СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И БЕСПИЛОТНАЯ АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА Российский патент 2013 года по МПК G05D1/10 

Предлагаемая группа изобретений относится к средствам измерения и управления для широкого класса беспилотных систем, и в частности для беспилотных авиационных систем.

При создании беспилотных авиационных систем с БПЛА самолетного типа, имеющих значительное удлинение крыла, минимальную скорость порядка 60-80 км/час, систему спасения типа улавливающей сети и полетное время 3 и более часов, возникает необходимость формирования траектории полета к позиции спасения с учетом направления ветровых возмущений, действующих в месте ее расположения.

Известна система и способ дистанционного управления полетом БПЛА (USA Patent 6377875 от 23.04.2002 г.). Согласно этому способу осуществляют полет БПЛА по заранее запрограммированной траектории, когда необходимо осуществляют дистанционное управление полетом БПЛА.

Недостаток этого способа состоит в том, что информация о направлении ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА не учитывается при программировании траектории полета БПЛА на позицию спасения и при дистанционном управлении полетом БПЛА. Это существенно снижает возможность безаварийного спасения БПЛА.

В основу изобретения положено решение задачи повышения безопасности полета БПЛА в беспилотных авиационных системах.

Поставленная цель достигается тем, что в способе дистанционного управления полетом БПЛА с пункта управления, посредством передачи управляющих данных на БПЛА по радиоканалу и передачи полетных данных от БПЛА на пункт управления, при котором осуществляют полет БПЛА по заранее запрограммированной траектории, когда необходимо, осуществляют дистанционное управление полетом БПЛА, согласно изобретению, определяют направление ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА, с учетом которого программируют траекторию полета БПЛА, определяют, в процессе полета БПЛА, текущее направление ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА, с учетом которого выставляют угловое положение позиции спасения БПЛА, передают данные о текущем направлении ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА от пункта управления на БПЛА через радиоканал, с учетом этих данных, при необходимости, корректируют, на борту БПЛА, траекторию полета БПЛА и осуществляют полет БПЛА по этой траектории.

Поставленная цель достигается также и тем, что траекторию полета БПЛА к позиции спасения БПЛА формируют таким образом, чтобы обеспечить вывод БПЛА на заданной высоте в точку, отстоящую на заданной дальности от позиции спасения БПЛА и с направлением на позицию спасения БПЛА, противоположным направлению ветровых возмущений.

Описанный способ дистанционного управления полетом БПЛА реализуется с помощью беспилотной авиационной системы, содержащей БПЛА, пункт управления с позицией спасения БПЛА, соединенные между собой посредством радиоканала, согласно изобретению пункт управления выполнен с возможностью определения и передачи на БПЛА по радиоканалу данных о направлении ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА, управления угловым положением позиции спасения БПЛА с учетом направления ветровых возмущений, а БПЛА выполнен с возможностью автономного управления полетом с учетом этих данных.

Заявленное изобретение иллюстрируется приложенными графическими материалами на которых изображено:

Фиг.1 - Блок схема беспилотной авиационной системы.

Фиг.2 - Траектория полета в вертикальной плоскости.

Фиг.3 - Траектория полета в горизонтальной плоскости.

Согласно предложенному способу дистанционного управления полетом БПЛА с пункта управления посредством передачи управляющих данных на БПЛА по радиоканалу и передачи полетных данных от БПЛА на пункт управления, при котором осуществляют полет БПЛА по заранее запрограммированной траектории, когда необходимо, осуществляют дистанционное управление полетом БПЛА, определяют направление ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА, с учетом которого программируют траекторию полета БПЛА, определяют в процессе полета БПЛА текущее направление ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА, с учетом которого выставляют угловое положение позиции спасения БПЛА, передают данные о текущем направлении ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА от пункта управления на БПЛА через радиоканал, с учетом этих данных, при необходимости, корректируют на борту БПЛА траекторию полета БПЛА и осуществляют полет БПЛА по этой траектории.

Траекторию полета БПЛА к позиции спасения БПЛА формируют таким образом, чтобы обеспечить вывод БПЛА на заданной высоте в точку, отстоящую на заданной дальности от позиции спасения БПЛА и с направлением на позицию спасения БПЛА, противоположным направлению ветровых возмущений.

Беспилотная авиационная система (см. фиг.1) содержит БПЛА 1 и пункт управления 2.

БПЛА 1 содержит бортовые датчики 3, вычислитель траекторного управления 4, средства связи 5, автопилот 6. Вычислитель траекторного управления 4 содержит средства для запоминания полетных данных (заданной траектории полета) 7.

Пункт управления 2 содержит позицию спасения 8, комплекс связи 9, метеостанцию 10, спутниковую навигационную систему 11, пост управления 12 и позицию запуска 13.

Первый и второй выходы бортовых датчиков 3 соединены с первыми входами вычислителя траекторного управления 4 и автопилота 6 соответственно. Первый и второй выходы средств связи 5 соединены со вторыми входами вычислителя траекторного управления 4 и автопилота 6 соответственно. Первый и второй входы средств связи 5 соединены с первым выходом блока траекторного управления 4 и третьим выходом бортовых датчиков 3. Второй выход вычислителя траекторного управления 4 соединен с третьим входом автопилота 6. Средства связи 5 осуществляют связь (прием/передачу информации) с пунктом управления 2.

Выходы метеостанции 10, спутниковой навигационной системы 11 соединены с первым и вторым входами поста управления 12 соответственно. Первый и второй выходы поста управления 12 соединены со входами позиции спасения 8 и комплекса связи 9 соответственно. Выход комплекса связи 9 соединен с третьим входом поста управления 12. Комплекс связи 9 осуществляет связь (прием/передачу информации) с БПЛА 1 и позицией запуска 13.

Возможность осуществления изобретения иллюстрируется на примере беспилотной авиационной системы. Этот пример не должен рассматриваться ни как ограничивающий объем изобретения, ни как предпочтительная для всех случаев форма его реализации.

Позиция запуска 13 катапультного типа.

В спутниковой навигационной системе 11 формируются координаты местоположения пункта управления 2 с позицией спасения 8.

Метеостанция 10 выдает угловое направление скорости ветра.

В посте управления 12, содержащем рабочее место оператора, осуществляется планирование траектории полета БПЛА 1. При планировании траектории полета БПЛА 1 вводятся координаты позиций запуска и спасения БПЛА, координаты, высоты промежуточных пунктов маршрута (ППМ), конечного пункта маршрута (КПМ), способ управления (маршрутный, путевой, комбинированный), исходя из полетного задания, например мониторинга определенных объектов.

Траектория полета в виде массива полетных данных (МПД) передается через комплекс связи 9 на БПЛА 1 в процессе предполетной подготовки. Указанный МПД поступает через средства связи 5 на средства для запоминания полетных данных 7, где запоминается.

Также в процессе предполетной подготовки на БПЛА 1 передаются данные о направлении ветровых возмущений с метеостанции 10 через пост управления 12 и комплекс связи 9. Указанные данные поступают через средства связи 5 на средства для запоминания полетных данных 7, где запоминаются. На позицию запуска 13 передается с поста управления 12 через комплекс связи 9 команда запуска.

В процессе полета в посте управления 12 при необходимости могут формироваться сигналы дистанционного управления в виде заданных значений: угла курса, высоты полета, приборной скорости, которые поступают через канал связи (блоки 9, 5) на автопилот 6. Также в процессе полета на БПЛА 1 передаются: данные о текущем направлении ветровых возмущений с метеостанции 10 через пост управления 12 и комплекс связи 9.

В посте управления 12 также формируется, по сигналам с метеостанции 10, заданное угловое (в горизонтальной плоскости) положение улавливающей сети позиции спасения 8, что позволяет ориентировать ее в соответствии с направлением ветровых возмущений.

Бортовые датчики 3 содержат датчики аэрометрической информации: барометрическая высота полета, скоростной напор, истинная и приборная скорости полета, вертикальная скорость, и датчики навигационной информации: текущие координаты местоположения БПЛА, параметры углового положения, угловых скоростей и ускорений.

С выхода 1 блока 3 поступают на вход блока траекторного управления 4 параметры:

- барометрическая высота;

- истинная и приборная скорости полета;

- текущие координаты местоположения БПЛА.

С выхода 2 блока 3 поступают на вход автопилота 6 параметры:

- барометрическая высота;

- скоростной напор;

- приборная скорость полета;

- вертикальная скорость;

- параметры углового положения, угловых скоростей и ускорений.

В средствах для запоминания полетных данных 7 хранятся: координаты местоположения ППМ, КПМ и позиций спасения 8, запуска 13, способ управления (маршрутный, путевой, комбинированный), данные о направлении ветровых возмущений, высота круга (Фиг.2), введенные при предполетной подготовке БПЛА 1. При пролете КПМ в блоке 7 по разовой команде с блока 4 осуществляется запоминание текущих данных о направлении ветровых возмущений, поступающих с метеостанции 10 через блок 12, канал связи (блоки 9, 5) и блок 4. В случае потери связи с пунктом управления до пролета КПМ в блоке 7 осуществляется, по разовой команде с блока 4, запоминание последних, переданных по каналу связи, данных о направлении ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА 8. При этом разовая команда на запоминание текущих данных о направлении ветровых возмущений формируется в блоке 4 в случае, если величина текущего направления ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА существенно, например более чем на 10%, отличается от величины, введенной при предполетной подготовке и хранящейся в блоке 7.

В блоке траекторного управления 4 в соответствии с данными, хранящимися в блоке 7, формируются сигналы траекторного управления БПЛА 1, поступающие на автопилот 6:

- режим полета (маршрут, возврат);

- в боковом канале - заданный угол курса;

- в продольном канале - заданное значение барометрической высоты полета в режиме Маршрут, заданное значение вертикального смещения (отклонение текущего значения барометрической высоты от заданного) в режиме Возврат;

- в канале скорости - заданное значение приборной скорости.

Траектория полета БПЛА 1 включает участок полета от позиции запуска 13 до 1-го ППМ (выход на маршрут), участок полета в режиме Маршрут, включающий ППМ, КПМ, участок полета в режиме Возврат: от КПМ до выхода БПЛА на «посадочный курс» (направление на позицию спасения БПЛА, противоположное направлению ветровых возмущений) и участок полета в режиме «Посадка» - после выхода на «посадочный курс».

Траектория полета в режиме Возврат в вертикальной плоскости представляет собой снижение в точку, отстоящую на 1-2 км по горизонтали от точки 3-го разворота до высоты «круга» (100-200 м) (Фиг.2).

В режиме Возврат в горизонтальной плоскости осуществляется выход в точку, отстоящую на заданной дальности (2-4 км) от позиции спасения 8, с заданным направлением (против ветра) на нее (Фиг.3).

Формирование заданного угла курса для реализации такой траектории осуществляется в блоке 4 на основе комбинированного способа управления и с использованием данных о текущем положении БПЛА с блока 3, координатах местоположения позиции спасения 8 и направлении ветра с блока 7. Полет в точку 3-го разворота, по касательной к окружности 3-4-го разворотов, осуществляется по кратчайшему расстоянию (путевой способ траекторного управления), далее осуществляются 3-й и 4-й развороты с выходом БПЛА в точку, отстоящую на заданной дальности от позиции спасения БПЛА и с направлением на позицию спасения БПЛА, противоположным направлению ветровых возмущений.

В режиме «Посадка» заданный угол курса задается равным «посадочному курсу», в продольном канале осуществляется снижение до высоты улавливающей сети позиции спасения БПЛА, в канале скорости осуществляется снижение приборной скорости до минимального значения.

В автопилоте 6 штатно реализуется автономный режим отработки управляющих сигналов с блока 4 с учетом признака режима полета (Маршрут, Возврат, Посадка).

При поступлении на второй вход автопилота 6 сигналов дистанционного управления (режим полета, заданные курс, высота, приборная скорость) с блока 5, автопилот 6 переходит в режим дистанционного управления с отработкой указанных сигналов.

Полунатурная отработка системы показала ее эффективность.

Изобретение относится к области дистанционного управления полетом БПЛА по радиоканалу с пункта управления и для передачи полетных данных от БПЛА на пункт управления. Запрограммированная траектория полета корректируется с учетом направления ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА, с учетом которых выставляют угловое положение позиции спасения БПЛА. Траекторию полета БПЛА к позиции спасения БПЛА формируют таким образом, чтобы обеспечить вывод БПЛА на заданной высоте в точку, отстоящую на заданной дальности от позиции спасения БПЛА и с направлением на позицию спасения БПЛА, противоположным направлению ветровых возмущений. Беспилотная авиационная система содержит БПЛА и пункт управления с позицией спасения БПЛА, соединенные между собой посредством радиоканала. Пункт управления выполнен с возможностью определения и передачи на БПЛА по радиоканалу данных о направлении ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА, управления угловым положением позиции спасения БПЛА, с учетом направления ветровых возмущений, а БПЛА выполнен с возможностью автономного управления полетом с учетом этих данных. Техническим результатом является повышение безопасности полета БПЛА. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ дистанционного управления полетом БПЛА с пункта управления, посредством передачи управляющих данных на БПЛА по радиоканалу и передачи полетных данных от БПЛА на пункт управления, при котором осуществляют полет БПЛА по заранее запрограммированной траектории, когда необходимо осуществляют дистанционное управление полетом БПЛА, отличающийся тем, что определяют направление ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА, с учетом которого программируют траекторию полета БПЛА, определяют в процессе полета БПЛА, текущее направление ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА, с учетом которого выставляют угловое положение позиции спасения БПЛА, передают данные о текущем направлении ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА от пункта управления на БПЛА через радиоканал, с учетом этих данных, при необходимости, корректируют на борту БПЛА траекторию полета БПЛА и осуществляют полет БПЛА по этой траектории.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что траекторию полета БПЛА к позиции спасения БПЛА формируют таким образом, чтобы обеспечить вывод БПЛА на заданной высоте в точку, отстоящую на заданной дальности от позиции спасения БПЛА и с направлением на позицию спасения БПЛА, противоположным направлению ветровых возмущений.

3. Беспилотная авиационная система, содержащая БПЛА, пункт управления с позицией спасения БПЛА, соединенные между собой посредством радиоканала, отличающаяся тем, что пункт управления выполнен с возможностью определения и передачи на БПЛА по радиоканалу данных о направлении ветровых возмущений на позиции спасения БПЛА, управления угловым положением позиции спасения БПЛА с учетом направления ветровых возмущений, а БПЛА выполнен с возможностью автономного управления полетом с учетом этих данных.