Способ подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника Российский патент 2022 года по МПК H01Q1/00 

Изобретение относится к привязным летающим платформам, обеспечивающим подъем и управление положением антенны наземного псевдоспутника. Обеспечивает установку стабильного навигационного поля в пределах рабочей зоны путем увеличения радиуса обзора антенны псевдоспутника за счет увеличения (уменьшения) высоты ее работы. Изобретение применимо со средствами функциональных дополнений глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и/или GPS на основе псевдоспутников для обеспечения доступной, точной навигации и решения специальных задач.

Существует проблема установки аппаратуры псевдоспутников в трудноступных участках местности (для дополнения спутниковых радионавигационных систем) и на определенной высоте над центром геодезического пункта на время выполнения специальных работ.

Существуют воздушные непривязные носители и наземные стационарные носители аппаратуры псевдоспутников. Аналогов привязного воздушного носителя антенны псевдоспутника в процессе патентного исследования не найдено.

Псевдоспутник (иногда называют псевдолит, от английского pseudo satellite - «псевдо-спутник») в его самой простой форме является генератором и передатчиком сигналов GPS и/или ГЛОНАСС установленные на Земле в точках с известными координатами и передающие сигналы, идентичные сигналам, передаваемые спутниками глобальной навигационной спутниковой сети.

Рабочая зона - область пространства земного шара (замкнутая поверхность), в пределах границ которой в любой точке обеспечивается возможность для любого потребителя определять свое местонахождение с заданными характеристиками.

Доступность радионавигационной системы характеризуется вероятностью получения потребителем в рабочей зоне достоверной информации о своем местоположении в определенный период времени и с требуемой точностью.

Общие признаки предлагаемого изобретения: воздушный носитель антенны псевдоспутника (привязной).

Способ подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника схематично изображен на прилагаемом чертеже, где на фиг. представлена схема работы предлагаемого устройства.

Способ подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника представляет собой летающую платформу с двумя бесколлекторными трехфазными электромоторами, расположенными соосно (см. фиг.), вращающимися в противоположных направлениях (коаксиальная схема), обеспечивая необходимую подъемную силу лопастями фиксированного шага для поднятия полезной нагрузки - антенны псевдоспутника. Поворот антенны псевдоспутника осуществляется за счет разности скорости вращения электромоторов и поворота несущей рамы в нужное направление антенны.

Устойчивость системы обеспечивает механическая сервоось, расположенная на оси вращения электромотора под углом 45 градусов от продольной оси лопастей перед лопастями по ходу движения (см. фиг.) и соединенная с ними штангой. Сервоось предложена впервые американским изобретателем Стэнли Хиллером, который называл ее «серворотором». Сервоось представлена закрепленной в центре на шарнире ось из стального прута по краям которой закреплены грузы одинакового размера и веса. Сервоось обладает при вращении гироскопическим эффектом, при вращении способна раскачиваться, но по истечении некоторого времени возвращаться в горизонтальное положение. Сервоось соединена с лопастями штангой, поэтому управляет лопастями и осуществляет их циклический наклон вдоль их продольной оси. Сервоось оказывает циклическое управляющее воздействие (при вращения электромоторов) сервооси в следующем порядке:

1. Циклический шаг сервооси приводит к тому, что сервоось начинает стремиться занять положение параллельное горизонту.

2. По мере наклона сервооси при возмущающем воздействии и возврате в плоскость горизонта на лопасти начинает действовать циклическая нагрузка (шаг) и они начинают следовать за сервоосью.

Таким образом, сервоось стремится при отклонении от вертикальной оси моторов за счет циклического шага лопастей обеспечить возврат положения летающей платформы в первоначальную плоскость в направлении противоположному вектору возмущающего отклонения. Система тонких тросов предотвращает от уноса ветром и является фиксатором высоты и положения в пространстве.

Электропитание системы обеспечивается посредством подключения к наземному источнику питания - блоку питания, соединенному с сетью промышленного тока, генератору или к мощному аккумулятору.

Преимуществом использования способа подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника является внедрение нового сегмента носителей аппаратуры (антенн) псевдоспутников, который не относится к стационарными или воздушным динамическим системам-носителям псевдоспутников, а занимает нишу между ними совмещая их положительные свойства.

Способ подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника позволит установить аппаратуру на заданной высоте с высокой стабильностью местоположения относительно пункта геодезической сети в любых труднодоступных участках местности и обеспечить радиовидимость на большие участки территории, обеспечить стабильность навигационного поля в рабочей зоне.

Способ подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника позволит эффективно обеспечить устойчивость псевдоспутников к радиоэлектронным помехам, увеличить точность позиционирования, возможность оперативной оптимизации геометрии расположения псевдоспутников, увеличить мощность передаваемого сигнала, управлять передающей (принимающей) антенной, обеспечить высокую скорость передачи данных, имеет низкую себестоимость, имеет возможность оперативного развертывания и при длительной автономной работе, осуществить координатное обеспечение внутри помещений и зонах недоступности действующих в настоящее время спутниковых систем навигации (GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, BEIDOU - которые уязвимы по ряду факторов), многократно повысить устойчивость к средствам радиоэлектронной борьбы, обеспечивает возможность совместной работы с сигналами глобальных навигационных спутниковых систем.

Способ подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника содержит:

Два электромотора (1) и контроллеры к ним (2);

Две системы стабилизации (3) с комплектом лопастей правого и левого вращения (4);

Несущая рама (5); Платформа фиксации (6);

Система электропитания (7, где «+», «-» обозначены выходы контактов электропитания);

Система тонких троссов (подъема и опускание (8);

Система управления (9, где S1,S2 - обозначены сигнальные провода для управления электромоторами).

Воздушный носитель антенны псевдоспутника (привязной) работает следующим образом:

1. Подключение к источнику питания.

2. Присоединение системы тонких тросов.

3. Включение моторов и подача газа до подъема на высоту 1-1,5 метра (до полного натягивания тонких тросов).

4. Калибровка и настройка системы, приведение всей системы к горизонтальному полету.

5. Установка антенны в вертикальной плоскости (наклона антенны относительно вертикальной оси полета).

6. Вращение лебедки и подъем летающей платформы на нужную высоту.

7. Выставление направления антенны в горизонтальной плоскости (относительно горизонтальной оси полета).

Использование способа подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника не ограничивается работой в местах трудных для прохождения сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, но и возможно успешное использование при мониторинге деформаций, в навигации для точной посадки самолетов, отслеживания перемещения объектов внутри помещения, для автоматического управления роботизированными транспортными средствами, для повышения точности местоопределения динамических объектов в условиях сильного затенения и переизлучения сигналов орбитальных группировок и т.д.

Основные отличительные (достаточные) признаки воздушного носителя антенны псевдоспутника (привязного):

контроль и управление размером рабочей зоны навигации;

точность определения местоположения и синхронизации объектов;

доступность (радиовидимость в любой точке рабочей зоны);

целостность (одновременная работа всей навигационной системы);

непрерывность работы (часы, дни, недели);

мобильность (возможность развернуть в любом месте);

простота в использовании;

универсальность (создание локальных сетей псевдоспутников, мониторинг сооружений в городах, работы в карьерах, туннелях, навигация внутри помещений).

Таким образом, использование способа подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника как носителя средств функциональных дополнений глобальных навигационных спутниковых систем позволит существенно повысить доступность и устойчивость координатно-навигационного обеспечения в случаях естественных и искусственных электромагнитных помех, а также в зонах сильного влияния геометрического фактора.

Список используемой литературы:

1. Куприянов А.О. Применение псевдоспутников в позиционировании и навигации // Известия ВУЗов «Геодезия и аэрофотосъемка». 2019. Т. 63. №4. С. 385-391. DOI: 10.30533/0536-101Х-2019-63-4-385-391.

2. Национальный стандарт Российской Федерации, Глобальная навигационная спутниковая система, Морская дифференциальная подсистема, Термины и определения ГОСТ Р 57366-2016, Москва, Стандартинформ, 2017.

3. Антонович К.М., Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии, В 2 т. Т. 1. Монография / К.М. Антонович; ГОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия». - М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2005. - 334 с.

Использование: изобретение относится к привязным летающим платформам, обеспечивающим подъем и управление положением антенны наземного псевдоспутника, для установки стабильного навигационного поля в пределах границ которого в любой точке обеспечивается возможность определять свое местонахождение с заданными характеристиками. Сущность: способ подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника представляет собой летающую платформу с двумя бесколлекторными трехфазными электромоторами, расположенными соосно, вращающимися в противоположных направлениях (коаксиальная схема), обеспечивая необходимую подъемную силу лопастям фиксированного шага для поднятия полезной нагрузки - антенны псевдоспутника. Поворот антенны псевдоспутника осуществляется за счет разности скорости вращения электромоторов и поворотом несущей рамы в нужное направление. Устойчивость системы обеспечивает механическая сервоось, расположенная на оси вращения электромотора под углом 45 градусов от продольной оси лопастей перед ними по ходу движения (см. фиг.). Сервоось представлена закрепленной в центре на шарнире осью из стального прута, по краям которой закреплены грузы одинакового размера и веса. Сервоось обладает при вращении гироскопическим эффектом, при вращении способна раскачиваться и возвращаться в горизонтальное положение. Сервоось соединена с лопастями штангой, поэтому управляет лопастями и осуществляет их циклический наклон вдоль их продольной оси. Технический результат: решается проблема установки аппаратуры псевдоспутников в труднодоступных участках местности и на определенной высоте над центром геодезического пункта на время выполнения специальных работ. 1 ил.

Способ подъема на заданную высоту воздушного привязного носителя антенны псевдоспутника, отличающийся тем, что обеспечивают подъем, удержание и управление направлением антенны псевдоспутника на установленной высоте системой тонких тросов и подъемной силой вращающихся лопастей постоянного шага, которые вращаются в противоположных направлениях двумя электромоторами, расположенными соосно, с системой стабилизации на каждом, при этом электропитание, управление высотой и направлением антенны осуществляют с земли, что обеспечивает установку стабильного навигационного поля в пределах рабочей зоны на длительное время, причем установку антенны осуществляют относительно вертикальной оси полета, выставление направления антенны осуществляют относительно горизонтальной оси полета.