СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2014 года по МПК G05D1/00 G08G9/00 

Изобретение относится к способам управления движением летательных аппаратов, а более конкретно к способам управления движением беспилотных летательных аппаратов (БЛА), и может быть использовано в сложных условиях управления: плохой видимости, наличии радио- и пыледымовых помех, подвижности пункта управления, противодействия и др.

Высокая управляемость летательных аппаратов позволяет существенно повысить их точность, надежность функционирования и эффективность всего комплекса управления.

В настоящее время известны различные способы управления летательными аппаратами (самолетами, вертолетами, ракетами и др.). От их эффективности зависит эффективность выполнения ими поставленных задач.

Известен способ управления (RU №2100746, кл. F41G 7/28), в котором для повышения помехозащищенности аппаратуры управления БЛА и повышения точности предлагается в режиме наведения осуществлять переход с сантиметрового диапазона на миллиметровый диапазон длин волн. Процесс реализации этого способа усложняет аппаратуру управления. Кроме того, в нем не предусмотрены эффективные меры защиты БПЛА при преодолении зон противодействия и активного поражения. Известны способ и устройство, описанные в заявке на изобретение (№95107360, кл. F41G 7/22, Бюл. №10). Способ заключается в комплексном возмущении на посторонний контур слежения путем скачкообразного уменьшения величины эффективной отражающей поверхности и создании помех радиолокационным средствам зенитного комплекса. Устройство содержит элементы, уменьшающие эффективную отражающую поверхность, и генераторы помех радиолокационным средствам зенитного комплекса противника. Однако физически практически затруднительно скачкообразно уменьшить величину отражающей поверхности БЛА, а весовые и габаритные ограничения не позволяют разместить на БЛА эффективные широкодиапазонные антенны системы радиопротиводействия.

Известен способ управления (RU №23100 U1 от 20.05.2002 г.), в котором решается задача снижения потерь БЛА в системе ПВО объектового прикрытия путем использования для повышения скрытности выброса ложных целей, выполненных в виде дипольных отражателей и тепловых излучающих устройств, обладающих баллистическими характеристиками. При подходе к объекту поражения пиротехническим устройством выброса осуществляется выброс ложных целей. После отделения ЛЦ должны обеспечивать защиту БПЛА от средств ПВО в радиолокационном и инфракрасном диапазонах длин волн. Однако основных характеристик ложных целей, обеспечивающих их сходство с БПЛА в РЛК и ПК диапазонах длин волн, еще не достаточно для успешного преодоления зон активного поражения.

В указанных способах, предназначенных для преодоления зон поражения зенитных ракетных комплексов для срыва автосопровождения после их обнаружения радиолокационными средствами, целью является: повышение вероятности преодоления летательным аппаратом зоны поражения зенитного ракетного комплекса путем создания комплексного возмущения на контур слежения, приводящего к срыву процесса автосопровождения летательного аппарата как цели. Сущность изобретений состоит во введении в конструкцию летательного аппарата устройства, обеспечивающего скачкообразное уменьшение величины эффективной отражающей поверхности и создание помехи радиолокационным средствам зенитного ракетного комплекса. Новым является применение устройства, обеспечивающего идентификацию момента захвата и скачкообразное динамическое воздействие на контур слежения по каналам полезного сигнала и цели. Однако его недостатком является малая вероятность физической реализации скачкообразного уменьшения величины отражающей поверхности БЛА.

Наиболее близким к заявляемому способу, принимаемому в качестве прототипа, является способ управления движением беспилотного летательного аппарата, описанный в патенте RU №2390815 от 13.10.2008 г. В этом способе управления движением беспилотного летательного аппарата, оборудованного бортовой автоматической системой управления, вычислителем, радиоприемником, с помощью которого осуществляется радиосвязь с базовой радиостанцией, установленной на стационарном или подвижном пункте управления, включающем автоматизированное рабочее место оператора, учитывают данные о параметрах внешней среды, команды управления передают в определенное время с использованием радиосвязи.

Его основными недостатками являются низкая помехозащищенность от радиопомех, связанная с наличием радиопередатчиков как на пункте управления, так и на БЛА, ограниченный учет параметров внешней среды, сложность бортовой аппаратуры, связанной с необходимостью измерения параметров как внешней среды, так и самой аппаратуры, отсутствие учета параметров движения пункта управления, характеристик взаимоположения пунктов управления и назначения.

Задачей настоящего изобретения является устранение перечисленных недостатков и повышение эффективности способа управления движением беспилотного летательного аппарата.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе управления движением беспилотного летательного аппарата, оборудованного бортовой автоматической системой управления, вычислителем, радиоприемником, с помощью которого осуществляется радиосвязь с базовой радиостанцией, установленной на стационарном или подвижном пункте управления, включающем автоматизированное рабочее место оператора, учитывают данные о параметрах внешней среды, команды управления передают в определенное время с использованием узкополосного канала передачи данных, при этом обеспечивают подвижность пусковой установки беспилотного летательного аппарата относительно пункта управления в вертикальной и горизонтальной плоскостях, возможность оптического визирования пункта назначения и управления беспилотным летательным аппаратом в узконаправленном оптическом информационном поле, стабилизации линии визирования и координации относительно нее беспилотного летательного аппарата с автоматическим формированием и передачей системой наведения на беспилотный летательный аппарат команд управления, соответствующих его отклонениям от линии визирования, автоматической выработкой и подачей на органы управления беспилотного летательного аппарата сигнала, соответствующего этой команде, совмещают линию визирования с пунктом назначения, измеряют отклонения условий запуска беспилотного летательного аппарата от нормальных, определяют угловые поправки на отклонение пусковой установки беспилотного летательного аппарата от стабилизированной линии визирования пункта назначения с учетом условий запуска и баллистических характеристик запускаемого аппарата, наличия в поле зрения визирного устройства (прицела) пыледымовых и световых помех и их характеристик, вводят эти поправки в приводы наведения пусковой установки беспилотного летательного аппарата, производят его запуск и захват, в процессе управления постоянно измеряют дальность от пункта управления до пункта назначения, определяют направление и величину линейной поперечной скорости отклонения линии визирования, вызванного маневрированием пункта управления, перемещают линию визирования в сторону уменьшения отклонения с угловой скоростью, соответствующей выражению ω=Vлв/Дпн, где ω - угловая скорость перемещения линии визирования, Vлв - линейная поперечная скорость линии визирования, Дпн - дальность пункта назначения от пункта управления, после захвата беспилотного летательного аппарата системой наведения на ряде участков траектории производят его отклонения от линии визирования путем корректировки команд управления вводом дополнительных постоянного сигнала, отклоняющего беспилотный летательный аппарат от линии визирования на постоянную величину, и псевдослучайных сигналов генератора случайных чисел, при этом, ограничивают максимальный уровень скорректированных команд управления беспилотным летательным аппаратом рамками его допустимых поперечных ускорений, величину отклонения от линии визирования ограничивают размерами информационного поля управления в картинной плоскости, перпендикулярной линии визирования, прекращают корректировку команд управления беспилотным летательным аппаратом при его приближении к пункту назначения на удаление, равное Д_а=Д_о-V_a (t_p+t_ку), где Д_а - текущее удаление беспилотного летательного аппарата от пункта назначения, Д_о - дальность от пункта управления до пункта назначения в момент запуска беспилотного летательного аппарата, V_a - текущая скорость беспилотного летательного аппарата, t_p - время регулирования по отработке беспилотным летательным аппаратом команды управления, t_ку -дополнительное время, затрачиваемое на конечном участке траектории.

Реализация предложенного способа происходит следующим образом. Вводят поправки, учитывающие данные о параметрах внешней среды, в положение пусковой установки БЛА относительно стабилизированной линии визирования, совмещаемой с пунктом назначения. При запуске БЛА и после его захвата с подвижного пункта управления измеряются линейные скорости линии визирования в поперечной плоскости. Деление величин этих сигналов на величину постоянно измеряемой скорости получают сигналы, соответствующие угловой скорости отклонения линии визирования от пункта управления. Подавая этот сигнал на вход привода стабилизированной линии визирования с противоположным знаком, перемещают линию визирования в сторону уменьшения отклонения с угловой скоростью, соответствующей выражению ω=Vлв/Дпн, где ω - угловая скорость перемещения линии визирования, Vлв - линейная поперечная скорость линии визирования, Дпн - дальность пункта назначения от пункта управления.

После запуска и захвата системой наведения БЛА на ряде участков его полета производят его отклонение от линии визирования путем корректировки команд управления. Участки для отклонения ракеты на траектории могут определяться предварительно и затем автоматически по программе вводиться при наведении БЛА на пункт назначения. Участок может быть и единственным: от захвата БЛА до его подлета к пункту назначения. Это зависит от наличия помех в поле зрения и необходимости обеспечения скрытности полета. Опытные операторы могут корректировать команды управления вручную непосредственно в процессе наведения БЛА после его захвата. Отклонение БЛА от линии визирования с одной стороны облегчает наводчику совмещение линии визирования (визирной марки) с пунктом назначения, а с другой - повышает скрытность управления, затрудняет возможность обнаружения местоположения пункта управления. Для этого направление действия постоянного сигнала может быть различным и, как правило, выбирается оператором, исходя из тактико-технических соображений и помеховой обстановки в поле зрения визирного устройства. Действие псевдослучайных сигналов, суммируемых с постоянным сигналом, еще более повышает скрытность перемещения БЛА и затрудняет его поражение как с внешней стороны, так и со стороны пункта назначения.

Для повышения надежности управления ограничивают максимальный уровень скорректированных команд управления БЛА рамками его допустимых поперечных ускорений, величину отклонения от линии визирования ограничивают размерами информационного поля управления в картинной плоскости, перпендикулярной линии визирования, прекращают корректировку команд управления БЛА при его приближении к объекту назначения на удаление, равное Д_а=Д_о-V_a(t_p+t_ку), где Д_а - текущее удаление БЛА от пункта назначения, Д_о - дальность от пункта управления до пункта назначения в момент запуска БЛА, V_a - текущая скорость БЛА, t_p - время регулирования по отработке БЛА команды управления, t_ку - дополнительное время, затрачиваемое на конечном участке траектории.

Значение параметров, входящих в выражение для определения удаления БЛА в момент прекращения корректировки команд управления, известны: дальность от пункта управления до пункта назначения в момент запуска БЛА определяется в момент его запуска радиолокатором или дальномером визирного устройства и затем постоянно в течение всего времени управления БЛА, текущая скорость БЛА в зависимости от времени его полета и партии изготовления определяется экспериментально в процессе заводских и полигонных испытаний, время регулирования по отработке БЛА команды управления и дополнительное время также определяются экспериментально на тех же испытаниях и в лабораторных условиях. Их величина определяется динамикой конкретных систем: бортовой автоматической системы, установленной на БЛА, и системы наведения всего БЛА, установленной на пункте управления БЛА, в том числе и в составе автоматизированного рабочего места оператора, массо-габаритными характеристиками БЛА, а также параметрами внешней среды.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает предлагаемый способ, благодаря обеспечению подвижности пусковой установки БЛА относительно пункта управления, возможности оптического визирования пункта назначения и управления БЛА в узконаправленном оптическом информационном поле обеспечил возможность ввода поправок в положение пусковой установки относительно стабилизированной линии визирования, что позволило повысить точность ввода БЛА в узконаправленное оптическое информационное поле управления. Независимый ввод поправок в приводы наведения пусковой установки БЛА, помимо учета внешних условий его запуска и баллистических характеристик, позволил учитывать наличие в поле зрения визирного устройства пыледымовых, световых помех и их характеристик, а также, в ряде случаев, корректировать команды управления БЛА после его захвата системой наведения.

Корректирование команд управления в процессе полета БЛА с целью его отклонения от линии визирования в сочетании с действием псевдослучайных сигналов, суммируемых с постоянным сигналом отклонения, повышает скрытность перемещения БЛА и затрудняет его поражение как с внешней стороны, так и со стороны пункта назначения.

Ограничение максимального уровня скорректированных команд управления БЛА рамками его допустимых поперечных ускорений, а величины отклонения от линии визирования - размерами информационного поля управления, позволяет повысить надежность управления.

Таким образом, заявляемый способ позволяет не только, как в прототипе, получить независимое наведение пусковой установки БЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях, но и существенно повысить эффективность управления путем независимого ввода дополнительных поправок в каждый из приводов наведения, а также коррекцией команд управления при наведении БЛА на пункт назначения. Способ позволяет повысить точность ввода БЛА в поле управления и точность наведения его на пункт назначения, а также снизить вероятность его поражения.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при управлении беспилотными летательными аппаратами (БЛА). Технический результат - повышение эффективности управления путем независимого ввода дополнительных поправок в каждый из приводов наведения БЛА и повышение точности наведения. Для достижения данного результата обеспечивают подвижность пусковой установки БЛА относительно пункта управления, на котором она установлена, возможность управления БЛА в узконаправленном оптическом информационном поле управления с учетом внешних условий, наличия помех, подвижности пункта управления. Обеспечивают возможность коррекции управляющих команд с целью создания дополнительных возможностей по маневрированию БЛА относительно заданного направления. Ограничивают максимальный уровень скорректированных команд управления беспилотным летательным аппаратом рамками его допустимых поперечных ускорений, а величину отклонения от заданного направления - размерами информационного поля управления.

Способ управления движением беспилотного летательного аппарата, оборудованного бортовой автоматической системой управления, вычислителем, радиоприемником, с помощью которого осуществляется радиосвязь с базовой радиостанцией, установленной на стационарном или подвижном пункте управления, включающем автоматизированное рабочее место оператора, учитывают данные о параметрах внешней среды, команды управления передают в определенное время с использованием узкополосного канала передачи данных, отличающийся тем, что обеспечивают подвижность пусковой установки беспилотного летательного аппарата относительно пункта управления в вертикальной и горизонтальной плоскостях, возможность оптического визирования пункта назначения и управления беспилотным летательным аппаратом в узконаправленном информационном поле, стабилизации линии визирования и координации относительно нее беспилотного летательного аппарата с автоматическим формированием и передачей системой наведения на беспилотный летательный аппарат команд управления, соответствующих его отклонениям от линии визирования, автоматической выработкой и подачей на органы управления беспилотного летательного аппарата сигнала, соответствующего этой команде, совмещают линию визирования с пунктом назначения, измеряют отклонения условий запуска беспилотного летательного аппарата от нормальных, определяют угловые поправки на отклонение пусковой установки беспилотного летательного аппарата от стабилизированной линии визирования пункта назначения с учетом условий запуска и баллистических характеристик запускаемого аппарата, наличия в поле зрения визирного устройства (прицела) пыледымовых и световых помех и их характеристик, вводят эти поправки в приводы наведения пусковой установки беспилотного летательного аппарата, производят его запуск и захват, в процессе управления постоянно измеряют дальность от пункта управления до пункта назначения, определяют направление и величину линейной поперечной скорости отклонения линии визирования, вызванного маневрированием пункта управления, перемещают линию визирования в сторону уменьшения отклонения с угловой скоростью, соответствующей выражению ω=Vлв/Дпн, где ω - угловая скорость перемещения линии визирования, Vлв - линейная поперечная скорость линии визирования, Дпн - дальность пункта назначения от пункта управления, после захвата беспилотного летательного аппарата системой наведения на ряде участков траектории производят его отклонения от линии визирования путем корректировки команд управления вводом дополнительных постоянного сигнала, отклоняющего беспилотный летательный аппарат от линии визирования на постоянную величину, и псевдослучайных сигналов генератора случайных чисел, при этом ограничивают максимальный уровень скорректированных команд управления беспилотным летательным аппаратом рамками его допустимых поперечных ускорений, величину отклонения от линии визирования ограничивают размерами информационного поля управления в картинной плоскости, перпендикулярной линии визирования, прекращают корректировку команд управления беспилотным летательным аппаратом при его приближении к пункту назначения на удаление, равное Д_а=Д_о-V_a(t_p+t_ку), где Д_а - текущее удаление беспилотного летательного аппарата от пункта назначения, Д_о - дальность от пункта управления до пункта назначения в момент запуска беспилотного летательного аппарата, V_a - текущая скорость беспилотного летательного аппарата, t_p - время регулирования по отработке беспилотным летательным аппаратом команд управления, t_ку - дополнительное время, затрачиваемое на конечном участке траектории.