CZ28487U1 - Řídicí systém, létající platformy - Google Patents

Description

Technické řešení se týká řídicího systému létající platformy, včetně radiových přenosových systémů a havarijního systému, určeného pro bezpečné provozování bezpilotního prostředku.

Dosavadní stav techniky

Významným požadavkem na současná řešení řídicích systémů pro létající platformy je zajištění vysoké bezpečnosti provozu, při zachování přijatelných rozměrů, hmotnosti a nákladů. Dosavadní známá technická řešení pro létající platformy malých rozměrů nedisponují schopností řešit zvláštní případy za letu a odpovídajícím způsobem reagovat tak, aby byla zajištěna maximální bezpečnost provozu.

Podstata technického řešení

Technické řešení se týká řídicího systému létající platformy, který zahrnuje bezdrátový přenosový systém pro bezdrátovou komunikaci mezi létající platformou a pozemním terminálem. Podstata technického řešení spočívá v tom, že bezdrátový přenosový systém je přes blok komunikační vrstvy pro přenos řídicích a stavových dat připojen k bloku senzorů pro stabilizaci, navigaci a řízení režimu letu létající platformy, dále k řídicí jednotce, výkonové jednotce s procesorovou jednotkou s perifériemi a programovým vybavením, a k rozhraní pro zprostředkování komunikací mezi palubním vybavením létající platformy, řídicí jednotkou a bezdrátovým přenosovým systémem, přičemž k výkonové jednotce je připojen blok záchranného systému a blok aktuátorů.

K výkonové jednotce může být připojen blok přídavné periferie pro aktivní ochranu létající platformy.

Bezdrátový přenosový systém obsahuje jednotku pro přenos dat řízení a jednotku pro přenos širokopásmových dat z palubního vybavení létající platformy.

Řídicí jednotka zahrnuje procesorovou jednotku s perifériemi, úložiště dat a programové vybavení, přičemž výkonová jednotka zahrnuje procesorovou jednotku s perifériemi a programové vybavení.

Blok aktuátorů zahrnuje elektronické a elektromechanické výkonové prvky pro ovládání řídicích ploch a pohonných jednotek létající platformy.

Blok záchranného systému zahrnuje řídicí elektroniku, zásobník energie a výkonový mechanismus.

Řídicí systém vychází ze základu aerodynamických a hmotových charakteristik matematického modelu popisujícího pohyb bezpilotního prostředku. Řídicí systém slouží jak k řízení letu, tak i k ovládání zastavěného kamerového uživatelského vybavení. Technické řešení vychází z požadavku v maximální míře usnadnit operátorovi ovládání a tím i plnění zadaného úkolu. Kromě řízení systém monitoruje všechny letové parametry a předává je operátorovi a také je všechny společně s řídicími povely zaznamenává pro případné pozdější vyhodnocení letu. Řídicí systém dále upravuje požadavky operátora tak, aby nedošlo k překročení mezních hodnot letových parametrů a tím předejít možnosti uvést stroj do tzv. nezvyklé polohy.

Pozemní část řídicího systému zahrnuje navíc software pro analýzu parametrů letu a letový simulátor pro výcvik operátorů. Operátor na dotykové obrazovce vidí v mapě přesnou pozici letounu, jeho orientaci, rychlost, výšku a další stavy stroje. V mapě jsou také znázorněny pozice operátora, body přistání, návratu, otočné body, uživatelem definované body a prostory. Z pozemní části lze zejména volit požadovaný režim letu - start, poloautomatické řízení, vedení po trase, automatický let, přiblížení, přistání případně aktivovat záchranný systém. Rovněž slouží k ovládání speciálního palubního vybavení. Operátorský program na pozemní části také umož1

CZ 28487 Ul ňuje nastavení tak zvaných otočných bodů pro požadovanou trasu přímo v mapě jak před provedením letu, tak i během něj. U otočných bodů lze nadefinovat kromě jeho pozice a výšky také požadovanou rychlost letu, způsob průletu otočným bodem, aktivace a ovládání palubního speciálního vybavení, případně aktivace speciálních letových režimů jako je kroužení, skenování určené oblasti a podobně.

Po ukončení letu dojde automaticky k vyplnění záznamu do elektronického letového deníku a záznamu do databáze letů pro pozdější vyhodnocení a tvorbu statistik letů.

Řídicí systém podle tohoto technického řešení automaticky reaguje na řadu možných havarijních situací a na jejich výskyt upozorňuje opticky zobrazením v programu operátora a paralelně slovním hlášením (pomocí instalovaného hlasového generátoru). Havarijní situace lze rozdělit na ty, které neohrožují bezpečnost letu a umožňují v letu pokračovat s určitým omezením a opatrností a na situace ohrožující let. Jakmile dojde k ohrožujícím havarijním situacím, dojde k aktivaci záchranného padákového systému. Systém je navíc navržen tak, že ke spolehlivé aktivaci záchranného systému dojde i v případě výpadku napájecí soustavy nebo chybné funkce komunikačního rozhraní.

Objasnění výkresu

Na připojeném obrázku je zobrazen příklad provedení struktury řídicího systému podle tohoto technického řešení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Řídicí systém létající platformy sestává z bloku i senzorů, řídicí jednotky 2, rádiového bezdrátového přenosového systému 3, bloku 4 komunikační vrstvy, výkonové jednotky 5, bloku 6 záchranného systému a bloku 7 aktuátorů. Dále obsahuje blok 8 rozhraní pro řízení speciálního palubního vybavení.

Blok i senzorů představuje množinu senzorů, poskytujících informace pro řešení stabilizace, navigace a řízení režimu letu létající platformy. Základem jsou senzory tlaku, úhlových rychlostí, zrychlení, magnetického pole, polohy na zemském geoidu, kmitočtu, elektrického napětí a proudu. Druh a počet senzorů je variabilní podle druhu létající platformy. Řídicí jednotka 2 zahrnuje procesorovou jednotku s perifériemi, úložiště dat a programové vybavení. Zpracovává signály z bloku 1 senzorů a požadavky obsluhy, přenášené rádiovým bezdrátovým přenosovým systémem 3 z pozemního terminálu. Řeší úlohu stabilizace, navigace a řízení režimu letu létající platformy, analyzuje provozní stav a vyhodnocuje poruchové stavy. Generuje signály pro výkonovou jednotku 5 a řízení speciálního palubního vybavení. Archivuje údaje pro následné zpracování.

Bezdrátový (rádiový) přenosový systém 3 slouží k bezdrátové komunikaci mezi létající platformou a pozemním terminálem. Je tvořen jednotkou pro přenos dat řízem a jednotkou pro přenos širokopásmových dat ze speciálního palubního vybavení. Přenáší data mezi pozemním terminálem a palubní řídicí jednotkou. Ve vzestupném směru přenáší požadavky obsluhy, v sestupném směru přenáší stavová data létající platformy a širokopásmová data ze speciálního palubního vybavení. Konfigurace rádiového přenosového systému je variabilní, podle typu létající platformy.

Blok 4 komunikační vrstvy je tvořen sběrnicemi pro přenos dat mezi blokem i senzorů, řídicí jednotkou 2, bezdrátovým přenosovým systémem 3, výkonovou jednotkou 5 a blokem 8 rozhraní. Zabezpečuje přenos řídicích a stavových dat.

Výkonová jednotka 5 zahrnuje procesorovou jednotku s perifériemi a programové vybavení. Zpracovává signály z řídicí jednotky 2 a generuje řídicí signály pro blok 6 záchranného systému, blok 7 aktuátorů a variantně použitého bloku vlastní ochrany a protiopatření (bloku 9 přídavné perifierie).

- 7 CZ 28487 Ul

Blok 6 záchranného systému je tvořen řídicí elektronikou, zásobníkem energie a výkonovým mechanismem. Zpracovává signál z výkonové jednotky 5 a aktivuje výkonový mechanismus. Aktivace výkonového mechanismu je řízená nebo, v případě výpadku řídicích dat, samočinná. Blok 7 aktuátorů je množina elektronických a elektromechanických výkonových prvků pro ovládání řídicích ploch a pohonných jednotek létající platformy. Blok 8 rozhraní je rozhraní, ke kterému se připojují bloky speciálního palubního vybavení. Zprostředkovává komunikaci mezi speciálním palubním vybavením, blokem 2 řídicí jednotky a bezdrátovým přenosovým systémem 3. Konečně blok 9 přídavné periférie zabezpečuje aktivní ochranu vlastní létající platformy v případě jejího úmyslného ohrožení a současně omezení či znemožnění řízeného pohybu a detekčních funkcí jiných prostředků obdobné kategorie.

Řídicí systém létající platformy podle tohoto technického řešení je použitelný jak na klasických bezpilotních systémech (UAS) s pevným křídlem, vrtulnících, tak na progresivních více - rotorových UAS kategorie VTOL (Vertical Také - Off Landing). Systém umožňuje vyškolené obsluze UAS snadno ovládat v poloautomatickém, tak i plně automatickém - autonomním letu. Systém umožňuje automatické provedení celého letu, to je automatický start, let po naplánované trase (měnitelné během letu), využití speciálního vybavení, automatické přiblížení a přistání u všech typů řízených UAS a za stálého radiového spojení s řídicím stanovištěm. Systém je navržen tak, aby splňoval požadavky klimatické odolnosti, které mu umožní bezporuchový provoz ve standardních meteorologických podmínkách v ČR, tj. při okolní teplotě -20 °C až +40 °C. Návrh celého systému je podřízen způsobu použití v náročných provozních podmínkách. Takto navržený systém je robustní, univerzální a vysoce odolný vůči poruchám.

Předložené technické řešení je schopné monitorovat let, řešit zvláštní případy za letu a havarijní situace. K tomu využívá kombinace redundance rádiového přenosového systému, procesů sběru a vyhodnocování letových parametrů, autonomních řídicích procedur a funkcí havarijního systému.

Claims (6)

1. Řídicí systém létající platformy, obsahující bezdrátový přenosový systém (3) pro bezdrátovou komunikaci mezi létající platformou a pozemním terminálem, vyznačující se tím, že bezdrátový přenosový systém (3) je přes blok (4) komunikační vrstvy pro přenos řídicích a stavových dat připojen k bloku (1) senzorů pro stabilizaci, navigaci a řízení režimu letu létající platformy, dále k řídicí jednotce (2), výkonové jednotce (5) s procesorovou jednotkou s perifériemi a programovým vybavením, a k rozhraní (8) pro zprostředkování komunikací mezi palubním vybavením létající platformy, řídicí jednotkou (2) a bezdrátovým přenosovým systémem (3), přičemž k výkonové jednotce (5) je připojen blok (6) záchranného systému a blok (7) aktuátorů.

2. Řídicí systém létající platformy podle nároku 1, vyznačující se tím, že k výkonové jednotce (5) je připojen blok (9) přídavné periferie pro aktivní ochranu létající platformy.

3. Řídicí systém létající platformy podle nároku 1, vyznačující se tím, že bezdrátový přenosový systém (3) obsahuje jednotku pro přenos dat řízení a jednotku pro přenos širokopásmových dat z palubního vybavení létající platformy.

4. Řídicí systém létající platformy podle nároku 1, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (2) zahrnuje procesorovou jednotku s perifériemi, úložiště dat a programové vybavení, přičemž výkonová jednotka (5) zahrnuje procesorovou jednotku s perifériemi a programové vybavení.

5. Řídicí systém létající platformy podle nároku 1, vyznačující se tím, že blok (7) aktuátorů zahrnuje elektronické a elektromechanické výkonové prvky pro ovládání řídicích ploch a pohonných jednotek létající platformy.

6. Řídicí systém létající platformy podle nároku 1, vyznačující se tím, že blok (6) 5 záchranného systému zahrnuje řídicí elektroniku, zásobník energie a výkonový mechanismus.