомкнутые контакты этого ключа коммутируют на его вход последовательность бинарного массива измерений с третьего выхода БЭВМ 6. Нормально-замкнутые контакты ключа 14 коммутируют выход видеосигнала приемника 3 на вход сдвигового регистра 42 (второй вход фильтра 10 сжатия сигналов), а нормально-разомкнутые контакты этого ключа коммутируют на вход сдвигового регистра 42 кодовую последовательность эталонного бинарного массива с четвертого выхода БЭВМ 6. Нормально-замкнутые контакты переключателя 15 коммутируют выходной сигнал фильтра 10 сжатия сигналов на вход порогового устройства 11, а нормально-разомкнутые - на вход устройства 16 фиксации максимума. Блок 17 формирования порога выполнен по схеме, приведенной на фиг.5, где обозначены:
44 - двухпозиционное реле, 45 - масштабирующий усилитель, 46 - трехпозиционное поляризованное реле, R 1 ,..., R 8 - резисторы. Двухпозиционное реле 44 предназначено для переключения на вход масштабирующего усилителя 45 сигнала среднего значения интенсивности шума а ш со второго входа блока 17 формирования порога или (при наличии на управляющем входе сигнала признака режима) усредненного значения интенсивности сигнала а с с третьего входа блока 17. Трехпозиционное поляризованное реле 46 предназначено для переключения резисторов в цепи обратной связи усилителя 45. Коэффициент передачи среднего значения шума а ш со второго входа блока 17 на его выход определяется отношением (R 5 +R 6)/(R 1 +R 3), а среднего значения сигнала а c с третьего входа блока 17 на его выход при отсутствии управляющего сигнала на четвертом входе, соответственно, отношением (R 5 +R 6)/(R 2 +R 3). При наличии положительного управляющего сигнала на поляризованном реле 46 коэффициент передачи блока 17 формирования порога возрастает и соответствует отношению (R 5 +R 6 +R 7)/(R 1 +R 3), а при отрицательном управляющем сигнале на коэффициент передачи уменьшается и равен отношению R 7 /(R 1 +R 3). Резистор R 8 необходим для предотвращения перегрузки усилителя 45 в моменты размыкания контактов реле 46. Величина сигнала на выходе блока 17 формирования порога определяет величину порога U пop порогового устройства 11. Устройство 16 фиксации максимума может быть реализовано в аналоговом или цифровом виде. Пример его реализации в аналоговом виде приведен на фиг.6, где обозначены: 47 - операционный усилитель, 48 - дифференциальный усилитель, R 9 ,..., R 14 - резисторы, Д 1 - диод, C 1 , C 2 - конденсаторы. Устройство 16 фиксации максимума содержит последовательно соединенные пик-детектор (Д 1), интегрирующую цепочку R 9 C 1 , согласующий операционный усилитель 47, коэффициент усиления которого определяется отношением R 11 /R 10 , дифференцирующую цепочку C 2 R 12 , резистор R 13 и согласующий дифференциальный усилитель 50. Порог срабатывания усилителя 50 определяется величиной напряжения смещения, в качестве которого может использоваться напряжение питания усилителя, и отношением R 14 /R 15 . Входом устройства 16 фиксации максимума служит вход детектора Д 1 , а выходом - выход дифференциального усилителя 50. В зависимости от типа объекта назначения (радиоконтрастный или нерадиоконтрастный) система управления беспилотным летательным аппаратом работает в одном из двух режимов наведения, которые задаются в виде признака режима и вводятся в полетное задание перед стартом БПЛА с пульта 9 предстартовой подготовки и ввода полетного задания. В режиме приведения БПЛА к радиоконтрастному объекту (в полетном задании Реж=1) на втором и шестом выходах БЭВМ 6 отсутствуют управляющие сигналы, на пятом выходе отсутствует управляющий сигнал признака режима, на седьмом - сигнал задания масштаба, а на третий вход БЭВМ 6 не поступает сигнал с устройства 16. Приведение БПЛА к объекту назначения производится при помощи радиолокационного координатора, который в этом режиме работает следующим образом. Антенна 1 сканирует пространство перед БПЛА. Передатчик 2 с заданной синхронизатором 2 частотой излучает фазоманипулированные зондирующие импульсы. Код последовательности изменения фазы несущей частоты u 1 через нормально-замкнутые контакты переключателя 13 поступает в запоминающий регистр 41 фильтра 10 сжатия сигналов и запоминается в нем. На второй вход фильтра 10 поступает видео- сигнал сигнал с первого выхода приемника 3, представляющий собой последовательность сигналов u 2 , обновляемую путем сдвига через каждый дискрет времени . При длительности одного дискрета зондирующего импульса = 1 мкс частота обновления составляет 1 МГц, а при длительности 0,1 мкс, соответственно, 10 МГц. При длительности зондирующего сигнала Т=40 мкс и = 0,1 мкс число ячеек регистров 41 и 42 составляют 400. Сигналы регистров 41 и 42 сравниваются параллельно для каждой пары ячеек, и сумма совпадений определяет величину сигнала u 3 на выходе фильтра 10 сжатия. Максимальным значение выходного сигнала u 3 будет в момент времени, когда модуляция (манипуляция) приемного сигнала совпадает (точнее, будет иметь максимальное соответствие) с зондирующим сигналом. Далее выходной сигнал с фильтра 10 сжатия сигналов через нормально-замкнутые контакты переключателя 15 поступает на сигнальный вход порогового устройства 11, в котором сравнивается уровневым значением U пop , задаваемым блоком 17 формирования порога. Если величина сигнала u 3 на выходе фильтра сжатия больше порогового значения U пop , то на выходе порогового устройства 11 появится нормированный сигнал постоянной амплитуды длительностью .
Величина порога U пop обнаружения сигнала, выше которой сигнал считается обнаруженным, определяется заданным уровнем ложной тревоги, путем оценки а ш - среднего уровня интенсивности принимаемого шума. Схема ШАРУ приемника 3 регулирует усиление приемника таким образом, чтобы среднее значение шума было заданной величины, т.е. поддерживает постоянным величину а ш. Отношение U пop /а ш определяется заранее на основе анализа закона распределения амплитуды шумовых выбросов и составляет величину порядка 8-10, так как вероятность ложной тревоги задается малой величиной 10 -5 -10 -6 . Таким образом, величина уровня срабатывания порогового устройства в режиме обнаружения отраженных сигналов связана с сигналом ШАРУ масштабным коэффициентом. Например, если сигнал ШАРУ, равный среднему значению шума приемника, составляет 0,1 В, то величина порога обнаружения составит 1 В. Эта величина порога транслируется на уровневый вход порогового устройства 11 через нормально-замкнутые контакты двухпозиционного реле 44 и масштабирующий усилитель 45 блока 17 формирования порога. Устройство 12 фиксации координат осуществляет запись величин дистанции и углового положения сигналов от объекта или элементов объекта, превысивших пороговый уровень, и передает эти величины на четвертый и пятый входы БЭВМ 6. В БЭВМ 6 анализируются взаимное положение отраженных сигналов по дистанции и углу, после чего определяются координаты искомого объекта, например, по центру тяжести наблюдаемого двумерного массива, как это показано на фиг. 7, где обозначены:
- угол сканирования антенны в горизонтальной плоскости;
c - центр зоны сканирования, совпадающий с продольной плоскостью БПЛА;
ц - направление на объект - цель;
D - дистанция; D ц - дистанция до объекта - цели. Серым цветом на фиг.7 обозначена область параметров D и , где осуществляется поиск, обнаружение и сопровождение объектов-целей. За координаты цели D ц, ц принимается "блестящая" точка (элемент разрешения с откликом сигнала, ближайший по координате к "центру тяжести" наблюдаемых сигналов в плоскости D, ).

где n - номер обнаруженного сигнала (объекта или его элемента);
N - число обнаруженных сигналов на одном обзоре. Координаты объекта-цели Х ц, Z ц в стартовой системе координат определяются соотношениями:
X ц = X t +D ц cos( ц);
Z ц = Z t +D ц sin( ц).
Если известно, что заданный для БПЛА объект неподвижен, то измеренные координаты Х ц, Z ц сравниваются с координатами полетного задания и при их отличии в БЭВМ 6 заменяются текущие программные координаты Х и Z на соответствующие им измеренные значения:
X t = D ц cos( ц);
Z t = D ц sin( ц).
Сеансы обзора и измерения координат заданного объекта могут повторяться вплоть до малой дистанции, где наступает ослепление радиолокационного координатора. Если заданный для приведения БПЛА объект подвижен (например, терпящее бедствие дрейфующее судно), то используются для управления летательным аппаратом законы самонаведения, приведенные, например, в . В режиме приведения БПЛА в назначенную точку поверхности Земли его полет осуществляется по программе автопилота и, соответственно, с его ошибками, которые имеют две основные составляющие: собственные ошибки автопилота за счет естественного "ухода" гироскопов и ошибка привязки местоположения заданного объекта и места старта БПЛА, которые составляют сотни метров при дистанции полета в несколько десятков километров. Предлагаемая система управления позволяет компенсировать все указанные составляющие ошибок приведения БПЛА. Это достигается следующим образом. Берется участок топографической карты места, где расположен заданный объект и ориентируется относительно направления полета БПЛА (например, ось Х снизу вверх, а ось Z слева направо). Размер этого участка определяется соотношениями:
X э = X ап +X зи +D;
Z э = Z ап +Z эи +(Dк-D 1),
где Х э, Z э - размеры участка карты по продольной Х и поперечной Z осям;
Х ап, Z aп - максимальные погрешности приведения БПЛА в заданную точку без участия координатора;
Х зи, Z эи - размеры зоны предполагаемых измерений интенсивности радиолокационных отражений;
D - размер элемента разрешения бортового локатора по дистанции;
D 1 - предполагаемая дистанция включения локатора;
Dк - предполагаемая дистанция от точки старта до конечной точки приведения БПЛА;
- угловой размер диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости. Этот участок топографической карты преобразуется в пульте 9 подготовки и управления в радиолокационную карту для параметров бортового локатора (,D, Dк - D 1 и Н - высоты полета). На топографической карте выделяются зоны, участки или отдельные объекты с известными геометрическими характеристиками (рельеф, геометрические размеры характерных элементов, например, зданий, "скачки" по дистанции, вызванные рельефом и затенением более дальних участков ближними объектами) и отражательной способностью, сказывающейся на интенсивности отраженного сигнала. Геометрические характеристики местности являются наиболее простыми, хорошо изученными и достаточно широко используемыми, особенно в районах с сильно изрезанным рельефом . Топографическая карта в районе, где возможно нахождение искомого объекта, разбивается равномерной сеткой на элементы с линейными размерами, равными или меньшими, чем линейная разрешающая способность D. Если элемент карты имеет однородную поверхность, ее коэффициент отражения определяется соответствующим значением из таблицы или графиков . При неоднородной поверхности в одном элементе ее отражательная способность S отр находится как суммарное по площади S значение.
где n - число поверхностей с площадью S i , с постоянным коэффициентом отражения k i . Отсутствие сведений о коэффициенте отражения существенных зон или объектов в элементе разрешения приводит к необходимости исключения их активного участия в процессе идентификации и присвоения им индекса "отсутствие эталона". Методика преобразования топографической карты в карту интенсивности отражений приведена в . Реальная интенсивность отражений изменяется в широких пределах (в диапазоне 80-100 дБ), поэтому радиолокационная карта обычно реализуется двумерным массивом Х э Z э восьмиразрядных чисел bi,j. В предлагаемой системе радиолокационная карта преобразовывается в бинарный массив b(m,n) той же размерности путем пороговой обработки каждого элемента. Если bi,j>U пop , то на выходе устройства бинарной обработки b i,j =1, в противном случае b i,j принимаются равными нулю. Естественно, что массив бинарной карты будет существенно изменяться при изменении величины порога U пop . Пороговое значение интенсивности отражений выбирается таким, чтобы обеспечить после пороговой обработки бинарную карту с отношением чисел нулей и единиц, близким к единице. Как показывают результаты моделирования, такая карта дает наибольший запас достоверности правильной привязки измеренного массива к эталонной радиолокационной и, соответственно, к топографической карте местности. Значение этого порога определяется при помощи итеративной процедуры подсчета числа единиц в бинарном массиве, сравнения его с половиной суммарного числа элементов в эталонной радиолокационной карте и последовательного изменения значения U пop в сторону увеличения, если число единиц превышает половину массива, и в сторону уменьшения, если число единиц меньше половины массива. Ввиду того, что величина оптимального порога U пop формирования бинарной карты во многих случаях не совпадает со средним значением интенсивности радиолокационной карты, производится дополнительное определение отношения k п величины порога Unop к среднему значению интенсивности отражений по радиолокационной карте b с, т.е. k п =U пop /b с. Итак, кроме указанных ранее параметров траектории полета, в бортовую ЦВМ 6 с пульта управления 9 передаются вместе с массивом b(m,n) (например, размерностью 50x50) бинарных значений эталонной радиолокационной карты значение коэффициента kn, признак режима работы (приведение БПЛА к нерадиоконтрастному объекту) и значение дистанции Dк-D1, для которой определена эталонная бинарная карта. В режиме приведения БПЛА к нерадиоконтрастному объекту (Реж=2) система управления БПЛА функционирует следующим образом. После старта БПЛА на дистанции Dк-D2 до предполагаемого места нахождения заданного объекта-цели включается радиолокационный координатор в режиме обзора в секторе горизонтальной плоскости
= (Dк-D2)/Zэ,
а по дистанции D - в диапазоне (Dк-D2)Х э /2
и по сигналу АРУ приемника определяется ас - средний уровень интенсивности отраженных сигналов. По сигналу признака режима на управляющем входе двухпозиционного реле 44 блока 17 формирования порога размыкаются его нормально-замкнутые контакты, коммутирующие на вход усилителя 45 первую сигнальную цепь (сигнала а ш) и замыкается вторая сигнальная цепь по сигналу а с. По величине усредненного уровня интенсивности принимаемых сигналов а с определяется величина U пop 2 уровня срабатывания порогового устройства 11, которая зависит также и от значения величины управляющего сигнала на входе задания масштаба трехпозиционного поляризованного реле 46, поступающего с седьмого выхода БЭВМ 6:
U пор 2 = a c kп. Дистанция D2 выбирается меньшей, чем D1, на величину перемещения БПЛА за время одного - двух циклов обзора, необходимое для установления сигнала на выходе АРУ, т.е. на величину 3TV, где T - постоянная времени АРУ (0,5 - 1 с), а V - скорость продольного перемещения БПЛА. На дистанции Dк - D1 до предлагаемого места заданного объекта в пороговом устройстве 11 устанавливается порог U пор 2, и на очередном цикле обзора формируется бинарный массив измерений отраженных от поверхности сигналов Uи (,D), размерность которого соответствует размерности зондирующего сигнала и числу ячеек регистров фильтра 10 сжатия. При этом число ячеек фильтра сжатия может в два раза превышать число квантов в зондирующем фазоманипулированном сигнале для компенсации квадратурной составляющей сигнала. В рассматриваемом примере это - число 400, т.е. для двадцати значений углового положения антенны с дискретностью
= D/(Dк-D1),
где D - разрешающая способность радиолокационного координатора по дистанции, - угловое перемещение антенны по азимуту за один период следования зондирующих импульсов и измерения двадцати значений интенсивности сигнала по дистанции с дискретностью D. Устройство 12 фиксации координат формирует для БЭВМ 6 массив А (i, j) измерений, присваивая каждому элементу соответствующее значение угла i поворота антенны и дистанции D j, аналогично тому, как это делается в первом режиме работы по контрастному объекту. В БЭВМ 6 координаты i и D j массива А(i, j) преобразуются в номера линейных координат по осям X и Z. i-м номерам присваивается i-й номер по оси Z, а j-м номерам D присваивается j-й номер по оси X. В рассматриваемом примере это номера с первого по 20. При этом указанная операция не требует практичности никаких дополнительных программных или аппаратных затрат в БЭВМ 6. Ограничением является только соотношение (Dк-D1)/(20D), которое должно быть более 10, тогда указанные замены координат допустимы. После получения бинарного массива измерений А(i, j) БЭВМ 6 выдает со своего второго выхода команду на управляющие входы переключателей 13 и 14, изменяя тем самым положение коммутируемых ими контактов и соединяя регистры 41, 42 фильтра 10 сжатия сигналов с третьим и четвертым выходами БЭВМ 6. Сразу после этого (с задержкой, достаточной для срабатывания переключателей 13, 14) с третьего выхода БЭВМ 6 на запоминающий регистр 41 фильтра сжатия (вместо кода модуляции зондирующего сигнала) поступает через переключатель 13 последовательность бинарного массива измерений A(i,j), а на сдвиговый регистр 42 (вместо видеосигнала с выхода приемника) поступает с четвертого выхода БЭВМ 6 последовательность эталонного массива B(i,j) той же размерности, сформированного из эталонного массива b(m,n) путем последовательного перебора и вырезания матрицы размера массива измерений (20x20) из матрицы эталонного массива (в нашем примере ее размер 50x50). Алгоритм формирования массива B(i,j) представлен в конце описания. Таким образом, на сдвиговом регистре 42 фильтра сжатия последовательно появляются упорядоченные (аналогично измеренному массиву) бинарные последовательности фрагментов эталонной карты, которые сравниваются с измеренным массивом, находящимся на запоминающем регистре 41. Результаты суммирования совпадений значений сигналов на регистрах 41 и 42 с выхода фильтра 10 сжатия через нормально разомкнутые управляющим сигналом с шестого выхода БЭВМ 6 контакты переключателя 15 подаются на устройство 16 фиксации максимума сигнала. Число циклов обновления массива B(i,j) равно произведению (M-I)-(N-J). Устройство 16 фиксации максимума фиксирует величину выходного сигнала U 3 фильтра 10 сжатия сигналов на каждом шаге, запоминая его величину, если она превысила запомненную ранее величину этого сигнала, т.е. реализует алгоритм:
если текущее значение U 3 >U запомненного, то U запомненное = U 3 , одновременно посылая зафиксированный сигнал Uф на третий вход БЭВМ 6, где запоминается номер такта, на котором это произошло относительно начала прогона эталонного массива, и присваивается ему номер n ф. Таким образом, устройство 16 фиксации максимума запоминает одно максимальное значение сигнала на выходе фильтра 10 из всей выборки (M-I)((N-J), а БЭВМ 6 фиксирует номер последнего такта n ф, на котором был зафиксирован этот максимум. После окончания "прогонки" эталонного массива через фильтр 10 сжатия в БЭВМ 6 число n ф однозначно определяет расположение измеренного массива на эталонной карте. Смещение ближнего левого элемента участка поверхности, где измеряется отраженный сигнал, относительно левой нижней точки эталонной карты в элементах разрешения i см и j см определяются следующими соотношениями:
i см =F(n ф /(М-I));
j см =Е(n ф /(M-I)), (2)
где F () - функция целого числа аргумента, Е () - функция целого числа аргумента. Ошибка Хош приведения БПЛА в заданную точку на дистанции измерения D1 в продольной плоскости составляет величину
Х ош =(i cм +(M-I)/2)x, (3)
а в поперечной плоскости
Z ош =(j см +(N-J)/2)z, (4)
где x, z - величина элемента разрешения в продольной и боковой плоскости, м. В приведенных далее примерах моделирования для численных оценок точности и достоверности определения координат летательного аппарата относительно наблюдаемого участка местности принималось разрешение в продольной и боковой плоскости одинаковым и равным разрешению по дистанции, х=z=D. С учетом найденных ошибок корректируются программные значения заданной траектории полета БПЛА, аналогично тому, как это делается в предыдущем режиме наведения на контрастную цель, т.е. текущие программные значения Х и Z суммируются с Хош и Zош с соответствующим знаком. Например, скорректированное направление ск на заданную точку приведения БПЛА определятся следующим соотношением:

а дистанция Dск до скорректированной конечной точки приведения БПЛА для сброса полезного груза:
Dск=Dк-Х ОШ. (6)
Такая коррекция программы автопилота позволяет скомпенсировать уходы гироскопов и неточности привязки места старта БПЛА к заданному объекту. Для дополнительного пояснения функционирования системы управления БПЛА на фиг.8 приведена логико-временная последовательность этапов в режиме приведения к БПЛА к нерадиоконтрастному объекту. Этапы обозначены на фиг.8 позициями I,II,...,Х. I - вызов топографической карты местности из памяти ЭВМ (или ввод ее через устройство ввода графической информации, например, при помощи сканера) и преобразование ее в карту интенсивности радиолокационных отражений по методике, описанной выше. Этот этап работы может быть проведен заранее в лабораторных условиях или в обслуживающей организации более высокого уровня. II - определение положения и размеров участка Х э, Z э возможного обзора радиолокационным координатором из условий ухода гироскопических приборов и неточности "привязки" места старта БПЛА и конечной точки приведения. Ill - формирование бинарного массива эталонной карты b(m,n) размерностью 50x50 элементов (для примера, рассмотренного выше) и значения коэффициента kп. IV - трансляция из пульта 9 в блок 27 памяти БЭВМ 6 через ее первый вход:
- признака режима работы по нерадиоконтрастным объектам;
- массива b(m,n);
- коэффициента kп;
- программы автопилота (в простейшем случае направление плоскости стрельбы, высота полета и дальность полета к точке на дистанции D1 до требуемой точки приведения БПЛА, на которой бортовой радиолокационный координатор измеряет массив Ai,j интенсивности радиолокационных отражений). V - старт БПЛА и полет его до дистанции D2 до предполагаемого конечного места приведения. Здесь через первый выход БЭВМ 6 в автопилот 7 сообщаются программные траекторные параметры в координатах, привязанных к месту старта Хп, Zп и Yп. В простейшем случае программная траектория полета задается постоянными значениями направления полета в горизонтальной плоскости и высотой полета над поверхностью земли (или высотой полета относительно места старта). Автопилот 7 при помощи своих датчиков определяет истинное значение направления полета и высоту (с присущей им погрешностью), сравнивает их величины с программными значениями и управляет рулевыми органами БПЛА таким образом, чтобы свести это рассогласование к нулю. Таким образом обеспечивается движение БПЛА по программной траектории. Из автопилота 7 в БЭВМ 6 по второму входу поступают текущие координаты Xt и Zt перемещения БПЛА относительно точки старта. Если выбранная плоскость стрельбы совпадает с осью X, а отклонения от нее Zt невелики (в пределах расчетной погрешности), то дистанция Dt, пролетаемая БПЛА, принимается равной Xt. Скорость изменения Xt в этом случае соответствует скорости V продольного перемещения БПЛА. Скорость V может поступать в БЭВМ 6 из автопилота как самостоятельный параметр во второму входу, или дополнительно вычисляться в процессоре 26 как отношение приращения координаты Xt за известный интервал времени t. По вычисленному или измеренному значению скорости V полета БПЛА в процессоре 26 вычисляется величина дистанции D2=D1-3VT (где Т - постоянная времени АРУ приемника радиолокационного координатора) и сравнивается с текущей дистанцией Dt. VI - при достижении Dt величины D2 включается радиолокационный координатор, путем подачи электропитания на его электронные блоки (система подачи электропитания на фиг.1 не указана). За время полета от D2 до D1 координатор осматривает в горизонтальной плоскости сектор от нулевого положения антенны, совпадающего с плоскостью стрельбы, дo крайнего левого положения сектора измерений л. При этом, например, л = m/2. За это время определяется средняя величина интенсивности отражений (сигнал ac на третьем выходе приемника 3). На дистанции D1 (выполняется условие Dt=Dl) на пятом выходе БЭВМ 6 появляется сигнал +U признака режима (постоянное напряжение, сигнализирующее о переключении режима обнаружения сигнала на режим формирования массива измерений), по которому переключаются порог обнаружения (с величины U пop на величину U пop 2) в пороговом устройстве 11 при помощи блока 17 формирования порога. Значение коэффициента kп транслируется через седьмой выход БЭВМ 6 в аналоговом виде на четвертый вход блока 17 формирования порога, где в зависимости от его знака уменьшается или увеличивается сопротивление в цепи обратной связи усилителя 45, определяющего в дальнейшем порог бинарной обработки измеренного массива. VII - на дистанции D1 проводятся измерение отраженного сигнала на видеовыходе приемника 3 в I квантах дистанции и в J угловых положений антенны (в рассмотренном примере I=J=20) и присваиваются им значения 0 или 1 (при превышении уровня сигнала величины U пop 2 в пороговом устройстве 11). При помощи устройства 12 происходит фиксация значений j-го угла поворота антенны и значений i-й задержки З, соответствующей дальности Di элемента отражений ai, j. Значения Di и i подаются на 4-й и 5-й входы БЭВМ 6 и накапливаются в ее блоке 27 памяти. После одного цикла сканирования в памяти ЭВМ оказывается сформированным бинарный двумерный массив Ai,j. VIII - после окончания формирования массива Ai,j, что определяется счетом числа зондирующих импульсов радиолокационного координатора, поступающих на 6-й вход БЭВМ 6, на втором выходе БЭВМ 6 появляется команда в виде постоянного потенциала, которая поступает на управляющие входы переключателей 13 и 14. По этой команде переключатель 13 подключает запоминающий регистр 41 фильтра 10 сжатия, соединенный ранее с передатчиком 2 радиолокационного координатора, к третьему выходу БЭВМ 6, а переключатель 14 подключает сдвиговый регистр 42 фильтра 10 сжатия, соединенный ранее с первым выходом приемника 3 радиолокационного координатора, с четвертым выходом БЭВМ 6. Из двумерного массива Ai,j на четвертом выходе БЭВМ 6 формируется одномерная последовательность путем последовательного считывания из Ai,j массива i-х столбцов. Эта последовательность (IJ) с третьего выхода БЭВМ 6 подается через нормально-разомкнутые контакты переключателя 13 на запоминающий регистр 41 фильтра сжатия 10 и запоминается в нем. Из эталонного массива b(m, n), находящегося в блоке 27 памяти БЭВМ 6, процессором 26 формируется выборка В (i,j) по алгоритму (1) и в виде одномерной последовательности (IJ) через четвертый выход БЭВМ 6 и переключатель 14 поступает на сдвиговый регистр 42 фильтра сжатия 10. В соответствии с алгоритмом (1), последовательность b(m,n) обновляется (M-I)(N-J) раз. После формирования каждой новой последовательности b(m,n) на шестом выходе БЭВМ 6 формируется импульсный сигнал, поступающий на управляющий вход переключателя 15, через который транслируется выходной сигнал фильтра 10 сжатия на устройство 16 фиксации максимума этого сигнала за весь период обработки. IX - Зафиксированный номер Uф сеанса сравнения, при котором сигнал на выходе фильтра сжатия наибольший, определяет необходимые поправки к программным значениям Хц и Zц (формулы (2)-(5)) для коррекции дальнейшего полета БПЛА. X - При достижении скорректированного местонахождения заданной точки приведения БПЛА система управления выдает команду на исполнительные механизмы сброса полезного груза. На фиг.9 показана укрупненная схема алгоритма функционирования БЭВМ 6 и пульта 9 для приведения БПЛА в нерадиоконтрастную точку поверхности земли. Оценка качества приведения БПЛА в заданную точку может быть произведена по двум координатам раздельно в единицах элементов разрешения i и j или в метрах, соответственно, xi и zj. При этом по обеим координатам Х и Z принимается максимальное разрешение, т.е. х=z=D. Суммарная ошибка в единицах элементов разрешения:

или в метрах:

Так как ошибка определения местоположения БПЛА является случайной величиной, зависящей от большого числа зависимых и независимых друг от друга случайных факторов, то целесообразно оценивать среднюю и максимальную ошибку привязки. Возможна также вероятностная оценка нахождения ошибки в заданных пределах. Указанные оценки, достаточные для характеристики обычных измеряемых параметров, не дают полного представления о качестве ориентации при наличии локальных экстремумов признака идентификации, соизмеримых с глобальным экстремумом. В этом случае необходимо ввести дополнительно показатель Сп - запас по точности или достоверности определения глобального экстремума признака идентификации в %, определяемый следующим соотношением:
Сп=100*(Пр 1 -Пр 0)/Пр,
где Пр - среднее значение критерия на всем анализируемом участке эталонной карты;
Пр о - значение критерия в окрестности искомой точки, соответствующей глобальному экстремуму; Пp 1 - значение признака идентификации в точке локального минимума, ближайшего по величине к значению Пр 0 . Если локальный экстремум в силу ошибок измерителя или эталона определен глобальным (это возможно при малых значениях запаса Сп и существенных ошибках измерителя), то оценивать ошибку определения местоположения БПЛА по указанному критерию не имеет смысла. Статистическая оценка ее при сопоставлении с влиянием других типов погрешностей не корректна (на порядок и более превышает влияние других факторов). В этом случае необходимо оценивать вероятность неправильного определения глобального экстремума как отношение числа ложных определений экстремума к общему числу статистических испытаний. Приведенные критерии оценки качества привязки БПЛА к местности определены методом статистического моделирования для конкретных участков эталонной карты и параметров бортового локатора. Примеры изменения указанных критериев для группы промышленных зданий приведены на фиг.10, а для участка местности с кустарником, лугом, дорогами разного класса и водоемами приведены на фиг. 11. При этом заданные точки приведения БПЛА (11 точек, номера которых обозначены на горизонтальной оси графиков фиг.10 и фиг.11) выбирались по узлам равномерной сетки с шагом 200 м. По оси ординат обозначен масштаб ошибки приведения в метрах (справа) и масштаб запаса достоверности С в процентах. Приведенные значения ошибок и запасов достоверности получены при следующих условиях статистического моделирования:
- незнание средних значений отражательных способностей в пределах 10 дБ,
- флуктуации отражений по интенсивности в пределах 20 дБ,
- пространственные флуктуации отражений в пределах 30 м,
- ошибка в коэффициенте затухания излучения в атмосфере 10 дБ,
- динамический диапазон приемника 60 дБ,
- зона измерений радиолокационных отражений 300300 м,
- зоны ошибок приведения автопилотом БПЛА в заданную точку включения бортового координатора в продольной и поперечной плоскостях 450 м. Закон распределения всех ошибок в указанных диапазонах при моделировании принимался равномерным. На основании результатов моделирования можно утверждать, что ошибки приведения БПЛА к заданному объекту и точке земной поверхности уменьшились на порядок. Без использования предложенных доработок система обеспечивала максимальную ошибку 450 м. С доработками - 40 м. Как видно из приведенных графиков, не все участки рассмотренных сюжетов местности являются одинаково пригодными для точного приведения БПЛА. На 9-м участке первого сюжета и 5-м участке второго ошибки приведения велики и малы запасы достоверности. При необходимости приведения БПЛА к этим участкам целесообразно задавать для обзора бортовому локатору соседние участки (10-й для первого сюжета и 6-й для второго). В этом случае в вычисленную величину смещения БПЛА (Хош, Zош) необходимо добавить разницу координат заданной точки, например, точки 5 (Х5, Z5) второго сюжета и точки 6 (Х6, Z6) первого сюжета. В остальном функционирование системы аналогично описанному ранее. Таким образом приведенные результаты подтверждают возможность использования предлагаемой системы управления БПЛА для его высокоточного приведения как к радиоконтрастным, так и к нерадиоконтрастным объектам назначения. Пользуясь приведенным описанием и чертежами, предлагаемую систему можно изготовить, используя известную элементную базу и известную технологию, что определяет промышленную применимость предлагаемого изобретения. Список литературы
1. Патент РФ 2062503, МПК G 05 D 1/04, В 64 С 19/00, публикация 20.06.96 г. 2. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиолокационные системы самонаведения. М.: Радио и связь, 1992 г. 3. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М.: Сов.радио, 1974. 4. Белецкий В.К., Юрьев А.Н. Корреляционно-экстремальные методы навигации. М.: Радио и связь, 1982. 5. Левин В.Л. Обработка информации в оптических системах пеленгации. М.: Машиностроение, 1978. 6. Кузовский С. Ф. Корреляционно-экстремальные системы. К.: Наукова думка, 1973. 7. Шаров С. И. Основы проектирования координаторов систем управления движущимися объектами. Гособразование СССР, 1990 г., прототип. 8. Патент РФ 2114444, МПК G 01 S 13/44, публикация 27.06.98 г. 9. Патент РФ 2124221, МПК G 01 S 13/42, публикация 27.12.98 г. 10. Патент РФ 2083995, МПК G 01 S 13/42, публикация 10.07.97 г. 11. Преснухин Л. Н. , Шахнов В.А., Кустов В.А. Основы конструирования микроэлектронных вычислительных машин (уч. пособие). М.: Высшая школа, 1976. 12. Смолов В.Б., Барашенков В.В., Байков В.Д. и др. Специализированные ЦВМ (учебник). М.: Высшая школа, 1981. 13. Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами (учебник). М. : Машиностроение, 1973. 14. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы. М.: Наука, 1966. 15. Инерциальная навигация / под ред. К.Ф. О"Доннела. М.: Наука, 1969. 16. Липтон А. Выставка инерциальных систем на подвижном основании. М.: Наука, 1971. 17. Репников А.В., Сачков Г.П., Черноморский А.И. Гироскопические системы (уч. пособие). М.: Машиностроение, 1983. 18. Патент РФ 2163392, МПК G 06 F 15/16, публикация 20.02.2001 г. 19. Степанов Ю.Г. Противорадиолокационная маскировка, М.: Советское радио, 1968 г. 20. Шаров С.Н. Некоторые возможности лазерного локатора для ориентации движущегося объекта на местности. Труды БГТУ, Вопросы повышения качества управления движением, вып.1, 1995.

Формула изобретения

Система управления беспилотным летательным аппаратом, включающая автопилот, вход и выход которого соединены соответственно с первым выходом и вторым входом бортовой электронно-вычислительной машины (БЭВМ), первый вход которой является входом для подключения к пульту предстартовой подготовки и ввода полетного задания, и радиолокационный координатор с фазоманипулированным зондирующим сигналом, который содержит антенну, соединенную сигнальными входом и выходом с передатчиком и приемником и кинематически связанную с приводом антенны, синхронизатор, дальномер и устройство обработки сигналов, в состав которого входят фильтр сжатия сигналов, пороговое устройство и устройство фиксации координат, входы которого с первого по третий подключены соответственно к выходу порогового устройства, выходу дальномера и информационному выходу привода антенны, а выходы, на которых формируются значения величин дистанции и углового положения отраженных сигналов, подключены к четвертому и пятому входам БЭВМ, шестой вход которой и вход передатчика подключены к первому выходу синхронизатора, передающему импульсную последовательность с частотой зондирования, второй выход которого, передающий последовательность импульсов синхронизации, подключен ко второму входу дальномера, первый вход которого и вход приемника по сигналу окончания зондирующего импульса подключены ко второму выходу передатчика, гетеродинный выход которого соединен с гетеродинным входом приемника, отличающаяся тем, что в устройство обработки сигналов дополнительно введены три переключателя, устройство фиксации максимума и блок формирования порога, управляющие входы которого по сигналу признака режима и сигналу задания масштаба подключены соответственно к пятому и седьмому выходам БЭВМ, выход подключен к уровневому входу порогового устройства, а соответствующие сигнальные входы - к выходам приемника, на которых формируются усредненное значение интенсивности шума и усредненное значение интенсивности отраженных сигналов, кодовый выход передатчика и выход видеосигнала приемника подключены к первым сигнальным входам соответственно первого и второго переключателей, управляющие входы которых соединены со вторым выходом БЭВМ, а вторые сигнальные входы подключены соответственно к третьему и четвертому выходам БЭВМ, с которых передаются последовательность бинарного массива измерений и последовательность эталонного бинарного массива, первый и второй входы фильтра сжатия сигналов подключены к выходам соответственно первого и второго переключателей, а его выход соединен с сигнальным входом третьего переключателя, управляющий вход которого подключен к шестому выходу БЭВМ, а соответствующие выходы - к сигнальному входу порогового устройства и сигнальному входу устройства фиксации максимума, выход которого, передающий сигнал, характеризующий местоположение бинарного массива измерений на эталонной карте, соединен с третьим входом БЭВМ.

Предлагаемая группа изобретений относится к военной технике, в частности к системам управляемого оружия и ракетной, артиллерийской технике с головками самонаведения. Технический результат - повышение вероятности поражения целей за счет обеспечения требуемого угла подхода ракеты к плоскости горизонта в районе цели к моменту захвата излучения от цели. Это обеспечивается тем, что в известном способе вывода ракеты в зону захвата цели головкой самонаведения, включающем запуск ракеты по баллистической траектории на заданную высоту, вычисление угловых координат линии ракета - цель, в соответствии с которыми до момента захвата излучения от цели формируют команды управления UY, UZ в вертикальном и горизонтальном каналах управления, пропорциональные угловым скоростям линии ракета - цель, новым является то, что одновременно с вычислением угловых координат линии ракета - цель определяют разность между вычисленной угловой координатой λY в вертикальной плоскости и требуемым углом λТР подхода к плоскости горизонта на участке захвата цели головкой самонаведения и к сформированной команде управления в вертикальном канале UY добавляют команду, пропорциональную разности углов: (λY-λТР)⋅Kλ, где Kλ - коэффициент пропорциональности, определяемый из условия обеспечения устойчивости процесса регулирования углового положения линии ракета - цель. Предложенное устройство включает последовательно соединенные вычислительный блок, первый блок вычитания, первый усилитель, последовательно соединенные второй блок вычитания, второй усилитель, интегратор, выход которого соединен со вторым входом первого блока вычитания, а выход первого усилителя соединен с первым входом второго блока вычитания, со вторым входом которого соединен выход запоминающего элемента. В указанное устройство дополнительно введены последовательно соединенные блок хранения констант, коммутатор, третий блок вычитания, третий усилитель, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя, а второй вход третьего блока вычитания соединен с выходом вычислительного блока. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано для повышения точности решения задач навигации. Для реализации данного изобретения в автономно-корректируемую ИНС введены дополнительно блок вычисления частной производной приращения высоты рельефа от путевой скорости, третий блок сравнения и блок вычисления частной производной от приращения от высоты рельефа подстилающей поверхности, а в блок мультимодального сравнения введены дополнительные субблоки вычисления ковариационной матрицы и субблоки сравнения. Технический результат - устранение погрешностей за счет дополнительного измерения приращений высоты рельефа в зависимости от путевой скорости летательного аппарата и дальнейшего совместного оценивания погрешностей измерения координат и путевой скорости. 1 ил.

Координатор головки самонаведения содержит сферический обтекатель, карданов подвес, двигатели наведения и стабилизации, датчики угла, датчики угловой скорости. На внутренней раме подвеса установлено первое плоское зеркало. Точка пересечения оси вращения внутренней рамы и оси вращения внешней рамы подвеса совпадает с центром кривизны поверхностей сферического обтекателя. На неподвижной части координатора установлено второе плоское зеркало, связанное с фоточувствительными элементами. Технический результат заключается в увеличении угла обзора в передней полусфере ГСН, повышении точности определения координат объекта, уменьшении нагрузки на приводы подвеса и, как следствие, возможности получения более высоких динамических характеристик системы стабилизации оптической оси. 2 ил.

Изобретение относится к системам автоматического управления

Изобретение относится к области управления беспилотными летательными аппаратами в чрезвычайных ситуациях

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет Аэрокосмический

Кафедра Летательные аппараты и управление

по истории аэрокосмической техники

Описание систем управления беспилотными летательными аппаратами

Челябинск 2009

Введение

Сам по себе БЛА - лишь часть сложного многофункционального комплекса. Как правило, основная задача, возлагаемая на комплексы БЛА, – проведение разведки труднодоступных районов, в которых получение информации обычными средствами, включая авиаразведку, затруднено или же подвергает опасности здоровье и даже жизнь людей. Помимо военного использования применение комплексов БЛА открывает возможность оперативного и недорогого способа обследования труднодоступных участков местности, периодического наблюдения заданных районов, цифрового фотографирования для использования в геодезических работах и в случаях чрезвычайных ситуаций. Полученная бортовыми средствами мониторинга информация должна в режиме реального времени передаваться на пункт управления для обработки и принятия адекватных решений. В настоящее время наибольшее распространение получили тактические комплексы микро и мини-БЛА. В связи с большей взлетной массой мини-БЛА их полезная нагрузка по своему функциональному составу наиболее полно представляет состав бортового оборудования, отвечающего современным требованиям к многофункциональному разведывательному БЛА. Поэтому далее рассмотрим состав полезной нагрузки мини-БЛА.

История

В 1898 г. Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно. В 1910 г., вдохновлённый успехами братьев Райт, молодой американский военный инженер из Огайо Чарльз Кеттеринг предложил использовать летательные аппараты без человека. По его замыслу управляемое часовым механизмом устройство в заданном месте должно было сбрасывать крылья и падать как бомба на врага. Получив финансирование армии США, он построил, и с переменным успехом испытал несколько устройств, получивших названия The Kattering Aerial Torpedo, Kettering Bug (или просто Bug), но в боевых действиях они так и не применялись. В 1933 г. в Великобритании разработан первый БПЛА многократного использования Queen Bee. Были использованы три отреставрированных биплана Fairy Queen, дистанционно управляемые с судна по радио. Два из них потерпели аварию, а третий совершил успешный полёт, сделав Великобританию первой страной, извлёкшей пользу из БПЛА. Эта радиоуправляемая беспилотная мишень под названием DH82A Tiger Moth использовалась на королевском Военно-морском флоте с 1934 по 1943 г. Армия и ВМФ США с 1940 года использовали ДПЛА Radioplane OQ-2 в качестве самолёта-мишени. На несколько десятков лет опередили своё время исследования немецких учёных, давших миру на протяжении 40-х годов реактивный двигатель и крылатую ракету. Практически до конца восьмидесятых, каждая удачная конструкция БПЛА «от крылатой ракеты» представляла собой разработку на базе «Фау-1», а «от самолёта» - «Фокке-Вульф» Fw 189. Ракета Фау-1 была первым применявшимся в реальных боевых действиях беспилотным летательным аппаратом. В течение второй мировой войны немецкие учёные вели разработки нескольких радиоуправляемых типов оружия, включая управляемые бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X, ракету Enzian и радиоуправляемый самолёт, заполненный взрывчатым веществом. Несмотря на незавершённость проектов, Fritz X и Hs 293 использовались на Средиземном море против бронированных военных кораблей. Менее сложным и созданным скорее с политическими, чем с военными целями самолёт V1 Buzz Bomb с реактивным пульсирующим двигателем, который мог запускаться как с земли, так и с воздуха. В СССР в 1930-1940 гг. авиаконструктором Никитиным разрабатывался торпедоносец-планер специального назначения (ПСН-1 и ПСН-2) типа «летающее крыло» в двух вариантах: пилотируемый тренировочно-пристрелочный и беспилотный с полной автоматикой. К началу 1940 г. был представлен проект беспилотной летающей торпеды с дальностью полёта от 100 км и выше (при скорости полёта 700 км/ч). Однако этим разработкам не было суждено воплотится в реальные конструкции. В 1941 году были удачные применения тяжёлых бомбардировщиков ТБ-3 в качестве БПЛА для уничтожения мостов. Во время второй мировой войны ВМС США для нанесения ударов по базам германских подводных лодок пытались использовать дистанционно пилотируемые системы палубного базирования на базе самолёта B-17. После второй мировой войны в США продолжились разработки некоторых видов БПЛА. Во время войны в Корее для уничтожения мостов успешно применялась радиоуправляемая бомба Tarzon. 23 сентября 1957 г. КБ Туполева получил госзаказ на разработку мобильной ядерной сверхзвуковой крылатой ракеты среднего радиуса действия. Первый взлёт модели Ту-121 был осуществлён 25 августа 1960 г., но программа была закрыта в пользу Баллистических ракет КБ Королёва. Созданная же конструкция нашла применение в качестве мишени, а также при создании беспилотных самолётов разведчиков Ту-123 «Ястреб», Ту-143 «Рейс» и Ту-141 «Стриж», стоявших на вооружении ВВС СССР с 1964 по 1979 г. Ту-143 «Рейс» на протяжении 70-х годов поставлялся в африканские и ближневосточные страны, в том числе и в Ирак. Ту-141 «Стриж» состоит на вооружении ВВС Украины и поныне. Комплексы «Рейс» с БРЛА Ту-143 эксплуатируются до настоящего времени, поставлялись в Чехословакию (1984 г.), Румынию, Ирак и Сирию (1982 г.), использовались в боевых действиях во время Ливанской войны. В Чехословакии в 1984 г. были сформированы две эскадрильи, одна из которых в настоящее время находиться в Чехии, другая - в Словакии. В начале 1960-х годов дистанционно-пилотируемые летательные аппараты использовались США для слежения за ракетными разработками в Советском Союзе и на Кубе. После того, как были сбиты RB-47 и два U-2, для выполнения разведывательных работ была начата разработка высотного беспилотного разведчика Red Wadon (модель 136). БПЛА имел высоко расположенные крылья и малую радиолокационную и инфракрасную заметность. Во время войны во Вьетнаме с ростом потерь американской авиации от ракет вьетнамских ЗРК возросло использование БПЛА. В основном они использовались для ведения фоторазведки, иногда для целей РЭБ. В частности, для ведения радиотехнической разведки применялись БПЛА 147E. Несмотря на то что, в конечном счёте, он был сбит, беспилотник передавал на наземный пункт характеристики вьетнамского ЗРК C75 в течение всего своего полёта. Ценность этой информации была соизмерима с полной стоимостью программы разработки беспилотного летательного аппарата. Она также позволила сохранить жизнь многим американским лётчикам, а также самолёты в течение последующих 15 лет, вплоть до 1973 г. В ходе войны американские БПЛА совершили почти 3500 полётов, причём потери составили около четырёх процентов. Аппараты применялись для ведения фоторазведки, ретрансляции сигнала, разведки радиоэлектронных средств, РЭБ и в качестве ложных целей для усложнения воздушной обстановки. Но полная программа БПЛА была окутана тайной настолько, что её успех, который должен был стимулировать развитие БПЛА после конца военных действий, в значительной степени остался незамеченным. Беспилотные летательные аппараты применялись Израилем во время арабо-израильского конфликта в 1973 г. Они использовались для наблюдений и разведки, а также в качестве ложных целей. В 1982 г. БПЛА использовались во время боевых действий в долине Бекаа в Ливане. Израильский БПЛА AI Scout и малоразмерные дистанционно-пилотируемые летательные аппараты Mastiff провели разведку и наблюдение сирийских аэродромов, позиций ЗРК и передвижений войск. По информации, получаемой с помощью БПЛА, отвлекающая группа израильской авиации перед ударом главных сил вызвала включение радиолокационных станций сирийских ЗРК, по которым был нанесён удар с помощью самонаводящихся противорадиолокационных ракет, а те средства, которые не были уничтожены, были подавлены помехами. Успех израильской авиации был впечатляющим - Сирия потеряла 18 батарей ЗРК. СССР ещё в 70-е-80-е годы был лидером по производству БПЛА, только Ту-143 было выпущено около 950 штук. Дистанционно-пилотируемые летательные аппараты и автономные БПЛА использовались обеими сторонами в течение войны в Персидском заливе 1991 г., прежде всего как платформы наблюдения и разведки. США, Англия, и Франция развернули и эффективно использовали системы типа Pioneer, Pointer, Exdrone, Midge, Alpilles Mart, CL-89. Ирак использовал Al Yamamah, Makareb-1000, Sahreb-1 и Sahreb-2. Во время операции «Буря в пустыне» БПЛА тактической разведки коалиции совершили более 530 вылетов, налёт составил около 1700 часов. При этом 28 аппаратов были повреждены, включая 12, которые были сбиты. Из 40 БПЛА Pioneer, используемых США, 60 процентов были повреждены, но 75 процентов оказались ремонтопригодными. Из всех потерянных БПЛА только 2 относились к боевым потерям. Низкий коэффициент потерь обусловлен вероятнее всего небольшими размерами БПЛА, в силу чего иракская армия сочла что они не представляют большой угрозы. БПЛА также использовались и в операциях по поддержанию мира силами ООН в бывшей Югославии. В 1992 г. Организация Объединённых Наций санкционировала использование военно-воздушных сил НАТО, чтобы обеспечить прикрытие Боснии с воздуха, поддерживать наземные войска, размещённые по всей стране. Для выполнения этой задачи требовалось ведение круглосуточной разведки.

В августе 2008 года ВВС США завершили перевооружение беспилотными летательными аппаратами MQ-9 Reaper первой боевой авиачасти - 174-го истребительного авиакрыла Национальной гвардии.Перевооружение происходило в течение трёх лет. Ударные БПЛА показали высокую эффективность в Афганистане и Ираке. Основные преимущества перед заменёнными F-16: меньшая стоимость закупки и эксплуатации, большая продолжительность полёта, безопасность операторов.

БПЛА – беспилотный летательный аппарат. Еще их называют дроны (от англ. трутень) или просто беспилотники. На самом деле никаких беспилотников не существует. Любой БПЛА имеет своего оператора-пилота, а некоторые дроны имеют по два-три оператора. В данном случае, термин «беспилотный» означает что летчик не находится на борту летательного аппарата (ЛА). Но управляет разведывательным или ударным беспилотником все-таки человек.

Применение БПЛА в военных конфликтах, с участием американской армии, в последние годы, многократно увеличилось. В связи с этим, конгрессом США в 2013 году планировалось ввести медаль «За особые боевые заслуги», которую полагали вручать операторам беспилотников и спецам боевых киберподразделений принимавшим участие в военных конфликтах. Но справедливое негодование настоящих ветеранов, участников настоящих боев, было так велико, что медаль без особой помпы тихо отменили. Это говорит, во-первых, о многократно возросшем участии операторов в боевых действиях, и, во-вторых, о назревающем конфликте в системе БПЛА – оператор.

Так кто же такой оператор-пилот дрона? Военный, принимающий ответственные решения о применении оружия? Или просто геймер виртуально управляющий дорогой игрушкой на расстоянии? Задача беспилотника не подвергать опасности человека сидящего в кабине. Действительно, физической опасности для оператора, находящегося за много миль от места боевых действий, не существует. Однако, как выяснили американские психологи и медики, оператор БПЛА, проводивший боевые операции с применением оружия, подвержен серьезным психологическим нагрузкам. Он даже подвержен посттравматическим синдромам, подобно бойцу, принимавшему непосредственное участие в боевых операциях. Как бы ни был автоматизирован дрон-беспилотник, ответственность за его действия, за применение оружия несет человек. Опыт эксплуатации оперативно-тактических беспилотных авиационных комплексов (БАК), показал, что наиболее эффективна команда из трех человек для управления и принятия решения.

Первый это сам пилот, управляющий БПЛА, второй член команды - оператор боевых систем. В его обязанности входит обнаружение, идентификация цели, и принятие решения о применении оружия. И третий из состава-оператор интеллектуальных систем, имеющий опыт управления БПЛА и владеющий системами интеллектуальной поддержки в помощь летчику, обладающий отменной реакцией в принятии решения. Эта команда, со своими рабочими местами объединена в локальную сеть, и находятся в одном операторском помещении.

Помещение мобильно и оборудовано всеми необходимыми многофункциональными органами управления, многофункциональными мониторами, и ручными органами управления. К ручным органам управления относятся кистевые самолетные ручки и флайстики на манер игровых джойстиков. Несмотря на огромное количество современного оборудования, на большое количество поступающей и обрабатываемой информации этого явно недостаточно. Это хорошо понимают пилоты, которые знают разницу между авиатренажером и реальным полетом. Как бы ни был совершенен авиасимулятор или тренажер, он имеет один существенный недостаток, так называемый «сенсорный голод». Это, прежде всего отсутствие перегрузок, которые чувствует в полете пилот «пятой точкой».

Неуловимое изменение в пространстве самолета сразу становится понятно опытному летчику как раз этой самой пресловутой «пятой точкой», и это не анекдот, автор этих строк испытал на себе это ощущение. Небольшая вертикальная или боковая нагрузка, говорит о полете больше чем все приборы вместе взятые. Так вот, оператор БПЛА как раз вот этих ощущений и лишен. Если добавить сюда отсутствие звука двигателя, и невозможность бросить мгновенный взгляд влево-вправо, вверх-назад, становится понятным термин «сенсорное голодание». Работы над обратной связью «БПЛА-пилот» сейчас ведутся полным ходом. Например, дрожание картинки на экране, и вибрация флайстика, может подсказать оператору о попадании ЛА в зону турбулентности, это позволит ему оперативнее отреагировать не неблагополучную ситуацию в полете.

Первоначально операторов набирали среди бывших или действующих пилотов. Но со временем стало понятно, что по скорости реакции, без ощущений «пятой точки», стало ясно, что профессионалы значительно уступают простым геймерам, имеющим опыт обращения с авиасимуляторами на компьютерах или игровых консолях, таких как Playstation или ХBoх. Операторы, обучающиеся пилотированию БПЛА, что называется «с нуля», быстрее осваивали сложную аппаратуру и управление ЛА, в отличие от летчиков, которые делали больше ошибок и медленнее обучались.

Но в связи с этим встает проблема уже не технического характера, а морально-этического. Профессиональный военный летчик много лет не только осваивает сложную авиационную технику, он так же готовится принимать ответственные решения в экстремальных боевых условиях. Четко осознает все меру ответственности за применение боевого оружия, за управление очень дорогостоящим ЛА. Он сам находится в гуще событий, подвергается опасности, для него это не виртуальная реальность. Оператор из гражданских, привлеченных на службу геймеров, не всегда осознает грань между виртуальным и реальным пространством. Для него сохраняется игровой момент в управлении многомиллионным беспилотником. Сейчас существует десять степеней автоматизации в системе «оператор-БПЛА». От полного управления и принятия всех решений оператором человеком, до полной автономности дрона, где человек просто наблюдатель, не принимающий никаких решений. Если в первом варианте всю моральную и правовую ответственность за отдачу команды «огонь» несет полностью человек, то во втором варианте автоматика, робот. И тогда случаи сбоя или неисправности, могут привести к фатальным последствиям. Сейчас в лабораториях США ведутся исследования и разработки голосового интерфейса для общения оператора с роботом-дроном. И для принятия ответственного решения на применение оружия, они могут выработать совместное решение, предварительно «обсудив» ситуацию.

Сейчас сохраняется тенденция большей ответственности оператора человека за принимаемые решения. Даже посадку тяжелых многофункциональных БПЛА осуществляет оператор. Дроны склонны к более крутой глиссаде на посадке, к большим перегрузкам и более жесткому касанию полосы, что зачастую приводит к выводу из строя взлетно-посадочных устройств, или попросту-шасси. И сейчас БПЛА в основном сажаются операторами-пилотами, ведь стоимость тяжелого дрона-десятки миллионов долларов.

К 2030 году планируется сконструировать полностью автономного робота-дрона, принимающего все решения автономно, вплоть до выбора цели, и нанесения боевого удара. А пока, ведущее место в управлении БПЛА занимает все-таки человек, пилот, оператор, осознающий всю меру ответственности за чьи-то жизни.

Валерий Смирнов специально для