Спосіб побудови підсистеми зв’язку та передачі даних безпілотних літальних апаратів (бпла)

Реферат: Спосіб побудови підсистеми зв'язку та передачі даних безпілотних літальних апаратів (БПЛА), при якому передача даних здійснюється щонайменше в трьох радіоканалах - командному, телеметричному та інформаційному. При цьому для передачі команд і прийому телеметричної та відеоінформації використовують GSM канали і обладнання операторів мобільного зв'язку. UA 116272 U (54) СПОСІБ ПОБУДОВИ ПІДСИСТЕМИ ЗВ'ЯЗКУ ТА ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ (БПЛА) UA 116272 U UA 116272 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі авіоніки, зокрема до підсистеми зв'язку та передачі даних безпілотних літальних апаратів (БПЛА). Останнім часом все ширше і ширше застосування в різних галузях народного господарства і у військовій справі знаходять БПЛА категорії "мікро" (польотна маса менше 5 кГ [М.М. Проценко, Аналіз структури та варіантів побудови безпілотних авіаційних комплексів // "Вісник ЖДТУ", 2012. - № 2 (61). - С. 113-117 [Електронний ресурс] / Режим доступу до ресурсу: www.eztuir.ztu.edu.ua/3243/1/113.pdf). Їх поява зумовлена технологічним проривом в ряді галузей як-от матеріалознавство, штучний інтелект, передача інформації, нові джерела енергії. Система керування БПЛА різного призначення, як правило, являє собою сукупність функціональних вузлів (окремих систем) і містить такі засоби: інерційні навігаційні, космічні навігаційні, автономного керування (за програмою), дистанційного (ручного керування), апаратуру передачі даних. Особлива роль в цій системі відводиться підсистемі зв'язку та передачі даних. Ця система є основною для телекерованих безпілотних засобів різного призначення. До її складу входить щонайменше три радіоканали: командний, телеметричний та інформаційний, які утворені відповідними радіолініями і апаратурою прийому, обробки та передачі даних. Командний радіоканал призначений для передачі сигналів керування з пункту управління на борт БПЛА, який відпрацьовує отримані команди. За цими командами БПЛА робить різного роду маневри, змінює висоту, курс і швидкість польоту, а також відпрацьовується зміна режимів роботи розвідувальної та іншої апаратури. Це може бути, наприклад, команда на перемикання з візуальної на інфрачервону камеру спостереження. Телеметричний канал призначений для передачі квитанцій (підтверджень) про виконання команд, які надходять на борт. Передача сигналів від бортових інформаційних задавачів здійснюється через інформаційний канал. Як правило, інформаційний канал об'єднується з телеметричним в один зворотній радіоканал, в той час як командний є завжди прямим каналом. Ефективність застосування БПЛА різного призначення багато в чому визначається якістю функціонування командного та інформаційного каналів. Приведемо тактико-технічні характеристики середньовисотного мікро-БПЛА (польотна маса 1 кг) на електричній тязі Draganflyer X6 виробництва фірми Draganfly Innovations Inc., який ми виберемо за прототип [Innovative UAV Aircraft and Aerial Video Systems [Електронний ресурс] / Режим доступу до ресурсу: http://www.dragonfly.com_]. На борту цього БПЛА знаходиться 11 сенсорів - 3 MEMS гіроскопи, 3 MEMS акселерометри, 3 магнітометри, задавач атмосферного тиску та GPS приймач, що забезпечують даними три навігаційні системи по кожній просторовій координаті. Характеристики радіоканалу керування наступні: дуплексний канал зв'язку в діапазоні 2,42,4835 ГГц, потік цифрових даних - 250 кБод, чутливість приймача – 100 дБ·мВт. Характеристики каналу передачі зображення: односторонній канал на частоті 5,8 ГГц, потужність передавача +12 дБ·мВт. Попри автономність завдяки застосуванню кількох взаємодоповнюючих навігаційних систем, важливе значення має організація захищених і надійних каналів зв'язку з БПЛА - для передачі команд керування на борт БПЛА і отримання показників телеметрії бортових систем та відеоінформації в реальному масштабі часу. Зазвичай організація таких каналів зв'язку є досить складною технічною і організаційною проблемою. Досить пригадати собі лише один з її аспектів - ліцензування несучих частот каналів зв'язку. В основу корисної моделі поставлена задача вирішення цілого комплексу проблем, що постають при організації каналів зв'язку з БПЛА, з мінімальними затратами часу і коштів. Якщо у великих, повнорозмірних, БПЛА, наприклад Predator чи Reaper [GENERAL ATOMIC Aeronautical //Aircraft Platforms /Predator XP [Електронний ресурс] / Режим доступу до ресурсу: http://www.ga-asi.com] масогабаритні показники апаратури зв'язку не так жорстко лімітовані, то у випадку мікро-БПЛА (зльотна маса до 5 кГ) рахунок йде на грами, сантиметри і мілівати. Тому будь-які раціональні підходи до оптимального вирішення конструкції БПЛА і побудови його систем важко переоцінити. Пропонується для організації каналів зв'язку з БПЛА використати канали операторів мобільного зв'язку GSM [Глобальна система мобільного зв'язку [Електронний ресурс] / Режим доступу до ресурсу: http://www.uk.wikipedia.org/wiki/GSM]. Такий підхід забезпечує наступні переваги (технічний результат, що досягається при здійсненні корисної моделі): 1) робота в ліцензованому діапазоні частот; 1 UA 116272 U 5 10 15 20 25 30 35 2) наявність широкого асортименту готових блоків та модулів для побудови системи (застосовуються в стільникових (мобільних) телефонах); 3) захищеність каналів зв'язку завдяки шифруванню інформації, що передається (секретний алгоритм А5); 4) скритість інформаційного обміну з БПЛА, бо його сигнали важко вирізнити з-поміж сотень подібних сигналів абонентів мобільного оператора; 5) практично необмежений радіус зв'язку в мережі GSM; 6) доповнення навігаційної системи БПЛА ще одним каналом визначення місцезнаходження, по відношенню до трьох сусідніх базових станцій мережі через запит в мережу GSM; 7) пункт керування безпілотним авіаційним комплексом (БПАК), до складу якого входить і БПЛА, нічим не виділяється від звичайних абонентів мережі (в існуючих комплексах для організації радіоканалу зв'язку застосовуються гостронапрямлені параболічні антени досить великих розмірів з засобами стеження і супроводу БПЛА або навіть використовуються супутникові канали зв'язку, що суттєво впливає на вартість, масу, розміри та енергоспоживання); 8) зменшується енергоспоживання та вага бортової апаратури. Оцінимо швидкості передачі даних для найбільш розповсюджених на сьогодні мереж 2.5G. При застосуванні технології GPRS швидкість передачі даних може сягати 171 кБод (при застосуванні модуляції GMSK) і до 474 кБод при застосуванні модуляції 8PSK. Реально в умовах завантаженості мережі швидкість передачі не перевищує 75-130 кБод. Такої швидкості передачі цілком достатньо для передачі керуючих команд і отримання даних телеметрії в реальному масштабі часу. Щодо передачі візуальної інформації з борту БПЛА, то тут можливі наступні варіанти: 1) передача даних в іншому каналі. Дані поступатимуть з затримкою 10-15 Секунд (час на передачу одного кадру високоякісного зображення) або в реальному часі з низькою роздільною здатністю (категорія 0220f згідно з стандартом НАТО STANAG 4609 Edition 2) [В. Слюсар Передача данных с борта БПЛА: Стандарты НАТО // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2010. - № 3. - С. 80-86]; 2) передача даних з використанням мереж третього і четвертого поколінь - 3G та 4G. В цьому випадку матимемо передачу даних в реальному масштабі часу на швидкостях відповідно від 1 МБод і від 10 МБод, що дозволяє отримувати потокове відео із стандартною роздільною здатністю (категорія 0220d). Зв'язок з БПЛА, що літають на невеликій висоті (наприклад до 2 км) забезпечується без жодних проблем в силу того, що діаграма направленості антени базової станції у вертикальній площині є досить широкою (щонайменше 90°) як для ізотропного або квазіізотропного випромінювача. При відстані до базової станції 2 км кут місця становить 45°, тобто БПЛА потрапляє в основний пелюсток діаграми направленості антени на рівні половинної потужності. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб побудови підсистеми зв'язку та передачі даних безпілотних літальних апаратів (БПЛА), при якому передача даних здійснюється щонайменше в трьох радіоканалах - командному, телеметричному та інформаційному, який відрізняється тим, що для передачі команд і прийому телеметричної та відеоінформації використовують GSM канали і обладнання операторів мобільного зв'язку. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2