Спосіб керування польотом коректованого літального апарата

1. Спосіб керування польотом коректованого літального апарата, який включає запуск безпілотного літального апарата для виходу в район доставки, наведення безпілотного літального апарата на місце доставки, пуск після запуску безпілотного літального апарата іншого безпілотного літального апарата-носія корисного вантажу в район доставки керування польотом безпілотного літального апарата за допомогою радіокомандної лінії керування за допомогою аналізу зображення з телевізійної камери, розміщеної на безпілотному літальному апараті, формування команд радіонаведення безпілотного літального апарата-носія корисного вантажу на місце доставки за допомогою аналізу параметрів взаємного розташування безпілотного літального апаратаносія корисного вантажу і місця доставки, отриманого з телевізійної камери з використанням ретранслятора сигналів радіокомандної лінії керування, який відрізняється тим, що здійснюють роздільні пуски безпілотного літального апарата і безпілотного літального апарата-носія корисного вантажу, пуск після запуску безпілотного літального апарата іншого безпілотного літального апарата-носія корисного вантажу здійснюють із затримкою, достатньою для формування (не менше за час формування) команд корекції, а ретранслятором сигналів радіокомандної лінії керу 2 (19) 1 3 Спосіб відноситься зокрема до засобів виявлення потерпілого або районів стихійних лих і екстреної доставки корисного вантажу до нього і може бути застосований при проведенні робіт пов'язаних з порятунком людей в важкодоступних районах, а також для доставки різних вантажів в важкодоступний райони зокрема райони стихійних лих, аварій, геологорятувальних і геологорозвідувальних робіт, для ліквідації яких-небудь перешкод і заторів в екстремальних ситуаціях, при стихійних лихах. Відомий спосіб керування польотом коректованого літального апарата [см заявку на винахід Росії №2002128657/12, МПК А62В37/00, G08B25/00, дата публікації заявки 2004.05.10] який передбачає запуск для виходу в район доставки комплексу доставки у вигляді безпілотного літального апарату забезпеченого розміщеними на ньому групою безпілотних літальних апаратівносіїв корисного вантажу, наведення безпілотного літального апарату на місце доставки, пуск після досягнення безпілотного літального апарату району доставки безпілотних літальних апаратів-носіїв корисного вантажу в район доставки, керування польотом безпілотного літального апарату за допомогою радіокомандної лінії керування за допомогою аналізу зображення з телевізійної камери розміщеної на безпілотному літальному апараті, формування команд радіонаведення безпілотного літального апаратуносія корисного вантажу на місце доставки за допомогою аналізу параметрів взаємного розташування безпілотного літального апарату-носія корисного вантажу і місця доставки, отриманого з телевізійної камери з використанням ретранслятора сигналів радіокомандної лінії керування. Недоліком такого способу є великі габарити і вага комплексу який включає перший безпілотний літальний апарат розміщені на ньому група безпілотних літальних апаратів-носіїв корисного вантажу, необхідність наявності на комплексі засобів зберігання, кріплення, забезпечення пуску з першого безпілотного літального апарату подальшої групи безпілотних літальних апаратів. Іншим недоліком такого способу є висока витрата енергії і палива на здійснення доставки зумовлена високою вагою комплексу. Істотним недоліком такого способу є неможливість змінити параметри вантажу за наслідками оцінки ситуації в місці події, оскільки вони жорстко визначені умовами пуску першого безпілотного літального апарату, а така необхідність зміни параметрів вантажу і точки доставки може виникнути за наслідками оцінки ситуації, наприклад в екстремальних ситуаціях при стихійних лихах, які розвиваються, для ліквідації яких-небудь перешкод і заторів і т. п. Органічні особливості способу обмежують період доставки вантажу який визначається за цим способом інтервалом часу між моментом пуску першого і останнього апарату носія корисного вантажу, оскільки апарати носії корисного вантажу пускаються в момент коли головний безпілотний літальний апарат вже знаходиться в 80439 4 районі доставки, хоча ситуація може вимагати затримку подачі частини вантажу. Такий спосіб пов'язаний з необхідністю вживання складних спеціальних технічних засобів для здійснення запуску комплексу великих габаритів і з обмеженням швидкості доставки обумовленою високою вагою комплексу. Спосіб також зв'язаний обмеженими можливостями прийняття рішення і здійснення дій виходячи з обмеженої ваги вантажу розташованого на основному літальному апараті і з тим що характер і параметри вантажу після досягнення району доставки і оцінки ситуації не можуть бути змінені, а на практиці кількості необхідного вантажу визначається і оцінкою конкретної ситуації і її розвитком. Завданням винаходу є створення способу керування польотом коректованого літального апарату в якому шляхом застосування нових дій способу керування та порядку їх здійснення забезпечується зменшення ваги коректованого способом літального апарату, знижується витрата енергії і (або) палива на здійснення доставки, забезпечується можливість здійснення нових видів дій керування які покращують умови доставки вантажів. Для вирішення цього завдання керування польотом коректованого літального апарату передбачає запуск безпілотного літального апарату для виходу в район доставки, наведення безпілотного літального апарату на місце доставки пуск після запуску безпілотного літального апарату іншого безпілотного літального апарату-носія корисного вантажу в район доставки, керування польотом безпілотного літального апарату за допомогою радіокомандної лінії керування за допомогою аналізу зображення з телевізійної камери розміщеної на безпілотному літальному апараті, формування команд радіонаведення безпілотного літального апарату-носія корисного вантажу на місце доставки за допомогою аналізу параметрів взаємного розташування безпілотного літального апарату-носія корисного вантажу і місця доставки, отриманого з телевізійної камери з використанням ретранслятора сигналів радіокомандної лінії керування. Новим в способі є те що здійснюють роздільні пуски безпілотного літального апарату і безпілотного літального апарату-носія корисного вантажу, пуск після запуску безпілотного літального апарату іншого безпілотного літального апаратуносія корисного вантажу здійснюють із затримкою, достатньою для формування команд корекції, а ретранслятором сигналів радіокомандної лінії керування забезпечують безпілотний літальний апарат-носій корисного вантажу. Різко знижується вага коректованого літального апарату до рівня ваги системи отримання зображення з телевізійної камери і радіопередавача радіокомандної лінії керування, що дозволяє поширювати спосіб на інші типи коректованих літальних апаратів з невеликою вагою і іншою системою пуску. 5 Об’єм і вага вантажу, що доставляється, не залежать від вантажопідйомності першого коректованого літального апарату і не обмежується його вантажопідйомністю. Різко знижується витрата енергії і (або) палива на здійснення доставки зумовлена різким зниженням ваги всього комплексу. З'являється можливість змінити параметри вантажу за наслідками оцінки ситуації, оскільки в такому способі вони не визначені жорстко умовами пуску першого безпілотного літального апарату. Забезпечується можливість розширення періоду доставки який вже не обмежується інтервалом пуску першого і останнього апарату носія корисного вантажу, коли вони пускаються із зони розташування головного безпілотного літального апарату в момент коли головний безпілотний літальний апарат вже знаходиться в районі доставки хоча ситуація може вимагати затримку подачі частини вантажу. З'являється можливість змінити параметри вантажу за наслідками оцінки ситуації, оскільки вони перестають бути жорстко визначені умовами пуску першого коректованого літального апарату якій містить весь вантаж. Кожний подальший пуск безпілотних коректованих літальних апаратів-носіїв корисного вантажу може бути визначений необхідністю, яка змінюється, в процесі доставки. Розширення можливостей прийняття рішення і здійснення дії виходячи не з обмеженої ваги вантажу, а з кількості вантажу що визначається розвитком ситуації, наприклад для ліквідації якихнебудь перешкод і заторів в екстремальних ситуаціях, при стихійних бідах. В окремих варіантах реалізації способу після запуску безпілотного літального апарату здійснюють пуски групи безпілотних літальних апаратів-носіїв корисного вантажу. Внаслідок застосування цих ознак забезпечується можливість надіслати в район стихійного лиха велику кількість вантажу. В окремих варіантах реалізації способу пуски групи безпілотних літальних апаратів-носіїв корисного вантажу здійснюють одночасно. Внаслідок цього забезпечується можливість у стислий термін з застосуванням мінімальних ресурсів надіслати в район стихійного лиха велику кількість вантажу. В окремих варіантах реалізації способу пуски групи безпілотних літальних апаратів-носіїв корисного вантажу здійснюють послідовно. Внаслідок цього забезпечується можливість застосовувати засоби зв'язку невеликої потужності і передавати інформацію між зоною пуску та стихійного лиха з застосуванням ретрансляції сигналів що додатково зменшить вагу засобів лінії ретрансляції і відповідно розміри літальних апаратів. В окремих варіантах реалізації способу пуски групи безпілотних літальних апаратів-носіїв корисного вантажу здійснюють паралельнопослідовно. 80439 6 Внаслідок цього забезпечується можливість одночасно зменшити потужність лінії ретрансляції сигналів, з одночасним використанням мінімальних енергетичних ресурсів для направлення в район стихійного лиха великої кількості вантажу. В окремих варіантах реалізації способу час між пусками безпілотних літальних апаратівносіїв корисного вантажу вибирають виходячи із забезпечення роботи лінії ретрансляції сигналів радіокомандної лінії керування. Застосування цих ознак забезпечує можливість мінімізувати потужність засобів лінії ретрансляції. В окремих варіантах реалізації способу повторно направляють безпілотний літальний апарат-носій корисного вантажу, в якому як вантаж повторно застосовують телевізійну камеру радюкомандної лінії керування. Застосування цих ознак забезпечує можливість реагувати на зміну ситуації в районі стихійного лиха у випадку коли зона стихійного лиха внаслідок зовнішніх факторів зміщується (наприклад у випадку дії течії) по відношенню до зони дії першої телевізійної камери. В окремих варіантах реалізації способу як вантаж застосовують надувний плаваючий засіб. Застосування таких ознак забезпечує можливість функціонування системи керування більш подовжений термін внаслідок того що передавачі коректованого літального апарату будуть продовжувати знаходитись поблизу поверхні води і мати можливість продовжувати передавати сигнали. До того ж надувний плаваючий засіб може бути використаний також і людьми, які знаходяться у зоні стихійного лиха. В окремих варіантах реалізації способу як додатковий вантаж використовують парашут. Застосування таких ознак також забезпечує можливість функціонування системи керування більш подовжений термін внаслідок того що передавачі коректованого літального апарату будуть більш тривалий термін знаходитися над зоною стихійного лиха і мати можливість продовжувати передавати сигнали або досліджувати зону стихійного лиха. Заявлене рішення ілюструється прикладами реалізації способу керування польотом коректованого літального апарату та прикладами технічного виконання елементів конструкції, на базі яких може бути реалізовано спосіб. Для демонстрації технічної реалізації способу керування польотом коректованого літального апарату показуємо можливості технічної реалізації компонентів способу, що заявляється, а саме: можливості технічної реалізації конструкції безпілотного літального апарату (БПЛА) і його основних систем, а також способу керування і дорозвідки, локалізуючого місцеположення рятуємих людей (об'єктів) в районі стихійного лиха по інформаційних ознаках різної фізичної природи. Опис технічної реалізації БПЛА і його основних систем Система керування літальним апаратом передбачає застосування перед тим відомих способів дорозвідки, які локалізують місцеположення 7 рятуємих людей (об'єктів) в районі стихійного лиха і можуть бути виконані на основі відомих алгоритмів по інформаційних ознаках різної фізичної природи, створюваних на фоні навколишнього середовища. У найпростішому випадку система дорозвідки може бути основана на радіосигналах від радіопередавачів або радіомаяків які знаходяться у рятуємих людей і коригуватися вручну із застосуванням відомостей отриманих за допомогою телевізійної камери (ТВкамери). За результатами роботи підсистем розпізнавання і прийняття рішення здійснюють пуск необхідних технічних і рятувальних засобів. У способі можуть бути застосовані різні типи літальних апаратів зокрема апарат - БПЛА, оснащений надзвуковим прямоточним повітрянореактивним двигуном (ПВРД). Такі ПВРД широко відомі [див. «Теорія реактивних двигунів. Робочий процес і характеристики» п.р. акад. Б.С.Стечкина. Оборонгиз. М.; 1958. с.399.] Подібного роду двигун (залежно від конкретної конструкції) може працювати в діапазоні швидкостей 1-5 Μ (Μ - швидкість звуку). Пальним для нього є авіаційний керосин, окислювачем кисень повітря. Як сказано на с.423 вказаного джерела: «характеристики ПВРД при надзвукових польотах свідчать про те, що в області великих швидкостей прямоточний двигун є дуже ефективним». Цій тип БПЛА характеризується простотою конструкції, і невеликими габаритами. Для малогабаритних ПВРД на оптимальній висоті і швидкості в умовах застосування способу витрата пального складатиме близько 10г за секунду польоту. Керування напрямком руху БПЛА здійснюється загальноприйнятим способом - поворотом повітряних рулів. Управляючі команди на сервопривід рулів поступають від Блоку керування рухом БПЛА, пов'язаного з радіоприймачем. На Фіг.1 наведена можлива блок-схема приймача-передавача БПЛА з ретранслятором, а на Фіг.2 - Блок-схема приймача-передавача БПЛА з ТВ-камерою. На зазначених схемах зображена, приймальна антена 1, приймач 2, блок керування рухом 3, сервопривід рулів 4, передавач 5, передаюча антена 6, ТВ-камера 7. Для технічної реалізації прикладу даного способу керування можуть використовуються три функціонально спеціалізованих БПЛА: 1. БПЛА, який локалізує місцеположення людей (об'єктів) яких рятують в районі стихійного лиха по видимій картині, яка реєструється ТВкамерою БПЛА, сигналу радіомаяка, яким може бути обладнаний рятувальний жилет людини і т.п.Далі іменуватиметься БПЛА-ТВ; 2. БПЛА-ретранслятор, що ретранслює ТВзображення БПЛА-ТВ на пункт керування (далі ПУ), і команди керування з ПУ на БПЛА-ТВ; 3. БПЛА-вантажовоз, який доставляє корисний вантаж в район стихійного лиха. На практиці конкретні БПЛА можуть мати функціональні елементі які об'єднують дві будь-які з зазначених функцій або навіть всі три. 80439 8 БПЛА-ТВ містить приймач 2 і передавач 5 для прийому команд керування з ПУ через БПЛАретранслятор і передачі ТВ-зображення аналогічним чином. Діаграми направленості приймальної антени 1 та передавальної антени 6 будуть направлені проти напрямку руху БПЛА-ТВ для підтримки зв'язку з БПЛА-ретранслятором. При роботі всієї системи вони завжди будуть перебувати в межах радіовидимості. БПЛА-ТВ також може містити: - радіопеленгатор для локації радіомаяка, зв'язаного з рятувальним засобом терплячої стихійне лихо людини. Інформація про напрямок на такий радіомаяк, також як і ТВ-зображення, передаватиметься у результаті на ПУ; - радіомаяк для наведення на нього БПЛАретранслятора. БПЛА-ретранслятор містить два приймачі 2 і два передавачі 5 для ретрансляції команд керування з ПУ на БПЛА-ТВ, і ТВ-зображення у зворотному напрямі. Діаграми направленості відповідних приймальних 1 і передавальних 6 антен будуть направлені на ПУ і БПЛА-ТВ. БПЛА-ретранслятор також містить: - радіопеленгатор для локації радіомаяка, зв'язаного з БПЛА-ТВ; - радіомаяк для наведення на нього БПЛАвантажовоза. Система керування рухом БПЛАретранслятора - автономна, забезпечує його наведення на БПЛА-ТВ. БПЛА-вантажовоз містить радіопеленгатор для локації радіомаяка, зв'язаного з БПЛАретранслятором. Система керування рухом БПЛА-вантажовозом - автономна, забезпечує його наведення на БПЛА-ретранслятор. Для зменшення взаємного впливу приймачів 2 і передавачів 5, особливо на БПЛАретрансляторі, один на одного, їх частоти настройки можуть бути рознесені. Наприклад, в радіолінії ПУ-БПЛА-ретранслятор його приймач 2 може працювати у виділеній відповідно до Регламенту радіозв'язку частотній смузі в діапазоні 1,2ГГц (~25см), а передавач 5 - в діапазоні 2,6ГГц. Для цієї радіолінії може бути використана лінійна поляризація радіохвиль з горизонтальною орієнтацією вектора напруженості електричного поля. Це дозволить використовувати приймальну і передаючу антени типу «хвильовий канал», розмістивши їх в крилах БПЛА. Практично постійна орієнтація площини антен 6 на БПЛА-ретрансляторі паралельно площині землі забезпечується автоматично схемою польоту (крила БПЛА паралельні землі). Приймачі 2 і передавачі 5 радіоліній БПЛАвантажовоз - БПЛА-ретранслятор - БПЛА-ТВ можуть працювати в частотних смугах міліметрового діапазону, що рознесені, наприклад 42-48ГГц. Для цих радіоліній може бути використаний кругова поляризації радіохвиль. Це усуває необхідність у взаємній кутовій орієнтації БПЛА. Використання міліметрового діапазону дозволить мініатюризувати приймальну 1 і передаючу 6 антени , виконавши їх рупорними, параболічними 9 рефлекторними або антенами поверхових хвиль з періодичною структурою. Всі активні радіокомпоненти приймачівпередавачів можуть бути виконані на основі високо- і надвисокочастотних арсенід - галієвих (GaAs) польових транзисторів з затвором на бар'єрі Шот-тки. Використання міліметрового діапазону - приклад лише одного з можливих варіантів реалізації радіолінії в заявленому способі керування. На практиці, у випадку необхідності роботи за умови дощу або сильного туману може бути застосована радіолінія іншого діапазону. Всі антени можуть бути інтегровані в конструкцію БПЛА, що забезпечить збереження їх високих аеродинамічних властивостей. Всі зазначені компоненти конструкції БПЛА широко відомі в техніці і описані в літературі. Наприклад, принципи функціонування систем зв'язку в діапазонах від 0,7 до 85ГГЦ (на прикладі діапазону 11/12ГГц) наведені в книзі «Супутникове телебачення в діапазонах 11/12ГГц», Єреван, 1990 p., рекламно-інформаційне видання. Вірменської республіканський філіал. Агентство друку «NB-ПРЕС». відомості по антенах дециметрових і сантиметрових хвиль наведені [в книзі «Радиолюбительский справочник» під загальн. ред. Д.П.Линде; Видавництво «Енергія», М-Л., 1966, стор.118-121]. Оскільки прямоточний ВРД доцільно застосовувати по досягненні достатньо великих швидкостей, кожний з літальних апаратів, що розглядаються в даній заявці буде заздалегідь розганятися під час пуску до необхідної швидкості, наприклад - за допомогою стартових твердопаливних реактивних двигунів, або іншими засобами. Опис способу керування польотом коректованого літального апарату Після старту БПЛА-ТВ буде направлений до цілі. При цьому керування його польотом (в частині визначення поточних координат) може здійснюватися як локацією місцеположення БПЛА-ТВ з ПУ, так і з використанням модуля GPS, що приймає сигнали супутникової радіонавігаційної системи. Таким чином, при не дуже великих відстанях від ПУ метод грубого визначення координат БПЛА-ТВ буде гібридним. Дорозвідка, яка локалізує місцеположення людей (об'єктів) в районі стихійного лиха, здійснюватиметься по інформаційних ознаках різної фізичної природи, як-то: видима картина, отримана ТВ-камерою БПЛА, сигнал радіомаяка, яким може бути забезпечений рятувальний жилет людини і т.п.Таким чином БПЛА-ТВ буде точно, по 80439 10 командах з ПУ, направлений в потрібну точку району стихійного лиха. Через 3-10 секунд після старту БПЛА-ТВ буде запущено БПЛА-ретранслятор. Згадана вище система керування рухом БПЛА-ретранслятора забезпечить його наведення на БПЛА-ТВ і падіння практично в ту ж саму точку (внаслідок схожості траєкторій на заключній ділянці руху). Також через 3-10 секунд після старту БПЛАретранслятора буде запущено БПЛА-вантажовоз. Згадана вище система керування рухом БПЛАвантажовоза забезпечить його наведення на БПЛА-ретранслятор і падіння практично в ту ж саму точку (внаслідок схожості траєкторій на заключній ділянці руху). Попадання наступних, що рухаються один за одним БПЛА в одну і ту ж точку пояснюється також тим, що радіомаяки на БПЛА-ТВ і БПЛАретрансляторі можуть бути виконані ударостійкими ίне руйнуватимуться при контакті з поверхнею води або суші. Кількість і порядок (послідовність) пусків які використовуються в одній місії БПЛА-вантажовозів при цьому не обмежуються. У випадку коли у БПЛА-ретрансляторі як додатковий вантаж застосовують надувний плаваючий засіб також забезпечується можливість функціонування системи керування більш подовжений термін внаслідок того, що передавачі коректованого літального апарату будуть продовжувати знаходитись поблизу поверхні води і мати можливість продовжувати передавати сигнали. Подібна ситуація буде у випадку, коли у БПЛА-ретрансляторі як додатковий вантаж використовують парашут. Це також забезпечує можливість функціонування системи керування більш тривалий час внаслідок того, що передавачі коректованого літального апарату будуть більш тривалий час знаходитися над зоною стихійного лиха і мати можливість продовжувати передавати сигнали або досліджувати зону стихійного лиха. У випадку коли зона стихійного лиха внаслідок зовнішніх факторів зміщується (наприклад у випадку дії течії) по відношенню до зони дії першої телевізійної камери, повторно направляють безпілотний літальний апарат-носій корисного вантажу, в якому як вантаж повторно застосовують телевізійну камеру радіокомандної лінії керування. Застосування цих дій забезпечує можливість здійснювати більш гнучке керування польотом і відповідно реагувати на зміну ситуації в районі стихійного лиха. 11 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 80439 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601