АВТОМАТИЧЕСКИЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2012 года по МПК G01V3/165 

Предлагаемый комплекс относится к области диагностической техники и может быть использован для систематического диагностического контроля магистральных газопроводов и хранилищ, а именно для раннего обнаружения нарушений герметичности, повреждений и утечек в газопроводе, за счет обеспечения лучших условий выполнения мониторинга, повышения оперативности и достоверности измерения параметров состояния газовых трубопроводов с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

Известны системы и устройства для дистанционного контроля состояния магистральных трубопроводов (патенты РФ №№2.017.138, 2.040.783, 2.091.759, 2.158.423, 2.200.900, 2.256.894, 2.509.002, 2.362.981; патенты США №№3.490.032, 3.808.519, 6.229.313, 6.766.226; патент EP №0.052.053; патент WO №0.008.435; журнал «Крылья России», 1998, М. Беспилотные самолеты «Пчелка-1Г», модели «Эксперт» и «Альбатрос», ОКБ им. А.С.Яковлева, и др.).

Из известных систем и устройств наиболее близким к предлагаемому является «Автоматический беспилотный диагностический комплекс» (патент РФ №2.256.894, G01M 3/00, 2003), который выбран в качестве прототипа.

Указанный комплекс обеспечивает обмен радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления путем использования дуплексной радиосвязи на двух частотах ω₁ и ω₂ и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Однако в приемниках радиостанций 15.1 и 15.2 радиотелеметрической системы 15 одно и то же значение второй промежуточной частоты ω_пр2 может быть получено в результате приема сигналов на ω₁ и ω_з1, ω₂ и ω_з2, т.е.

ω_пр2=ω₁-ω_Г1, ω_пр2=ω_Г1-ω_З1,

ω_пр2=ω_Г2-ω₂, ω_пр2=ω_З2-ω_Г2.

Следовательно, если частоты настройки ω₁ и ω₂ принять за основные каналы приема, то наряду с ними будут иметь место зеркальные каналы приема, частоты ω_З1 и ω_З2 которых отличаются от частот ω₁ и ω₂ на 2ω_пр2 и расположены симметрично (зеркально) относительно частот ω_Г1 и ω_Г2 гетеродинов (фиг.3, 5). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основным каналам. Поэтому они наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость приемников.

Кроме зеркальных существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении следующих условий:

,

,

где ω_ki - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты гетеродинов малого порядка (второй, третий и т.д.), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности по основным каналам. Так, четырем комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ω_К1=2ω_Г2-ω_пр2, ω_К2=2ω_Г1+ω_пр2,

ω_К3=2ω_Г2-ω_пр2, ω_К4=2ω_Г2+ω_пр2.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости приемников радиостанций.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности и помехоустойчивости приемников радиостанций путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что автоматический беспилотный диагностический комплекс (АБДК), содержащий в соответствии с ближайшим аналогом дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, включающий планер, силовую установку с поршневым двигателем, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, содержащую инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомер малых высот и вычислитель действительных координат, подключенный к инерциальной навигационной системе и приемной аппаратуре спутниковой навигационной системы, систему автоматического дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающую систему командного радиоуправления и обзорную телевизионную систему, систему автоконтроля работы бортовых систем, радиотелеметрическую систему, систему обеспечения посадки с устройством торможения основных колес шасси, систему диагностики состояния магистральных трубопроводов и блок управления системой диагностики, размещенные в фюзеляже летательного аппарата, при этом вычислитель действительных координат и первый вход-выход блока управления системой диагностики подключены к блоку управления бортовыми системами, второй вход-выход блока управления системой диагностики подключен к системе диагностики состояния газопровода, а третий вход-выход связан с системой командного радиоуправления, а также мобильный наземный пункт управления с устройствами связи и контроля, при этом радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом источника дискретных сообщений и команд, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина и первый усилитель второй промежуточной частоты, последовательно включенные перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции, при этом частоты ω_Г1 и ω_Г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ω_Г2-ω_Г1=2ω_пр,

радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₁=ω_пр1=ω_Г2, а принимаемый - на частоте ω₂=ω_Г1, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₂, а принимает - на частоте ω₁, отличается от ближайшего аналога тем, что приемник каждой радиостанции снабжен третьим смесителем, третьим гетеродином, вторым усилителем второй промежуточной частоты, коррелятором, пороговым блоком и ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу перемножителя, частоты ω_Г2 и ω_Г3 второго и третьего гетеродинов приемника радиостанции, размещенной на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_Г2-ω_Г3=2ω_пр2,

а частоты ω_Г1 и ω_Г3 второго и третьего гетеродинов приемника радиостанции, размещенной на наземном пункте управления, разнесены также на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_Г3-ω_Г1=2ω_пр2.

Структурная схема автоматического беспилотного диагностического комплекса представлена на фиг.1. Структурная схема радиостанции 15.1, размещенной на борту дистанционно-пилотируемого летательного аппарата, изображена на фиг.2. Структурная схема радиостанции 15.2, размещенной на наземном пункте 26 управления, изображена на фиг.4. Частотные диаграммы, иллюстрирующие процесс преобразования сигналов, показаны на фиг.3 и 5. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы радиотелеметрической системы, изображены на фиг.6.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит систему 1 автоматического управления, спутники 2.i (i=1, 2, …, 24) глобальной навигационной системы ГЛОНАСС или НАВСТАР, навигационную систему 3, инерциальную навигационную систему 4, приемную аппаратуру 5 спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС или НАВСТАР, вычислитель 6 действительных координат спутниковой навигационной системы, радиомаяк 7, систему 8 воздушно-скоростных сигналов, малогабаритный радиовысотомер 9 малых высот, систему 10 автоматического дистанционного управления, систему 11 команд радиоуправления, информационно-логический блок 12, приемную аппаратуру 13 командного радиооборудования, обзорную телевизионную систему 14, систему 15 радиотелеметрии, систему 16 автоконтроля работы бортовых систем ДПЛА с вычислителем, систему 17 управления двигателем, вычислитель 18 системы автоматического управления, радиоретранслятор 19, блок 20 управления бортовыми системами, бортовой накопитель 21 информации, систему 22 посадки и выпуска парашюта, блок 23 управления системой диагностики состояния магистральных газопроводов, систему 24 диагностики состояния магистральных газопроводов, радиовысотомер 25, наземный пункт 26 управления, наземный пульт 27 управления, стартовую катапульту и систему 28 спасения, рули 29 направления.

Радиотелеметрическая система 15 содержит две радиостанции 15.1 и 15.2, размещенные на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте 26 управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные генератор 30.1(30.2) высокой частоты, фазовый манипулятор 31.1(31.2), второй вход которого соединен с выходом источника 32.1(32.2) дискретных сообщений и команд, первый смеситель 33.1(33.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 34.1(34.2), усилитель 35.1(35.2) первой промежуточной частоты, первый усилитель 36.1(36.2) мощности, дуплексер 37.1(37.2), вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной 38.1(38.2), второй усилитель 39.1(39.2) мощности, второй смеситель 40.1(40.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 41.1(41.2), первый усилитель 42.1(42.2) второй промежуточной частоты, коррелятор 51.1(51.2), второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 42.1(42.2) второй промежуточной частоты, перемножитель 43.1(43.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 34.1(34.2), полосовой фильтр 44.1(44.2) и фазовый детектор 45.1(45.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 41.1(41.2), а выход является выходом радиостанции. К выходу второго усилителя 39.1(39.2) мощности последовательно подключены третий смеситель 46.1(46.2), второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 47.1(47.2), и второй усилитель 48.1(48.2) второй промежуточной частоты, выход которого соединен с вторым входом коррелятора 49.1(49.2).

Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, планер которого выполнен из дешевых композиционных материалов.

Аэродинамическая схема ДПЛА содержит моноплан с высокорасположенным крылом небольшой стреловидности, двухбалочным хвостовым оперением и расположенным в задней части фюзеляжа двухцилиндровым двухтактным поршневым двигателем с трехлопастным толкающим воздушным винтом фиксированного шага. В центроплане крыла размещаются мягкие топливные баки. В центральной части центроплана размещается посадочный парашют. Хвостовое оперение выполнено двухкилевым. Между килями располагается стабилизатор.

В передней части фюзеляжа расположен отсек полезной нагрузки. Двигатель выполнен поршневым с трехлопастным винтом фиксированного шага, подключенным к системе 17 управления двигателем.

ДПЛА имеет трехколесное шасси. Основные колеса имеют тормозные устройства, обеспечивающие одновременное и дифференциальное торможение, связанные с системой 22 посадки и выпуска парашюта, подключенной к блоку 20 управления бортовыми системами.

Бортовые системы ДПЛА содержат систему 1 автоматического управления, состоящую из двух систем.

Первая система - навигационная 3, в состав которой включены: инерционная навигационная система (ИНС) (4), приемная аппаратура 5 спутниковой навигационной системы (СНС), связанной со спутниками 2.i (i=1, 2, …, 24), система 8 воздушно-скоростных сигналов, подключенная к вычислителю 18 САУ, малогабаритный высотомер 9 малых высот, подключенные к блоку 20 управления бортовыми системами.

Вторая система - система 10 автоматического дистанционного управления, в состав которой входит система 13 командного радиоуправления, обзорная телевизионная система 14. Система 17 управления двигателем подключена к системе 11 команд радиоуправления, которая соединена с выходом блока 20. Радиотелеметрическая система 15 соединена с системой 16 автоконтроля, подключенной к входу блока 20 управления бортовыми системами, входы вычислителя 18 САУ подключены к системе 8 воздушно-скоростных сигналов, информационно-логический блок 12 - к системе 11 команд радиоуправления, а выход вычислителя 18 связан с рулями направления 29. Блок 20 управления бортовыми системами связан с выходами радиовысотомера 25, бортового накопителя 21 информации, радиомаяка 7 и выходом системы 22 посадки и выпуска парашюта, подключенной к системе 11 команд радиоуправления, блок 23 управления системой диагностики, вычислителя 6 действительных координат, входы которого связаны с ИНС 4 и приемной аппаратурой 5 СНС. Система 24 диагностики состояния магистральных газопроводов подключена своими входами-выходами к блоку 23 управления системой диагностики.

Наземная часть содержит радиотелеметрическую систему 15, телевизионную систему 14, стартовую катапульту 28, связанную с наземным пультом 27 управления наземного пункта 26.

В блоке 23 управления системой диагностики встроены блок контроля функционального состояния диагностической системы, блок накопления диагностической информации, блок включения/отключения, блок включения обогрева диагностической аппаратуры, блок вычислений.

Система 24 диагностики состояния магистральных газопроводов содержит магнитометр, соединенный с пассивными магнитометрическими датчиками, тепловизор, лазерный газоанализатор, телевизионную систему и соединена с блоком 23 управления системой диагностики.

Выполнение полета и диагностика состояния газовых трубопроводов с помощью АБДК осуществляется следующим образом.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс обеспечивает наилучшие условия выполнения мониторинга и измерения параметров состояния газовых трубопроводов с помощью бортовой аппаратуры. Навигационная система 3 в составе ИНС 4, приемной аппаратуры 5 СНС, системы 8 воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомера 9 малых высот обеспечивает стабилизацию углового положения ДПЛА на всех режимах полета, управление полетом ДПЛА по заданному программой маршруту, выдачу потребителям текущих координат ДПЛА и другой навигационной информации.

Система 10 автоматического дистанционного управления в составе блока 11 команд радиоуправления и логического блока 12, приемной аппаратуры 13 командного радиоуправления, обзорной телевизионной системы 14 обеспечивает:

- коррекцию или изменение маршрута полета ДПЛА;

- управление системами ДПЛА при выполнении автоматического взлета по-самолетному;

- управление системами ДПЛА при выполнении штатной, вынужденной или аварийной посадки по-самолетному;

- автоматическое пилотирование ДПЛА, прекращение выполнения задания и возврат на площадку посадки, в случае необходимости;

- обеспечивает безопасность полета ДПЛА и газопроводов в случае остановки двигателя, выхода из строя командной радиолинии управления.

В чрезвычайных обстоятельствах система переключает управление полетом ДПЛА на себя и работает автономно по записанной в БЦВМ 21 логике в соответствии с конкретными отказами.

Система обеспечения посадки ДПЛА включает парашютную систему, трехколесное шасси. Система обеспечивает выполнение посадки ДПЛА по-самолетному на подготовленную площадку.

Диагностирование выполняют с помощью установленных на ДПЛА газоанализатора, тепловизора, магнитометрической системы контроля катодной защиты трубопровода, с помощью телевизионной системы. Тепловизор позволяет получать видимое изображение исследуемого трубопровода по его собственному тепловому (ИК) излучению, определяя формы и места положения слабонагретых и замаскированных трубопроводов в дневных и ночных условиях. Тепловые аномалии, создаваемые магистральными трубопроводами, связаны с транспортом нагретого газа и утечками из трубопровода.

Для работы системы диагностики обеспечивают ввод данных о точной высоте полета над трубой с помощью радиовысотомера, об угловых координатах положения планера, о текущих координатах местности, поступающих из НО в вычислитель блока управления системой диагностики состояния магистральных газопроводов и далее в блоки вычисления и накопления.

В процессе полета обзорная телевизионная система передает на наземный пункт управления обзор местности, передает изображение, текущие координаты полета, информацию о работе и отказах бортовых систем. Оператор наблюдает на видеокамере изображение трубы относительно ДПЛА по визуальной сетке. Изображением желаемой траектории полета является визирная сетка, перекрестие, направленное на цель, которую необходимо выдерживать. Объективы тепловизора, телевизионной системы автоматически закрываются с помощью шторок при взлете и посадке. Через командную радиолинию с земли оператор корректирует полет ДПЛА, осуществляет контроль функционального состояния диагностической системы, при необходимости ее обогрев и управление диагностической системой. В результате этого происходят измерения полей температурного контраста тепловизионной системой, затем измерение концентрации трансформируемого газа газоанализатором. Определение магнитного поля регистрируют в соответствии с линейным положением магнитометра по отношению к трубопроводу. При этом скорость сканирования тепловизионной и телевизионной систем устанавливается по сигналу, поступающему из блока 23 управления, определяемому по соотношению скорости полета к высоте. Полученные измерения диагностической системы и параметры траектории полета поступают в блок вычислителя и затем в блок накопления диагностической информации, встроенные в блок 23 управления диагностической системы.

В вычислителе 6 используется комплексная обработка информации (КОИ), результатом которой являются действительные значения параметров движения ЛА.

Повышение точности формирования действительных значений пилотажно-навигационных параметров достигается использованием оптимальной КОИ с реализацией фильтра Калмана.

В приемной аппаратуре 5 СНС измеряется псевдодальность по оценке задержки огибающей псевдослучайных последовательностей и радиальная псевдоскорость по оценке доплеровского смещения частоты несущей. В сигналы кодов закладывается соответствующий массив служебной информации, содержащей эфемериды, альманах, частотно-временные поправки, метки времени, сведения о работоспособности бортовой аппаратуры по результатам измерений. В приемной аппаратуре 5 СНС решается навигационно-временная задача.

Управление АБДК осуществляется с помощью системы 18 автоматического управления, обеспечивающей отработку и стабилизацию пространственной траектории, отслеживающей траекторию движения АБДК, и автомата управления тягой двигателей, выдерживающего заданную скорость.

Радиостанции 15.1 и 15.2 радиотелеметрической системы 15 работают следующим образом.

Генератором 30.1 высокой частоты формируют гармоническое колебание (фиг.5, а)

u_c1(t)=U_c1cos(ω_ct+φ_с1), 0≤t≤T_c1,

где U_c1, ω_с, φ_с1, T_c1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 31.1, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) (фиг.5, б) с выхода источника 32.1 дискретных сообщений и команд. В качестве источника 32.1 дискретных сообщений и команд могут быть текущие координаты ДПЛА, информация о работе и отказах бортовых систем и т.п. На выходе фазового манипулятора 31.1 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.5, в)

u₁(t)=U_c1cos[ω_ct+φ_k1(t)], 0≤t≤T_c1,

где φ_k1(t)={0, π} - манипулированная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t) (фиг.5, б), причем φ_k1(t)=const при kτ_Э<t<(k+1)τ_Э и может изменяться скачком при t=kτ_Э, т.е. на границах между элементарными посылками (n=1, 2, …, N₁-1);

τ_Э, N₁ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c1 (T_c1=τ_ЭN₁),

который поступает на первый вход смесителя 33.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34.1

u_Г1(t)=U_Г1cos(ω_Г1t+φ_Г1).

На выходе смесителя 33.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.1 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты

u_пр1(t)=U_пр1cos[ω_пр1t+φ_k1(t)+φ_пр1], 0≤t≤Т_с1,

где ;

К₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр1=ω_c+ω_Г1 - первая промежуточная частота;

φ_пр1=φ_с1+φ_Г1.

Это напряжение после усиления в усилителе 36.1 мощности через дуплексер 37.1 излучается приемо-передающей антенной 38.1 в эфир на частоте ω₁=ω_пр1, улавливается приемо-передающей антенной 38.2 и через усилитель 39.2 мощности поступает на первые входы смесителей 40.2 и 46.2, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродинов 41.2 и 47.2 соответственно.

u_Г1(t)=U_Г1cos(ω_Г1t+φ_Г1),

u_Г3(t)=U_Г3cos(ω_Г3t+φ_Г3).

Причем частоты ω_Г1 и ω_Г3 гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_Г3-ω_Г1=2ω_пp2

и выбраны симметричными относительно частоты ω₁ принимаемого сигнала (фиг.5)

ω₁-ω_Г1=ω_Г3-ω₁=ω_пр2.

Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема, но создает благоприятные условия для их подавления за счет корреляционной обработки канальных напряжений.

На выходе смесителей 40.2 и 46.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 42.2 и 48.2 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:

u_пp2(t)=U_пp1cos[ω_пр2t+φ_k1(t)+φ_пр2],

u_пp3(t)=U_пp2cos[ω_пр2t+φ_k1(t)+φ_пр3], 0≤t≤T_c1,

где ;

ω_пр2=ω₁-ω_Г1=ω_Г3-ω₁ - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_пр2=φ_пр1-φ_Г1; φ_пр3=φ_Г3-φ_пр1.

Напряжения u_пр2(t) и u_пр3(t) поступают на два входа коррелятора 49.2, на выходе которого формируется напряжение U(τ), пропорциональное корреляционной функции R(t), которое сравнивается с пороговым напряжением U_пор в пороговом блоке 50.2. Пороговый уровень U_пор превышается только при максимальном напряжении U_max(τ). Так как канальные напряжения u_пр2(t) и u_пр3(t) образуются одним и тем же ФМн-сигналом, принимаемым по двум каналам на одной и той же частоте ω₁, то между указанными канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Кроме того, корреляционная функция ФМн-сигналов имеет ярко выраженный главный лепесток и относительно низкий уровень боковых лепестков. Поэтому на выходе коррелятора 49.2 формируется максимальное напряжение U_max(τ), которое превышает пороговый уровень U_пор в пороговом блоке 50.2

[U_max(τ)>U_пор].

При превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 50.2 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 51.2 и открывает его. В исходном состоянии ключ 51.2 всегда закрыт.

При этом напряжение U_пр2(t) с выхода первого усилителя 42.2 второй промежуточной частоты поступает через открытый ключ 51.2 на первый вход перемножителя 43.2. На второй вход перемножителя 43.2 подается напряжение гетеродина 34.2

u_Г2(t)=U_Г2cos(ω_Г2t+φ_Г2).

На выходе перемножителя 43.2 образуется напряжение (фиг.6, г)

u₂(t)=U₂cos[ω_Г1t-φ_k1(t)+φ_Г1], 0≤t≤T_c1,

где ;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется полосовым фильтром 44.2 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.2, на второй (опорный) вход которого подается напряжение u_Г1(t) гетеродина 41.2. На выходе фазового детектора 45.2 образуется низкочастотное напряжение (фиг.6, д)

u_H1(t)=U_H1cosφ_K1(t), 0≤t≤T_С1,

где ;

К₃ - коэффициент передачи фазового детектора,

пропорциональное модулирующему коду M₁(t).

Описанная выше работа приемника радиостанции 15.2 соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте ω₁=ω_ПР1 (фиг.5).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте ω_З1

ω_З1(t)=U_З1cos(ω_З1t+φ_З1), 0≤t≤Т_З1,

то усилители 42.1 и 48.2 второй промежуточной частоты выделяют следующие напряжения:

u_ПР4(t)=U_ПР4cos(ω_ПР2t+φ_ПР4),

u_ПР5(t)=U_ПР5cos(3ω_ПР2t+φ_ПР5), 0≤t≤T_З1,

где ;

;

ω_ПP2=ω_Г1-ω_З1;

3ω_ПР2 =ω_Г3 -ω_З1;

φ_ПР4=φ_Г1-φ_З1; φ_ПР5 =φ_Г3-φ_З1.

Однако только напряжение u_пр4(t) попадает в полосу пропускания усилителя 42.2 второй промежуточной частоты, выходное напряжение коррелятора 49.2 равно нулю, ключ 51.2 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте ω_З1, подавляется.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по третьему зеркальному каналу на частоте ω_З3 и по любому другому дополнительному каналу приема.

Если ложные сигналы (помехи) одновременно принимаются по первому и третьему зеркальным каналам:

u_З1(t)=U_З1cos(ω_З1t+φ_З1), 0≤t≤Т_З1,

u_З3(t)=U_З3cos(ω_З3t+φ_З3), 0≤t≤Т_З3,

тo усилителями 42.2 и 48.2 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения

u_ПР4(t)=U_ПР4cos(ω_ПР2t+φ_ПР4), 0≤t≤Т_З1,

u_ПР6(t)=U_ПР6cos(ω_ПР2t+φ_ПР6), 0≤t≤Т_З6,

где ;

которые подаются на два входа коррелятора 49.2. Но ключ 51.2 в этом случае не открывается. Это объясняется тем, что разные ложные сигналы (помехи) u_З1(t) и u_З3(t) принимаются на разных частотах ω_З1 и ω_З3, поэтому между канальными напряжениями существует слабая корреляционная связь. Кроме того, следует отметить, что корреляционная функция помех не имеет ярко выраженного главного лепестка, как это имеет место у сложных ФМн-сигналов.

Выходное напряжение U(τ) коррелятора 49.2 в этом случае не достигает максимального значения и не превышает порогового уровня U_пор в пороговом блоке 50.2, ключ 51.2 не открывается и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому ω_З1 и третьему ω_З3 зеркальным каналам, подавляются.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по двум другим дополнительным каналам.

На наземном пункте 26 управления формируется с помощью генератора 30.2 высокой частоты гармоническое колебание (фиг.5, е)

u_c2(t)=U_c2cos(ω_ct+φ_c2), 0≤t≤Т_c2,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 31.2, на второй вход которого подается модулирующий код M₂(t) (фиг.5, ж) с выхода источника 32.2 дискретных сообщений и команд. В качестве источника дискретных сообщений могут быть сигналы запроса о работе различных бортовых систем, команды на включение или выключение блоков и т.д. На выходе фазового манипулятора 31.2 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (фиг.5, з)

u₃(t)=U_с2cos[ω_ct+φ_k2(t)+φ_с2], 0≤t≤T_с2,

который поступает на первый вход смесителя 33.2, на второй сход которого подается напряжение u_Г2(t) гетеродина 34.2. На выходе смесителя 33.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.2 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты

u_пр5(t)=U_пр3cos[ω_прt-φ_k2(t)+φ_пр], 0≤t≤T_с2,

где ,

Это напряжение после усиления в усилителе 36.2 мощности через дуплексер 37.2 излучается приемо-передающей антенной 38.2 на частоте ω₂ в эфир, улавливается приемо-передающей антенной 38.1 и через усилитель 39.1 мощности поступает на первые входы смесителей 40.1 и 46.1, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 41.1 и 47.1 соответственно:

u_Г2(t)=U_Г2cos[ω_Г2t+φ_Г2],

u_Г3(t)=U_Г3cos[ω_Г3t+φ_Г3].

Причем частоты ω_Г2 и ω_Г3 гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_Г2-ω_Г3=2ω_ПР2

и выбраны симметричными относительно частоты ω₂ принимаемого сигнала (фиг.3)

ω₂-ω_Г3=ω_Г2-ω₂=ω_ПР2.

Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема, но создает благоприятные условия для их подавления за счет корреляционной обработки канальных напряжений.

На выходе смесителей 40.1 и 46.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 42.1 и 48.1 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:

u_ПР8(t)=U_ПР8cos[ω_ПР2t-φ_К2(t)+φ_ПР8],

u_ПР9(t)=U_ПР9cos[ω_ПР2t+φ_К2(t)+φ_ПР9], 0≤t≤T_К2,

где ;

;

ω_ПР2=ω₂-ω_U3=ω_Г32-ω₂ - вторая промежуточная (разностная) частота;

ω_ПР8=φ_ПР7-φ_Г3; φ_ПР9=φ_Г2-φ_ПР7.

Напряжения U_пр8(t) и U_пр9(t) поступают на два входа коррелятора 49.1, на выходе которого формируется напряжение U(τ), пропорциональное корреляционной функции R(τ), которое сравнивается с пороговым напряжением U_пор в пороговом блоке 50.1. В этом случае ключ 51.1 также открывается и напряжение u_пр8(t) с выхода усилителя 42.1 через открытый ключ 51.1 поступает на первый вход перемножителя 43.1, на второй вход которого подается напряжение u_Г1(t) гетеродина 34.1. На выходе перемножителя 43.1 образуется напряжение (фиг.6, и)

u₄(t)=U₄cos[ω_Г2t-φ_К2(t)+φ_Г2], 0≤t≤T_С2,

где ,

которое выделяется полосовым фильтром 44.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.1, на второй (опорный) вход которого подается напряжение u_Г2(t) гетеродина 41.1. На выходе фазового детектора 45.1 образуется низкочастотное напряжение (фиг.6, к)

u_Н2(t)=U_Н2cos+φ_k2(t), 0≤t≤T_С2,

где ,

пропорциональное модулирующему коду M₂(t).

Описанная выше работа приемника радиостанции 15.1 соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте ω₂ (фиг.3).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по третьему зеркальному каналу на частоте ω_З3

u_З3(t)=U_З3cos(ω_З3t+φ_З3), 0≤t≤T_З3,

то усилителями 42.1 и 48.1 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u_пр10(t)=U_пр10cos(ω_пр2t+φ_пр10],

u_пр11(t)=U_пр11cos[3ω_пр2t+φ_пр11], 0≤t≤T_З3,

где ;

;

ω_пр2=ω_Г3-ω_З3;

3ω_пр2=ω_Г2-ω_З3;

φ_пр10=φ_Г2-φ_З3; φ_пр11=φ_Г2-φ_Г3.

Однако только напряжение U_пр10(t) попадает в полосу пропускания усилителя 42.1 второй промежуточной частоты. Выходное напряжение коррелятора 49.1 равно нулю, ключ 51.1 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по третьему зеркальному каналу на частоте ω_З3, подавляется.

Подавляются и другие ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим дополнительным каналам раздельно или одновременно.

Радиостанция 15.1, размещаемая на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₁=ω_пр1=ω_Г2, а принимает - на частоте ω₂=ω_Г1. Радиостанция 15.2, размещаемая на наземном пункте 26 управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₂, а принимает - на частоте ω₁.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс позволяет получать визуальную информацию о состоянии магистральных газопроводов в сложных метеоусловиях, в любое время суток при полете ДПЛА на высоте 50 м со скоростью 120…140 км/час над газопроводом в равнинной местности по координатам с использованием СНС, что уменьшает ошибки, не превышающие по боковому отклонению ±10 м и по высоте ±20 м.

В каждом полете ДПЛА продиагностируется до 450 км газопровода. Обнаружение мест утечек газа обеспечивается диагностической системой при расходе газа 20…50 м³/cyтки, выявляются разрушения покрытий в трубе площадью от 1 м и более. Полеты совершают в оба направления магистрали на удаление до 225 км (до следующей через одну станцию газоперекачки) с возвратом на площадку старта.

Автоматический беспилотный дистанционный комплекс по сравнению с прототипом обеспечивает надежный обмен радиотелеметрической информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления. Это достигается выполнением радиотелеметрической системы в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, между которыми устанавливается дуплексная радиосвязь на двух частотах с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Кроме того, указанная система позволяет надежно дублировать команды управления и сообщения, которыми обмениваются дистанционно-управляемый летательный аппарат и наземный пункт управления, что обеспечивает более эффективный контроль за состоянием магистральных газопроводов.

Сложные ФМн-сигналы обладают высокой помехоустойчивостью, энергетической и структурной скрытностью. Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области, так что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами измерений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника. Сложные ФМн-сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.

Таким образом, предлагаемый автоматический беспилотный диагностический комплекс по сравнению с прототипом обеспечивает повышение избирательности и помехоустойчивости приемников радиостанций радиотелеметрической системы. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, за счет корреляционной обработки канальных напряжений. При этом частоты ω_Г1, ω_Г2 и ω_Г3 гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты:

ω_Г3-ω_Г1=2ω_пр2,

ω_Г2-ω_Г3=2ω_пp2,

и выбраны симметричными относительно частот ω₁ и ω₂ основных каналов приема:

ω₁-ω_Г1=ω_Г3-ω₁=ω_пр2,

ω₂-ω_Г3=ω_Г2-ω₂=ω_пр2.

Предлагаемый комплекс относится к области диагностической техники и может быть использован для систематического диагностического контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ. Комплекс содержит систему автоматического управления, спутники глобальной навигационной системы «НАВСТАР» или «ГЛОНАСС», навигационную систему, инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру навигационных сигналов, вычислитель действительных координат спутниковой навигационной системы, радиомаяк, систему воздушно-скоростных сигналов, малогабаритный радиовысотомер малых высот, систему автоматического дистанционного управления, систему команд радиоуправления, информационно-логический блок, приемную аппаратуру командного радиоуправления, обзорную телевизионную систему, систему радиотелеметрии, систему автоконтроля работы бортовых систем летательного аппарата с вычислителем, систему управления двигателем, вычислитель системы автоматического управления, радиоретранслятор, блок управления бортовыми системами, бортовой накопитель информации, систему посадки и выпуска парашюта, блок управления системой диагностики состояния магистральных газопроводов, систему диагностики состояния магистральных газопроводов, радиовысотомер, наземный пункт управления, наземный пульт управления, стартовую катапульту и систему спасения, рули направления. Радиотелеметрическая система содержит две радиостанции, каждая из которых состоит из приемо-передающей антенны, генератора высокой частоты, фазового манипулятора, трех смесителей, трех гетеродинов, источника дискретных сообщений и команд, двух усилителей мощности, двух усилителей промежуточной частоты, полосового фильтра, дуплексера, коррелятора, порогового блока, ключа, фазового детектора и перемножителя. Техническим результатом изобретения является повышение избирательности и помехоустойчивости приемников радиостанций. 6 ил.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс, содержащий дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, включающий планер, силовую установку с поршневым двигателем, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, содержащую инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомер малых высот и вычислитель действительных координат, систему автоматического дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающую приемную аппаратуру командного радиоуправления и обзорную телевизионную систему, радиоретрансляционную систему, систему автоконтроля работы бортовых систем, радиотелеметрическую систему, систему посадки и выпуска парашюта, систему управления двигателем, вычислитель системы автоматического управления, радиомаяк, систему диагностики состояния магистральных трубопроводов и блок управления системой диагностики, размещенные в фюзеляже летательного аппарата, а также мобильный наземный пункт управления, содержащий радиотелеметрическую систему, телевизионную систему, стартовую катапульту и пульт управления, при этом радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с источником дискретных сообщений и команд, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и первый усилитель второй промежуточной частоты, последовательно подключенные перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции, при этом частоты ω_Г1 и ω_Г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ω_Г2-ω_Г1=2ω_пр2, радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₁=ω_пр1=ω_Г2, а принимает на частоте ω₂=ω_Г1, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₂, а принимает на частоте ω₁, отличающийся тем, что приемник каждой радиостанции снабжен третьим смесителем, третьим гетеродином, вторым усилителем второй промежуточной частоты, коррелятором, пороговым блоком и ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу перемножителя, частоты ω_Г2 и ω_Г3 второго и третьего гетеродинов приемника радиостанции, размещенной на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты ω_Г2-ω_Г3=2ω_пр2, а частоты ω_Г1 и ω_Г3 второго и третьего гетеродинов приемника радиостанции, размещенной на наземном пункте управления, разнесены также на удвоенное значение второй промежуточной частоты ω_Г3-ω_Г1=2ω_пр2.