BG2863U1 - Интегрирана система за управление работата на автономни безпилотни летателни апарати - Google Patents

Abstract

Полезният модел се отнася до интегрирана система за дистанционно управление, включително наблюдение и анализ, като може да намери приложение при наблюдение, проследяване и инспекция на обекти или охрана на обекти. Системата позволява също и да се извършва инспекция, контрол на отделни параметри на обектите, както и да ги анализира, като едновременно с това да съхранява и предава данните на разстояние. Състои се от GPS устройство с магнитометър, монтирани на безпилотен летателен апарат, като са монтирани най-малко две радио приемо- предавателни устройства, както и допълнителни технически средства за наблюдение и измерване, а базовата станция /1/ е изпълнена със защитен купол и в нея е разположена централна сървърна система /5/, свързана посредством глобална комуникационно мрежа с комуникационно средство за предаване и приемане на сигнали, звук и картина. Защитният купол е изпълнен с автоматичен механизъм за отваряне и затваряне

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до интегрирана система за дистанционно управление, включително наблюдение и анализ, която може да намери приложение при наблюдение, проследяване и инспекция на обекти или охрана на обекти. Системата позволява също и да се извършва инспекция, контрол на отделни параметри на обектите, както и да ги анализира, като едновременно с това да съхранява и предава данните на разстояние.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са безпилотни системи на въздухоплавателни средства за събиране на данни и дистанционното им контролиране.

Известна е патентна публикация US 2007284474 (А1), в която е описана система за безжично управление на безпилотни самолети, чрез които се събират и предават данни за дадена географска област. Безжичното устройство може да се използва за получаване на съобщения и за предаване на съобщения.

Известна е друга патентна публикация US 2014236390 (А1), в която е описана система за мониторинг и наблюдение на обект, която се извършва по предварително програмирана траектория. Безпилотният летателен апарат е снабден с няколко сензора за регистриране на информация и с възможност за презареждане на батерията.

Известни са и други патентни публикации, например DE 19909573 (А1), който се отнася до система, използваща GSM мрежа за проследяване на безпилотни летателни апарати и осигуряваща данни за метеорологични условия за планиране на безопасни маршрути, разполагаща със софтуер за голям брой летателни апарати. Подобна система е описана още и в патентна публикация KR 20100016915 (А), представляваща по същество система за управление на полета и метод за контрол на безпилотни летателни апарати чрез GPS и навигационно оборудване.

Техническа същност на полезния модел

Предвид на изложеното дотук известно състояние на техниката в разглежданата област, задача на полезния модел е да бъде предложена интегрирана система за дистанционно наблюдение и управление работата на безпилотен летателен апарат, която да осигурява повишено ниво на сигурност на техническите средства, изграждащи системата, както и защитата на събраните данни и информация. Друга задача на полезния модел е да се създадат условия за съвместна работа на повече на брой безпилотни летателни апарати, всеки от които изпълнява различна по характер задача, при което летателните апарати са свързани и обменят непрекъснато онлайн информация, анализът на която позволява едновременно изпълняване на широк спектър от задачи по наблюдение, анализ и охрана на обекти, като покрива значителни по размери пространства.

Задачата се решава с интегрирана система за управление и анализ работата на безпилотни летателни апарати, която се състои от най-малко един безпилотен летателен апарат и най-малко една базова станция, разположена в обхвата на действие на безпилотният летателен апарат.

Съгласно полезния модел безпилотните летателни апарати са най-малко един и е снабден с GPS устройство с магнитометър, като на всеки летателен апарат са монтирани най-малко две радио приемопредавателни устройства, както и допълнителни технически средства за наблюдение и измерване, а базовата станция е изпълнена със защитен купол и е разположена централна сървърна система, свързана посредством глобална комуникационна мрежа с комуникационно средство за предаване и приемане на сигнали, звук и картина.

За предпочитане е защитният купол да е изпълнен с автоматичен механизъм за отваряне и затваряне.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на полезния модел безпилотният летателен апарат е снабден със сензор за изображения /камера/.

Съгласно едно вариантно изпълнение на полезния модел безпилотният летателен апарат е снабден със сензор за изображения в инфрачервения спектър.

Съгласно едно вариантно изпълнение на полезния модел безпилотният летателен апарат е снабден № 02.2/28.02.2018 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели 175 с термографска и/или спектрална камера за анализ на качеството на въздуха.

Безпилотният летателен период може да бъде снабден и с други технически устройства и апарати, които да позволяват изпълнение на различни задачи, например апаратура за измерване на температура, влажност и други параметри.

Системата има различни приложения в зависимост от това какви устройства и механизми са закрепени към безпилотните летателни апарати, както и в зависимост от зададените от оператора задачи. Системата е подходяща и ефективна за използване при наблюдение, охрана и инспекция на значителни по размери площи, засети със селскостопански култури, наблюдение и инспекция на състоянието на фотоволтаични системи, както и при наблюдение и охрана на държавната граница, като позволява връзка и взаимодействие с цел подпомагане на извършваните задачи не само между оператора и централизираната сървърна система, а и между отделните безпилотни летателни апарати.

Подходящо е системата да включва и повече от една базови станции, които да са свързани безжично с отдалечен център за съхранение на данните. Операторската система, която може да бъде изпълнена с мобилно комуникационно устройство или стационарен компютър, свързани с комуникационна мрежа или директно към базовата станция позволява операторът да наблюдава параметри от изпълнението на полет, да получава анализ от получените данни при изпълнение на полет и др. Системата е изградена от технически средства, които позволяват да се използва набор от три различни технологии (GPS, радиолокация с малък и среден обсег, автоматична локализация по визуални ориентири) за локализация и прецизно позициониране, което позволява нормална работа дори и при отказ на някоя от използваните системи. Интегрираната система, обект на полезния модел предвижда и техническа възможност за подаване на сигнал и локализация в случай на авария или опит за неоторизиран достъп до безпилотния летателен апарат или базовата станция.

Описание на приложените фигури

Системата за дистанционно наблюдение съгласно полезния модел е представена по-подробно с помощта на придружаващите описанието чертежи, където:

фигура 1 представя общ вид на системата съгласно полезния модел;

фигура 2 представя свързване между безпилотен летателен апарат и базова станция;

фигура 3 представя свързване между сървър и базова станция или операторска система и базова станция;

фигура 4 представя свързването между сървър и операторска машина;

фигура 5 представя свързване между операторска машина и потребител.

Примерно изпълнение на полезния модел

По-нататък в описанието е предоставено едно по-детайлно описание на интегрираната система за дистанционно управление работата на безпилотни летателни апарати при изпълнение на различни по вид и характер задачи, като представеното примерно изпълнение не ограничава използването и на други технически средства, чието свързване и технически възможности осигурява еквивалентни функционални възможности на системата за управление работата на безпилотни летателни апарати.

На фигура 1 е представена принципна схема на свързване на елементи, от които се вижда интегрираната система за управление работата на безпилотни летателни апарати при изпълнение на възложени от оператор задачи. Системата се състои от една или повече базови станции 1, включващи площадки за приземяване на безпилотните летателни апарати 2, като технически системата може да управлява повече от един летателен апарат, които могат да бъдат свързани един с друг чрез безжична връзка. Всеки от летателните апарати 2 е подходящо да бъде снабден с механизъм за приравняване и прихващане на леталния апарат, непоказан на фигурите, благодарение на които е възможно да се постигне с правилно позициониране и ориентиране на летателния апарат, с цел да съвпаднат линиите на захранването за презареждане при кацането му на базовата станция 1.

Допълнително, на летателните апарати 2 е подходящо да са монтирани радио приемо-предавателно устройства, за препоръчване четири броя, предназначени за подпомагане правилното позициониране на летателния апарат при кацане. Отделните апарати се свързани помежду си чрез радио връзка, както

176 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 02.2/28.02.2018 и с наземната базова станция 1, в която е предвидена зареждаща станция 3, съоръжена с микроконтролер 4, осигуряващ комуникация между сървър 5 и летателен апарат 2.

С оглед подобряване управлението на безпилотните летателни апарати 1, последните са снабдени с GPS устройство с магнитометър, непоказано на фигурите, което е предназначено и се използва за автоматично намиране на платформата от безпилотния летателен апарат 2. Благодарение на GPS устройството летателният апарат 2 се насочва към платформата и се позиционира над него, но с недостатъчна точност, при което споменатите вече радио приемо-предавателни устройства осигуряват прецизното насочване, като се активират светодиодни лампи в различни цветове. Те се използват за допълнителен вариант за по-прецизно приземяване. В случай че такива светодиодни лампи не са налични или са неизправни в радио приемо-предавателните устройства, предвидена е камера (сензор за изображения) на летателния апарат.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на базовата станция 1, тя е изпълнена със защитен купол, непоказан на фигурите, който се отваря и затваря автоматично при кацане и излитане, като по този начин се постига предпазване на станцията и летателният апарат, като позволява запазване на функционирането им при неблагоприятни климатични условия

Споменатият по-горе сървър 5 е изпълнен чрез известни технически средства и протоколи със защитен обмен на данни чрез интернет връзка, като сървърът 5 е свързан с техническо комуникационно средство, например мобилен телефон, лаптоп, таблет или стационарен компютър, който управлява гореизброените устройства и механизми и разполага с възможност за мрежова свързаност.

В зависимост от използването на интегрираната система, по-специално за изпълняване на различни по вид и характер задачи, базовата станция 1 може да бъде изпълнена като стационарна или мобилна, понеже системата автоматично определя позицията и ориентацията й. Мобилно изпълнение на базова станция е подходящо за монтиране върху наземно превозно средство или плавателен апарат, каквито се ползват при действия за охрана на държавната граница.

При изпълнение на други задачи, интегрираната система, включително летателните апарати са съоръжени с набор от сензори, позволяващи на летателния апарат да извършва основните задачи, например сензор за изображения (камера), използвана за оразмеряване, наблюдение и охрана на обхожданите площи или сензор за изображения в инфрачервения спектър (инфрачервена камера), подпомагаща наблюдението и охраната през тъмните часове на денонощието и засичане на обекти по тяхното топлинно излъчване или термографска и спектрална камера за анализ на качеството на въздуха и заобикалящата среда; Монтираните към летателните апарати могат да записват параметри, температура на околната среда, влажност на околната среда, осветеност на околната среда, разлика в температурата на панели на ФВ системи, както е възможно и да установява наличие на обект, застрашаващ изследваната територия (държавна граница, посеви и др.). Едновременно с това записаните параметри могат да бъдат подложени и на анализ, при което могат да се извършват анализи на обекта - температура, големина, поведение или анализ на околната среда - замърсяване, концентрация на твърди частици или химични съединения или анализ на работоспособността на панел на ФВ система.

Централната сървърна система представлява специализирана компютърна система, снабдена с набор от специфични компютърни програми. Тази система следи изцяло работата на всички базови станции и съответните летателни апарати към тях. Получава сигнали за неизправности по платформата или по летателния апарат (от базовата станция), след което ги предава на оторизираната операторска машина. Централната сървърна система разполага с достатъчно изчислителна мощ и е натоварена със задачата да прави предварително зададен вид анализ на данните, получени от летателния апарат (базовата станция). Тези данни и направените анализи се запазват на съхраняващи устройства в подходящ вид. При поискване от оператор те се визуализират на операторската машина.

Операторската система представлява компютърна система (персонален или индустриален компютър, мобилно устройство, и др.), използвана за визуализиране на желаната информация от оператора, както и за конфигуриране и управление на системата „базова станция - летателен апарат“. Тя се свързва или със сървърната система за да предава операторски данни към базовата станция и оттам към летателния апарат или директно се свързва с базовата станция на място. Всички варианти на свързване са отори№ 02.2/28.02.2018

Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели 177 зирани и криптирани. Операторската система има възможност да получава директна видео връзка „на живо“ от летателният апарат при поискване.

Описаните технически възможности на интегрираната система позволяват правилно използване на заснетите данни, получените анализи, комбинацията от които създават условия за предприемане на ефективни действия, които могат да бъдат извършвани от летателния апарат, базовата станция и/или сървърната система, като например:

- проследяване на застрашаващ обект;

- информиране за последната позиция и посока на обекта;

- информиране за достигане на гранични стойност на параметри;

- подаване на авариен сигнал при настъпила повреда, предварително конфигурирани набор от условия или застрашаващо летателния апарат събитие. Подаването на този сигнал е възможно и тогава когато поради някакви причини летателния апарат е спрял да функционира;

- автоматично известяване по e-mail, SMS или други методи за комуникация в случай на настъпване на предварително конфигуриран набор от условия или критични за системата събития.

Прецизното кацане се извършва по метод, наречен триизмерна трилатерация. Летателният апарат се приближава към базовата станция с помощта на GPS модула достатъчно близо, след което се задейства комуникацията по радио приемо-предавателните устройства за прецизно кацане. С тяхна помощ се осъществява намиране на дистанцията от всяко от 4-те устройства на базовата станция до устройството на летателния апарат. След което по метода на триизмерната трилатерация се определя с по-голяма точност относителната позиция на летателния апарат спрямо базовата станция. Ориентацията на летателния апарат се намира с помощта на магнитометър. С тези данни летателният апарат може съвсем точно да се приземи на предварително зададеното място и да се ориентира подходящо. След правилното позициониране и ориентиране, с допустимата точност, механизма за приравняване, монтиран към базовата станция има задачата съвсем точно да направи последното позициониране и ориентира за да могат линиите на захранването да съвпаднат.

В последната стъпка прецизното позициониране става с помощта на съвкупност от цветни линии и светодиоди (които се използват тогава когато видимостта е лоша или е нощ), които безпилотния апарат наблюдава с камера и по изображението отчита своето отклонение.

След тази операция е възможно да започне зареждането на летателния апарат, както и предаването на необходимите данни. _π

Claims (6)

1. Претенции

   1. Интегрирана система за управление работата на автономни безпилотни летателни апарати, която се състои от най-малко един безпилотен летателен апарат, най-малко една базова станция, разположена в обхвата на действие на безпилотния летателен апарат, характеризираща се с това, че на безпилотния летателен апарат (2) е монтирано GPS устройство с магнитометър, като са монтирани най-малко две радио приемо-предавателни устройства, както и допълнителни технически средства за наблюдение и измерване, а базовата станция (1) е изпълнена със защитен купол и в нея е разположена централна сървърна система (5), свързана посредством глобална комуникационна мрежа с комуникационно средство за предаване и приемане на сигнали, звук и картина.
2. 2. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че защитният купол е изпълнен с автоматичен механизъм за отваряне и затваряне.
3. 3. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че базовата станция (1) съдържа зареждаща станция (3) с микроконтролер (4).
4. 4. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че безпилотният летателен апарат е снабден със сензор за изображения /камера/.
5. 5. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че безпилотният летателен апарат е снабден със сензор за изображения в инфрачервения спектър.
6. 6. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че безпилотният летателен апарат е снабден с термографска и/или спектрална камера за анализ на качеството на въздуха.