Владимир Фетисов - Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние

• Название: Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние
• Автор: Владимир Фетисов
• Издательство: ФОТОН
• Жанр: Справочники
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-9903144-3-6

Книга носит преимущественно справочно-ознакомительный характер и написана по результатам обзоров и анализа многочисленных литературных и интернет-источников. Она знакомит читателя со сложившимися на сегодняшний день терминологией и классификацией в области беспилотной авиации, с современными тенденциями в производстве беспилотных летательных аппаратов, а также с состоянием рынка беспилотных авиационных систем.

---

– эвакуация пострадавших из зоны бедствия;

– эвакуация дорогостоящих материальных ценностей из опасных зон;

– доставка спасательных средств терпящим бедствие на воде;

– сброс взрывных устройств в горах для организации превентивного схода лавин;

– дозаправка или подзарядка автономно работающих труднодоступных устройств (буев, маяков, метеостанций, ретрансляционных станций и т.д.).

4. Ретрансляция сигналов и подобные задачи.

Сюда входят следующие применения (реализуемые обычно с помощью БПЛА вертолетного или аэростатического типов):

– ретрансляция радиосигналов с целью увеличения дальности действия каналов связи;

– использование БПЛА в качестве носителей осветительного оборудования;

– установка на борту громкоговорителей для воспроизведения звука: команд, музыки и т.п.;

– использование БПЛА в качестве площадки для генерации или отражения лазерного луча.

5. Управление поведением живых объектов.

Эти пока немногочисленные и довольно экзотические применения сводятся к следующему:

– использование БПЛА в качестве "пастуха": управление передвижением табунов лошадей, отар овец и т.д.;

– отпугивание стай птиц от аэродромов.

1.3. Беспилотные авиационные системы

1.3.1. Беспилотные авиационные системы и комплексы

Как уже указывалось в 1.2.1, необходимо различать понятия беспилотной авиационной системы (БАС) и беспилотного авиационного комплекса (БАК). Разница между ними заключается в том, что БАС является более широким понятием. БАК – это только совокупность материально-технических средств, необходимых для выполнения определенных функций. БАК включает один или несколько беспилотных JIA, управляющее, транспортное оборудование, технические устройства, формирующие каналы связи и передачи информации, устройства обработки информации и др. [66].

Беспилотная авиационная система (БАС) включает в себя не только авиационный комплекс, но и дополнительные компоненты, формирующие связи различного вида между его элементами (рис. 1.80). Прежде всего это технический персонал и необходимое программное обеспечение (ПО). Еще один важный элемент БАС – средства интеграции с другими системами, позволяющие объединять несколько БАК в систему с единым управлением. Также в систему следует включить совокупность необходимой технической и регламентирующей документации [64].

Как правило, БАК поставляется с предприятия-изготовителя заказчику в виде законченного комплекса, полностью готового к применению. Но при необходимости этот комплекс может расширяться и интегрироваться в другие системы за счет дополнительных аппаратных и программных средств. Например, в состав поставляемого тактического БАК могут входить: БПЛА, специальный тягач с установленной на нем стартовой катапультой, мобильный командный пункт, выносимые антенно-фидерные устройства, включая ретрансляторы сигналов. Но этот комплекс может использовать не входящие в него: спутниковую систему глобального позиционирования, вспомогательный транспорт для перевозки людей и материальных ресурсов, ангары для хранения техники, инфраструктуру аэродромов включая радиолокационные средства и т.д. (рис.1.81).

Рис. 1.80. Обобщенная структура БАС

БПЛА, входящие в состав БАС и оснащенные соответствующей целевой нагрузкой, определяют ее специализацию. Среди гражданских систем наиболее распространены информационные, получающие в полете видео и фото данные, и передающие их на наземное оборудование для обработки. Для этого необходимо специализированное ПО, реализующее соответствующие алгоритмы.

Стартовые и посадочные средства могут включать в свой состав транспортные машины, пусковые установки, а также аппаратуру и оборудование для пред- и послеполетного контроля БПЛА. Эта часть комплекса обслуживается техническими расчетами, входящими в состав персонала БАС.

Рис. 1.81. Взаимодействие различных элементов БАС

Пункты управления, объединяющие в себе аппаратуру и оборудование для разработки программ полетов БПЛА, полетного контроля их технического состояния, радиокомандного управления выполнением полетных заданий, а также для сбора, обработки и передачи информации, функционируют с помощью расчетов управления, включающих в себя командира расчета и операторов соответствующих специализаций.

Пункты управления в зависимости от масштаба возложенных на систему задач различаются по организации и исполнению. Так, для управления БПЛА стратегического и тактического назначения чаще всего применяют стационарные пункты управления (рис. 1.82). Для управления БПЛА оперативного назначения целесообразно размещать пункты управления на мобильных платформах – на автомобилях (рис. 1.83) или кораблях, а для управления легкими аппаратами небольшого радиуса действия вообще чаще всего используют носимые портативные комплекты, быстро разворачиваемые и собираемые в полевых условиях (рис. 1.84).

Рис. 1.82. Примеры организации рабочих мест операторов на стационарных пунктах управления БАС

а

б

в

Рис. 1.83. Пример мобильного пункта управления (БАК "Дозор" – разработка ЗАО "Транзас", С.-Петербург): а – комплекс в походном состоянии; б – рабочее место пилота-оператора; в – пункт управления с развернутой антенно-фидерной системой

Рис. 1.84. Управление малыми БПЛА в полевых условиях

Вспомогательные обеспечивающие средства предназначены для подготовки БПЛА к полету, обслуживания БПЛА после полета, проведения текущих регламентных и ремонтных работ, а также для хранения средств комплекса. Эта группа средств не входит в состав БАК, но обслуживается персоналом, входящим в состав технического расчета.

1.3.2. Планирование действий БАК

Хотя полезная нагрузка современных БПЛА может иметь самое разнообразное назначение, основной задачей при управлении функционированием БАК является планирование траекторий полета и пилотирование БПЛА по этим траекториям. С учетом того, что БАК имеет в своем составе, как правило, не один, а два и более БПЛА, а многие небольшие комплексы (включая пункты управления) мобильны, то возникает задача планирования действий нескольких подвижных компонентов.

Задачи первого типа в настоящее время хорошо проработаны, существует большое количество систем автоматического управления, управляющих как подсистемами, так и целыми БПЛА в программных и командных режимах [67]. Ко второму типу относятся принципиально иные задачи, и в первую очередь, задача планирования групповых действий мобильных объектов, суть которой заключается в определении действий каждого объекта в составе группы для достижения поставленной перед БАК цели.

Один из подходов к решению такой задачи – представить весь комплекс как единый объект управления. В этом случае каждый компонент должен постоянно передавать в центральный процессорный узел (ЦПУ) информацию о своем текущем состоянии и текущем состоянии окружающей его среды [68]. На основе этой информации ЦПУ определяет текущие действия компонентов и передает команды на выполнение этих действий на их исполнительные системы (рис. 1.85, а).

Такой метод реализуется в настоящее время в глобальных станциях управления. Постоянная связь между всеми компонентами осуществляется через глобальные спутниковые системы. Координаты всех управляемых БПЛА (оснащенных аппаратурой спутниковой связи) непрерывно отслеживаются, а командные сигналы управляющей платформы транслируются на них. Таким образом, созвездие спутников выступает в роли двустороннего канала связи между управляющим и управляемыми компонентами.

а

б

Рис. 1.85. Варианты структур системы планирования действий БАК: а) централизованная, б) распределенная;

Rj,j = 1,n – подвижные компоненты комплекса; Е – окружающая среда; Sj и Aj – вектор-функции, описывающие текущее состояние и действия j -го компонента соответственно

Очевидно, что направление дальнейшего развития систем такого типа имеет преимущественно военное (государственное) значение. Соответственно, трудности решения многомерной задачи по управлению п мобильными объектами будут возложены на вычислительную машину, обладающую высочайшим быстродействием (и стоимостью), что трудно реализуемо в гражданских областях. При этом отметим так же, что сбои в работе центральной вычислительной машины или серьезные помехи, нарушающие связь объектов управления со спутниками могут повлечь за собой потерю контроля над управляемыми БПЛА.