МОБИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС БЕСПИЛОТНОГО ВОЗДУШНОГО МОНИТОРИНГА Российский патент 2017 года по МПК B64C39/02 A62C3/02 G01W1/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области воздушного мониторинга с применением беспилотных летательных аппаратов и может быть использовано для обнаружения чрезвычайной ситуации (ЧС) природного и техногенного характера и ликвидации ее последствий, а именно для дистанционного проведения операций по воздушной разведке районов стихийных бедствий, пожарной обстановки в лесных массивах и определения границ очагов пожара, завалов, ледовой обстановки на морях и реках, районов наводнений, поиска пострадавших, потерпевших бедствие экипажей воздушных и морских судов, мониторинга транспортных магистралей, нефте- и газопроводов, теплотрасс, линий электропередач в условиях ЧС, оценки радиационной и химической обстановки, организации устойчивой связи в труднодоступных районах стихийных бедствий в дневных и ночных условиях.

Уровень техники

Раннее обнаружение ЧС и мониторинг обстановки в реальном масштабе времени считаются необходимым условием для своевременного принятия адекватных мер по ликвидации ее последствий.

В последнее время возрастает актуальность оперативного получения достоверной оценки состояния объекта, подверженного негативному воздействию ЧС, посредством использования мобильных комплексов на базе беспилотных летательных аппаратов (БЛА), как наиболее безопасного и достоверного источника информирования, способных оперативно передавать соответствующим органам управления информацию о мониторинге потенциально опасных территорий и зон промышленных объектов для принятия оперативных и адекватных мер в случае угрозы возникновения ЧС, выполнять задания, связанные с риском для жизни экипажей и с возможной потерей дорогостоящей пилотируемой авиационной техники.

К настоящему моменту времени предложен ряд технических решений, предназначенных для выполнения задач воздушного мониторинга и диагностики различных объектов, оценки состояния окружающей среды (заявки на изобретение №№2010153533, 2013120691, 2007139704, 2013117869, 2012141404, 2004103678, 2008147602 и другие).

Известны способ и комплекс средств обнаружения чрезвычайной ситуации и ликвидации ее последствий по патенту Российской Федерации №2350368 от 27.04.2008, включающий средства наблюдения района чрезвычайной ситуации, в том числе в оптическом и/или инфракрасном диапазоне, а также средства определения координат и средства передачи по радиоканалу связи данных наблюдения и координат, средства дистанционного пилотирования беспилотным летательным аппаратом, средства радиосвязи для управления бортовыми средствами наблюдения беспилотного летательного аппарата и получения данных о ЧС и о координатах, высоте и скорости его полета, а также мобильные средства ликвидации последствий ЧС.

Данная система требует значительных затрат как при ее развертывании, так и при эксплуатации. Кроме того, в предложенном техническом решении не реализовано оснащение беспилотного летательного аппарата оборудованием для проведения радиационной и химической разведки и контроля, использование которого важно в случае ЧС радиационного характера, в том числе обусловленных угрозами несанкционированного использования радиационных источников.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому техническому решению, по числу и содержанию функциональных сходных признаков, является автоматизированный беспилотный комплекс для экологического мониторинга (Заявка на изобретение, Россия, №2013110917, МПК G01W 1/04, 20.09.2014).

Указанный комплекс состоит из малогабаритного беспилотного летательного аппарата вертолетного типа, включающего силовую установку, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, систему автоматического дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем и оснащенного аппаратурой полезной нагрузки, передающей в режиме реального времени потоковую информацию, мобильного наземного пункта управления летательным аппаратом, радиотелеметрической системы двунаправленной связи летательного аппарата и его мобильного наземного пункта управления, состоящей из бортовой и наземной аппаратуры.

В качестве полезной нагрузки используется цифровой фотоаппарат, цифровая видеокамера, тепловизионная камера, радиометр-дозиметр, измеряющий гамма-излучение с диапазоном измерения мощности дозы гамма-излучения 0,03-300,0 мкЗв/ч с максимальным пределом основной относительной погрешности ±20%, детектор метана с максимальной относительной погрешностью ±10% в диапазоне 100-10000 ppm-м, газоанализатор, обеспечивающий одновременное количественное определение концентрации основных загрязняющих газов в атмосферном воздухе, а также пылемер, обеспечивающий определение концентрации пыли РМ 1, 2,5, 10 с максимальной погрешностью ±5%.

Предложенное техническое решение использует широкий спектр целевой нагрузки для целей экологического мониторинга, в том числе с реализацией выявления и оценки параметров радиационной и химической обстановки. Однако прототип включает малогабаритный беспилотный летательный аппарат вертолетного типа, обладающий малым радиусом и продолжительностью применения в условиях прямой видимости в сравнении с заявляемым образцом. Кроме того, не реализована защищенность каналов связи и управления от помех, возможность применения комплекса в сложных метеоусловиях.

Недостатки известного беспилотного комплекса сужают область его применения.

Раскрытие изобретения

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является увеличение продолжительности и дальности мониторинга обстановки в зоне чрезвычайной ситуации, а также расширение области применения комплекса.

Поставленная задача решается за счет того, что мобильный комплекс беспилотного воздушного мониторинга, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, малогабаритный беспилотный летательный аппарат вертолетного типа, оснащенный аппаратурой полезной нагрузки, передающей в режиме реального времени потоковую информацию, цифровой фотоаппарат, цифровую видеокамеру, тепловизионную камеру, радиометр-дозиметр, газоанализатор, мобильный наземный пункт управления летательным аппаратом, радиотелеметрическую систему двунаправленной связи летательного аппарата и его мобильного наземного пункта управления, состоящую из бортовой и наземной аппаратуры, дополнен двумя беспилотными летательными аппаратами самолетного типа малого и среднего радиуса действия, эластичным и механическим пусковыми устройствами для беспилотных летательных аппаратов самолетного типа, аккумуляторными батареями для беспилотных летательных аппаратов, портативной автономной метеостанцией, комплектом средств жизнеобеспечения, а также средствами радиосвязи и переносным видеотерминалом для получения и передачи видео- и телеметрических данных с района чрезвычайной ситуации с беспилотного летательного аппарата экипажу транспортного средства, в качестве полезной нагрузки включает гиростабилизированную оптико-электронную систему, оснащенную видео- и тепловизионными камерами, модуль для оповещения населения и модуль ретрансляции радиосигналов, а в качестве мобильного наземного пункта управления летательным аппаратом - наземную станцию управления, представляющую собой автоматизированное рабочее место переносного автономного исполнения, размещенное на шасси автомобиля повышенной проходимости.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в создании современного мобильного комплекса беспилотного воздушного мониторинга, который способен обеспечить оценку обстановки в зоне ЧС увеличенной продолжительности и дальности посредством одновременного применения трех беспилотных летательных аппаратов разного типа и радиуса действия с улучшенными летными и прочностными характеристиками, при этом расширив возможности применения комплекса в ходе проведения аварийно-спасательных работ в условиях ЧС природного и техногенного характера.

Заявленное решение характеризуется высокой помехозащищенностью радиоканалов связи и управления с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, что снижает риск повреждения или потери БЛА, особенно в сложных метеоусловиях и условиях ограниченной видимости.

Выполнение различных задач предупреждения и ликвидации ЧС посредством применения комплекса достигается также использованием единого многофункционального комплекта сменных целевых нагрузок.

Использование гиростабилизированной оптико-электронной системы в качестве полезной нагрузки, имеющей малый вес и габариты, позволяет не только увеличить качество видео- и тепловизионного изображения, передаваемого с борта БЛА, но и обеспечить надежное удержание заданного ракурса, независимо от положения оборудования в пространстве, что достигается с помощью двухосевой системы гироскопов, согласованной с двумя бесколлекторными электродвигателями, и подвижной механической системой.

Задачи оповещения населения, подвергшегося воздействию ЧС, эффективно решаются использованием модулей для оповещения населения и ретрансляции радиосигналов.

Для мониторинга радиационной и химической обстановки ЧС в состав комплекта целевой нагрузки также включены модуль (газоанализатор) для количественного определения концентрации основных загрязняющих газов в атмосферном воздухе и модуль (радиометр-дозиметр), измеряющий гамма-излучение с диапазоном измерения мощности дозы гамма-излучения от 0,001 мкЗв/ч, на базе кремниевых сенсиляторов.

Предлагаемое изобретение реализуется на основе модульного принципа построения, размещается на транспортной базе автомобиля повышенной проходимости, что обеспечивает его автономность и снижает затраты времени на его развертывание.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен вид сбоку мобильного комплекса беспилотного воздушного мониторинга, предназначенного для предупреждения и ликвидации последствий ЧС, а на фиг. 2 - вид сзади комплекса.

На фиг. 3 показано применение мобильного комплекса беспилотного воздушного мониторинга в ходе проведения аварийно-спасательных работ и взаимодействия основных элементов комплекса.

Осуществление изобретения

Мобильный комплекс беспилотного воздушного мониторинга, предназначенный для предупреждения и ликвидации последствий ЧС, в статическом состоянии представляет собой транспортное средство повышенной проходимости 1, укомплектованное специализированным аварийно-спасательным оборудованием: беспилотными летательными аппаратами самолетного типа малого 2 и среднего 3 радиуса действия, малогабаритным беспилотным летательным аппаратом вертолетного типа 4, оснащенными комплектом сменных модулей целевой нагрузки 5, наземной станцией управления 6, видеотерминалом 7, средствами радиосвязи 8, портативной автономной метеостанцией 9, комплектом средств жизнеобеспечения 10, эластичным и механическим пусковыми устройствами 11 для беспилотных летательных аппаратов самолетного типа, а также аккумуляторными батареями для беспилотных летательных аппаратов и другой бортовой и наземной аппаратуры для обеспечения радиотелеметрической системы связи.

В ходе выполнения аварийно-спасательной операции наблюдение районов ЧС посредством заявляемого комплекса осуществляется с помощью трех беспилотных летательных аппаратов различного типа, управление которыми выполняется с мобильной станции управления 6, установленной на транспортном средстве повышенной проходимости 1.

Для обнаружения и оценки обстановки ЧС, оповещения населения, находящегося в зоне ЧС, используются сменные модули целевой нагрузки различного назначения 5, расположенные на борту каждого БЛА. Координаты районов ЧС определяются с помощью спутниковой системы навигации 12. Результаты мониторинга ЧС, видео- и телеметрическая информация, данные о наличии радиационного фона и газов в воздухе передаются с БЛА в реальном масштабе времени на станцию 6 или, в случае автономного использования станции 6, - экипажу транспортного средства непосредственно с БЛА и/или через станцию 6 с отображением на видеотерминал 7 для планирования или осуществления соответствующих действий по ликвидации последствий ЧС. Общее руководство осуществляется из штаба 13 по управлению спасательной операцией.

Таким образом, предлагаемый мобильный комплекс беспилотного воздушного мониторинга по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения позволит достичь расширения возможностей проведения работ по комплексному мониторингу обстановки и действий в зоне чрезвычайной ситуации и выполнить задачи по воздушному фотографическому, телевизионному, тепловизионному контролю (в дневных и ночных условиях), радиационной и химической разведке, а также организации помехоустойчивой связи и управлению в труднодоступных районах стихийных бедствий, в том числе в сложных метеоусловиях и ограниченной видимости.

Изобретение относится к области воздушного мониторинга с применением беспилотных летательных аппаратов и может быть использовано для обнаружения чрезвычайной ситуации (ЧС) природного и техногенного характера и ликвидации ее последствий. Мобильный комплекс представляет собой транспортное средство повышенной проходимости (1), укомплектованное специализированным аварийно-спасательным оборудованием: БЛА самолетного типа малого (2) и среднего радиуса действия (3), малогабаритным БЛА вертолетного типа (4), оснащенными комплектом сменных модулей целевой нагрузки (5), наземной станцией управления (6), видеотерминалом (7), средствами радиосвязи (8), портативной автономной метеостанцией (9), комплектом средств жизнеобеспечения (10), эластичным и механическим пусковыми устройствами (11) для беспилотных летательных аппаратов самолетного типа, а также аккумуляторными батареями для беспилотных летательных аппаратов и другой бортовой и наземной аппаратуры для обеспечения радиотелеметрической системы связи. Координаты районов ЧС определяются с помощью спутниковой системы навигации (12). Общее руководство осуществляется из штаба по управлению спасательной операцией (13). В результате повышаются продолжительность и дальность мониторинга обстановки в зоне чрезвычайной ситуации, а также расширяется область применения комплекса. 3 ил.

Мобильный комплекс беспилотного воздушного мониторинга, содержащий малогабаритный беспилотный летательный аппарат вертолетного типа, оснащенный аппаратурой полезной нагрузки, передающей в режиме реального времени потоковую информацию, цифровой фотоаппарат, цифровую видеокамеру, тепловизионную камеру, радиометр-дозиметр, газоанализатор, мобильный наземный пункт управления летательным аппаратом, радиотелеметрическую систему двунаправленной связи летательного аппарата и его мобильного наземного пункта управления, состоящую из бортовой и наземной аппаратуры, отличающийся тем, что дополнен двумя беспилотными летательными аппаратами самолетного типа малого и среднего радиуса действия, эластичным и механическим пусковыми устройствами для беспилотных летательных аппаратов самолетного типа, портативной автономной метеостанцией, комплектом средств жизнеобеспечения, а также средствами радиосвязи и переносным видеотерминалом для получения и передачи видео- и телеметрических данных с района чрезвычайной ситуации с беспилотного летательного аппарата экипажу транспортного средства, в качестве полезной нагрузки включает гиростабилизированную оптико-электронную систему, оснащенную видео- и тепловизионными камерами, модуль для оповещения населения и модуль ретрансляции радиосигналов, а в качестве мобильного наземного пункта управления летательным аппаратом - наземную станцию управления, представляющую собой автоматизированное рабочее место переносного автономного исполнения, размещенное на шасси автомобиля повышенной проходимости.