СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ БЕСПИЛОТНОГО ВОЗДУШНОГО СУДНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Российский патент 2018 года по МПК G06Q10/06 B64C39/02 G08G5/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники, а именно к автоматизированным системам управления и контроля. Способ относится к системам управления и контроля беспилотными воздушными суднами (БВС) для обеспечения безопасности их полета, но может быть применен и на других транспортных средствах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из предшествующего уровня техники известен способ управления беспилотным летательным аппаратом и устройство для его реализации (см. патент RU №2390815, опубл. 27.05.2010), характеризующий управление одним или несколькими беспилотными летательными аппаратами, каждый из которых оборудован бортовой автоматической системой управления, спутниковой навигационной системой, высокоточными синхронизированными часами, а также бортовым вычислителем и приемо-передающей радиостанцией, с помощью которой осуществляется цифровая радиосвязь с базовой радиостанцией, со стационарным или подвижным пунктом управления, который оборудован автоматизированным рабочим местом оператора, при этом передача команд управления движением беспилотного летательного аппарата, передача данных о координатах и параметрах его движения, а также передача идентификационных номеров и данных о координатах и параметрах движения других подвижных объектов, оборудованных приемо-передающими радиостанциями и находящихся в пределах радиовидимости, производится в один или несколько общих радиоканалов, причем трансляция сообщений каждой передающей радиостанцией производится в заранее заданный отрезок дискретной шкалы единого времени с временным упреждением, которого достаточно для компенсации запаздывания в получении и исполнении указанных команд.

Типовая структура системы управления для БВС состоит из различных источников данных. Полученные данные попадают в блок бортовой системы управления (БАСУ), где производится оценка параметров движения объекта и выработка управляющих воздействий на исполнительные механизмы объекта. В качестве входных данных блок системы управления также может принимать внешние управляющие воздействия. Выработанные значения сигналов управления подаются на органы управления полетом БВС. В памяти БАСУ хранятся программы выполнения полета и конфигурации блока управления, изменяющиеся под воздействием определенных событий, происходящих на беспилотных авиационных системах (БАС) в полете.

Недостатком известного способа управления беспилотным летательным аппаратом является то, что управление и контроль БАС осуществляется с наземного пункта управления в пределах радиовидимости, без учета и контроля остаточного ресурса, что затрудняет поддержание безотказного состояния оборудования БВС при эксплуатации, а это снижает уровень безопасности полетов.

СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ

Задачей заявляемого способа комплексного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна с использованием информационных технологий является осуществление управления на всем жизненном цикле, основанном на знании остаточного ресурса аппаратуры и поддержание при эксплуатации БВС в исправном состоянии, в том числе вне зоны радиовидимости, что повысит уровень обеспечения безопасности полетов на всех участках полета БАС.

Жизненный цикл БВС включает циклы разработки, производства и эксплуатации. В составе каждого цикла производятся комплексные испытания элементов, оборудования и системы. Испытания являются главным инструментом оценки качества БВС, поэтому информация об условиях и результатах испытаний является основой управления надежности любого БВС.

Вместе с тем сбор, хранение и извлечение указанной информации, а следовательно, и возможности ее анализа, до сих пор являются существенной проблемой, так как не обеспечивается главное требование:

- формирование доступной базы данных о техническом состоянии (БДТС) БВС на всех этапах его жизненного цикла - от разработки до утилизации, включающей облачные сервисы, обеспечивающие доступ в режиме реального времени (on-line) к электронной базе данных, характеризующих техническое состояние БВС.

Система БДТС БВС решает следующие задачи:

- повышение надежности и как результат безотказности эксплуатации БВС;

- сокращение расходов на предупредительные мероприятия по предотвращению возможности возникновения дефектов, согласно принципу: чем выше качество исходных компонентов, тем выше качество и надежность конечного изделия;

- повышение качества оборудования БВС ответственного назначения и снижение рисков возникновения неисправностей при сдаче в эксплуатацию. Очень велика стоимость или вообще отсутствует возможность исправления дефекта готовых блоков аппаратуры при неисправности отдельного компонента;

- сокращение сроков производства оборудования ответственного назначения, т.к. все этапы изготовления аппаратуры строго регламентированы;

- сбор статистики с испытательных центров для контроля качества продукции производителей БВС, анализа адекватности и корректности средств испытаний;

- создание общей базы данных БВС, в которой будут собраны сведения о надежности применяемого оборудования.

Способ комплексного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна, с использованием информационных технологий, оборудованного бортовой автоматической системой управления, спутниковой навигационной системой, высокоточными синхронизированными часами, а также бортовым вычислителем и приемо-передающей радиостанцией, с помощью которой осуществляется цифровая радиосвязь с базовой радиостанцией, со стационарным или подвижным пунктами управления, которые оборудованы автоматизированным рабочим местом оператора, отличающийся тем, что для обеспечения выполнения полетов беспилотного воздушного судна в общем воздушном пространстве с требуемой безопасностью полетов формируется база данных, которая включает всю информацию о техническом состоянии конкретного беспилотного воздушного судна на всех этапах жизненного цикла от разработки до утилизации, с наполнением базы данных о техническом состоянии конкретного беспилотного воздушного судна в процессе всего жизненного цикла, а все беспилотные воздушные судна снабжаются автоматизированными системами текущего контроля технического состояния, при этом данные анализа о техническом состоянии беспилотного воздушного судна передаются в сформированную базу данных технического состояния беспилотного воздушного судна на всем жизненном цикле, для каждого конкретного беспилотного воздушного судна, а после анализа данных формируются данные об остаточном ресурсе на основе, собранных в базе данных о техническом состоянии, по конкретному беспилотному воздушному судну и принимается решение по его дальнейшей эксплуатации.

Проведенный анализ технических решений позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют в известных носителях информации, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности ''новизна''.

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности ''изобретательский уровень''.

Это позволит эффективным путем решить проблемы информативности средств наблюдения за воздушной обстановкой, а также применение эффективных способов управления БАС.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ

Заявленный способ управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна с использованием информационных технологий реализуется на основе формирования общей базы данных и алгоритмов оценки остаточного ресурса оборудования БВС на всем жизненном цикле.

Именно современное состояние средств измерений, обработки, хранения и передачи информации формируют объективные условия для широкого внедрения CALS-ИЛП-технологий для интеграции БАС в общее воздушное пространство, охватывая весь жизненный цикл, где информационно-телекоммуникационные технологии являются той основой, которая сделает эффективным управление полетом и техническим состоянием БАС.

Объекты БАС в силу своей сложности при разработке и производстве обладают достаточно длинной цепочкой потребитель-поставщик, т.е. одно предприятие является потребителем компонентов более низкого уровня и поставщиком компонентов более высокого уровня для другого предприятия и так далее до конечного изделия. В этих условиях и с учетом того, что цепочка потребитель-поставщик может быть сильно распределена по географическим признакам в границах целой страны или нескольких стран, использование автоматизированных систем критически важно, т.к. они позволяют осуществить сбор данных о функционировании изделия у потребителя, обеспечивая быструю обратную связь для поставщика. На основе полученных от потребителя данных можно предсказать сроки снижения функциональности и отказа тех или иных компонентов изделия, а при условии непрерывного накопления данных измерений параметров изделия, закрепленных в нормативных документах (технических условиях), поставщик способен предупредить появление брака, скорректировав определенные технологические операции.

Задачей заявляемого способа комплексного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна с использованием информационных технологий является осуществление управления на всем жизненном цикле, основанного на знании остаточного ресурса аппаратуры и поддержание при эксплуатации БВС в исправном состоянии, в том числе и вне зоны радиовидимости, что повысит уровень обеспечения безопасности полетов на всех участках полета БАС.

Технический результат заявляемого способа обеспечивается за счет формирования доступной базы данных о техническом состоянии БВС на всех этапах его жизненного цикла - от разработки до утилизации, включающей облачные сервисы, обеспечивающие доступ в режиме реального времени (online) к электронной базе данных, характеризующих техническое состояние БВС. Это позволит обеспечить безопасный полет БВС в автономном режиме, даже когда БВС будет находиться вне зоны его прямой радиовидимости.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления беспилотным летательным аппаратом, каждый из которого оборудован бортовой автоматической системой управления, спутниковой навигационной системой, высокоточными синхронизированными часами, а также бортовым вычислителем и приемо-передающей радиостанцией, с помощью которой осуществляется цифровая радиосвязь с базовой радиостанцией, со стационарным или подвижным пунктами управления, которые оборудованы автоматизированным рабочим местом оператора, для обеспечения выполнения полетов беспилотного воздушного судна в общем воздушном пространстве с требуемой безопасностью полетов, формируется база данных, которая включает всю информацию о техническом состоянии конкретного беспилотного воздушного судна на всех этапах жизненного цикла от разработки до утилизации, с наполнением базы данных о техническом состоянии конкретного беспилотного воздушного судна в процессе всего жизненного цикла, а все беспилотные воздушные судна снабжаются автоматизированными системами текущего контроля технического состояния, при этом данные анализа о техническом состоянии беспилотного воздушного судна передаются в сформированную базу данных технического состояния беспилотного воздушного судна на всем жизненном цикле, для каждого конкретного беспилотного воздушного судна, а после анализа данных формируются данные об остаточном ресурсе на основе собранных в базе данных о техническом состоянии по конкретному беспилотному воздушному судну и принимается решение по его дальнейшей эксплуатации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 Формирование общей базы данных.

Фиг. 2 Формирование базы данных, используемой для анализа остаточного ресурса и принятия решения по эксплуатации БВС.

Заявленный способ поясняется рисунками, на которых показаны схемы осуществления контроля и управления эксплуатацией БАС, реализующего заявленный способ на основе формирования общей базы данных и алгоритмов оценки остаточного ресурса оборудования БВС на всем жизненном цикле.

Задачей заявляемого способа комплексного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна с использованием информационных технологий является осуществление управления на всем жизненном цикле, основанного на знании остаточного ресурса аппаратуры и поддержание при эксплуатации БВС в исправном состоянии, что повысит уровень обеспечения безопасности полетов на всех участках полета БАС. Объединяющим является формирование общей базы данных и алгоритмов оценки остаточного ресурса оборудования БВС на всем жизненном цикле.

На Фиг. 1 представлена технология формирования общей базы данных. Основным в потоке данных является передача электронной документации, цифровых макетов изделий от производителя к потребителю и обратная передача данных измерения и контроля реальных объектов от потребителя к производителю.

Цифровые макеты изделий позволяют сокращать сроки проектирования непосредственно самих изделий, а также оснастки, необходимой для производства и испытания этих изделий, при условии применения автоматизированных средств разработки. Использование, например, сквозного проектирования, как элемента общей БДТС БВС системы, значительно сокращает время согласования и внесения изменений в конструкторскую и технологическую документацию, при этом применение электронного документооборота предоставляет актуальные версии документации всем участникам производственного цикла БАС.

Испытания на уровне компонент позволяет выполнить контроль с независимым вводом данных, что снимает проблему взаимовлияния, а также упрощает оценку динамических характеристик. Комплексные испытания обеспечивают оценку взаимовлияния отдельных модулей и оценку характеристик изделия в целом. Использование данных с каждого уровня испытаний и взаимный обмен этими данными между участниками всего цикла производства БАС позволяет рационально распределить общий объем испытаний между различными уровнями.

На Фиг. 2 представлена технология формирования базы данных, используемой для анализа остаточного ресурса и принятия решения по эксплуатации БВС на основных этапах сбора и анализа данных испытаний изделий БАС. В данном случае используются технологии обработки «Больших данных», которые обеспечивают разделение всех данных на несколько категорий, а затем осуществляется параллельная обработка данных по категориях. При обработке каждой из категорий применяются модели и математический аппарат различной сложности. Сначала используются простые алгоритмы обработки данных с жесткими правилами отбора, при помощи которых данные анализируются и исключаются из дальнейшей обработки. Затем используются более сложные алгоритмы, которые требуют больше времени и аппаратных ресурсов, чем методы с жесткими правилами отбора, но в тоже время они обрабатывают значительно меньший объем данных. В результате общее время, необходимое для обработки всех данных, уменьшается в несколько раз.

Для комплексного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна (БВС) с использованием информационных технологий каждый беспилотный летательный аппарат (БЛА) оборудован бортовой автоматической системой управления, спутниковой навигационной системой, высокоточными синхронизированными часами, бортовым вычислителем и приемо-передающей радиостанцией для цифровой радиосвязи с базовой радиостанцией, со стационарным или подвижным пунктами управления, которые оборудованы автоматизированным рабочим местом оператора. Для обеспечения выполнения полетов БВС в общем воздушном пространстве с требуемой безопасностью полетов формируется база данных, которая включает всю информацию о техническом состоянии БВС на всех этапах жизненного цикла от разработки до утилизации, с наполнением базы данных о техническом состоянии БВС в процессе всего жизненного цикла, а все БВС снабжаются автоматизированными системами текущего контроля технического состояния, при этом данные анализа о техническом состоянии БВС передаются в базу данных технического состояния на всем жизненном цикле для каждого БВС, а после анализа данных формируются данные об остаточном ресурсе на основе собранных в базе данных и принимается решение по дальнейшей эксплуатации БВС. 2 ил.

Способ комплексного управления эксплуатацией беспилотного воздушного судна с использованием информационных технологий, оборудованного бортовой автоматической системой управления, спутниковой навигационной системой, высокоточными синхронизированными часами, а также бортовым вычислителем и приемо-передающей радиостанцией, с помощью которой осуществляется цифровая радиосвязь с базовой радиостанцией, со стационарным или подвижным пунктами управления, которые оборудованы автоматизированным рабочим местом оператора, отличающийся тем, что для обеспечения выполнения полетов беспилотного воздушного судна в общем воздушном пространстве с требуемой безопасностью полетов формируется база данных, которая включает всю информацию о техническом состоянии конкретного беспилотного воздушного судна на всех этапах жизненного цикла от разработки до утилизации, с наполнением базы данных о техническом состоянии конкретного беспилотного воздушного судна в процессе всего жизненного цикла, а все беспилотные воздушные судна снабжаются автоматизированными системами текущего контроля технического состояния, при этом данные анализа о техническом состоянии беспилотного воздушного судна передаются в сформированную базу данных технического состояния беспилотного воздушного судна на всем жизненном цикле для каждого конкретного беспилотного воздушного судна, а после анализа данных формируются данные об остаточном ресурсе на основе собранных в базе данных о техническом состоянии по конкретному беспилотному воздушному судну и принимается решение по его дальнейшей эксплуатации.