RU2189625C1 - Pilotless aircraft control system - Google Patents
Pilotless aircraft control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189625C1 RU2189625C1 RU2001108859/09A RU2001108859A RU2189625C1 RU 2189625 C1 RU2189625 C1 RU 2189625C1 RU 2001108859/09 A RU2001108859/09 A RU 2001108859/09A RU 2001108859 A RU2001108859 A RU 2001108859A RU 2189625 C1 RU2189625 C1 RU 2189625C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- signal
- input
- computer
- uav
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к системам управления местоположением и курсом беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и может быть использован при проектировании БПЛА, предназначенных для высокоточного приведения в заданную точку земной поверхности, в частности, для доставки груза в зараженные районы или на объекты, блокированные террористами. The invention relates to systems for controlling the location and course of an unmanned aerial vehicle (UAV) and can be used in the design of UAVs designed for high-precision reduction to a given point on the earth's surface, in particular, for delivering cargo to infected areas or to objects blocked by terrorists.
Известна система управления БПЛА [1], которая содержит радиолокационный визир (измеритель координат и параметров объекта назначения, или, иначе, координатор), измеритель координат и параметров движения управляемого объекта, устройство формирования сигналов управления, устройство обработки информации, радиовысотомер, блок задания порога, управляемый переключатель, устройство коррекции высоты и вертикальной скорости. В качестве измерителя координат и параметров движения управляемого объекта (БПЛА) использована система инерциальной навигации. Устройство формирования сигналов управления, включающее программный блок, устройство обмена информацией и вычислительные блоки, представляет собой бортовую электронно-вычислительную машину (БЭВМ), организующую процессы обмена информацией между элементами системы управления БПЛА и в соответствии с заложенными в ней алгоритмами принимающую решение об управлении БПЛА путем изменения или коррекции управляющих сигналов автопилота. A known UAV control system [1], which contains a radar sighting device (measuring coordinates and parameters of a target, or, otherwise, a coordinator), measuring coordinates and movement parameters of a controlled object, a device for generating control signals, an information processing device, a radio altimeter, a threshold setting unit, controlled switch, device for height and vertical speed correction. An inertial navigation system was used as a meter for coordinates and motion parameters of a controlled object (UAV). A control signal generating device, including a software unit, an information exchange device and computing units, is an on-board electronic computer (BEWM) that organizes the exchange of information between elements of a UAV control system and, in accordance with the algorithms laid down in it, makes a decision on UAV control by changes or corrections of autopilot control signals.
Известная система управления достаточно эффективна при необходимости приведения БПЛА в радиоконтрастную точку или к радиоконтрастному объекту. Это достигается следующим образом. Координатор при помощи антенны сканирует пространство перед БПЛА и, анализируя отраженные сигналы по направлению и дистанции, определяет координаты искомого объекта по центру тяжести наблюдаемого двумерного массива (алгоритмы приведены, например, в [ 2, стр. 25]). The known control system is quite effective if it is necessary to bring the UAV to a radio contrast point or to a radio contrast object. This is achieved as follows. The coordinator, using an antenna, scans the space in front of the UAV and, analyzing the reflected signals in direction and distance, determines the coordinates of the desired object by the center of gravity of the observed two-dimensional array (the algorithms are given, for example, in [2, p. 25]).
Недостатком известной системы управления БПЛА является невозможность приведения БПЛА в такое место поверхности, которое не обладает радиолокационным контрастом на фоне окружающих его других объектов естественного и искусственного образования. A disadvantage of the known UAV control system is the impossibility of bringing the UAV to such a place on the surface that does not have radar contrast against the background of other objects of natural and artificial formation surrounding it.
Для приведения БПЛА в заданную точку земной поверхности, не обладающую радиолокационным контрастом, используются системы, которые объединены в литературе под общим названием корреляционно-экстремальные системы наведения [3-6] . Сущность корреляционно-экстремальных систем заключается в том, что локатор осматривает участок поверхности под летательным аппаратом (локатор высотомера), сбоку от летательного аппарата (локатор бокового обзора), перед собой (локатор переднего обзора) или сзади (локатор заднего обзора). Результаты осмотра сравниваются с эталонной радиолокационной картой и по максимуму коэффициента корреляции наблюдаемого изображения и эталонной карты определяются координаты истинного местоположения БПЛА относительно заданной на момент измерения теоретической (или программной) точки его местонахождения. Эта разница координат используется при коррекции автопилота для дальнейшего программного полета БПЛА к заданной точке поверхности земли. Необходимым условием реализации подобных систем является наличие в них коррелятора, реализованного на универсальной (или специализированной) высокопроизводительной бортовой вычислительной машине или на основе оптического коррелятора. To bring UAVs to a given point on the earth's surface that does not have radar contrast, systems are used that are combined in the literature under the general name of correlation-extreme guidance systems [3-6]. The essence of extreme correlation systems is that the locator inspects the surface area under the aircraft (altimeter locator), on the side of the aircraft (side view locator), in front of you (front view locator) or behind (rear view locator). The inspection results are compared with the reference radar map and the maximum correlation coefficient of the observed image and the reference map determines the coordinates of the true location of the UAV relative to the theoretical (or software) point of location specified at the time of measurement. This coordinate difference is used in the correction of the autopilot for the further programmed UAV flight to a given point on the surface of the earth. A necessary condition for the implementation of such systems is the presence of a correlator in them, implemented on a universal (or specialized) high-performance on-board computer or based on an optical correlator.
Во вновь проектируемых системах управления БПЛА, предназначенных для точного приведения к радиоконтрастным и к нерадиоконтрастным объектам, необходимо совмещать оба принципа наведения и соответственно нести суммарные аппаратные затраты на обычную обработку принимаемых сигналов (выделение сигнала на фоне шума, селекция помех и классификация наблюдаемых объектов, определения координат выбранной наиболее яркой точки) и на корреляционную обработку пространственного радиолокационного изображения. In newly designed UAV control systems designed to accurately bring to radio-contrast and non-radio-contrast objects, it is necessary to combine both guidance principles and, accordingly, bear the total hardware costs for the usual processing of the received signals (isolating the signal against the background of noise, selecting interference and classifying the observed objects, determining coordinates selected brightest point) and the correlation processing of spatial radar images.
Однако при этом необходимо учитывать следующее. However, the following should be considered.
Реализация корреляционно-экстремальной системы требует применения локатора с высокой разрешающей способностью как по дистанции, так и по угловым координатам, т. е. требует локатора бокового обзора с синтезированной апертурой, либо локатора с узкой диаграммой направленности. В силу ограниченности размеров антенны на БПЛА приходится использовать миллиметровый диапазон радиоизлучений, который позволяет максимально сузить диаграмму направленности антенны и, соответственно, улучшить разрешающую способность по угловым координатам. Однако, дальность действия локатора миллиметрового диапазона в сильной степени зависит от погодных условий, что, в свою очередь, ограничивает его применение на БПЛА. Implementation of a correlation-extreme system requires the use of a locator with high resolution both in distance and in angular coordinates, i.e., it requires a side-view locator with a synthesized aperture, or a locator with a narrow radiation pattern. Due to the limited size of the antenna on UAVs, it is necessary to use the millimeter-wave range of radio emissions, which allows to narrow the antenna pattern as much as possible and, accordingly, improve the resolution in angular coordinates. However, the range of the millimeter range locator is highly dependent on weather conditions, which, in turn, limits its use on UAVs.
Для устранения этого недостатка возможно использование многоканальных бортовых РЛС, использующих сразу два диапазона радиоизлучений: сантиметровый и миллиметровый. При этом сантиметровый диапазон обеспечивает большую дальность и всепогодность, а миллиметровый - лучшую точность на малой дистанции. Недостатком корреляционно-экстремальных систем с многоканальными бортовыми локаторами является существенное возрастание аппаратурных затрат. To eliminate this drawback, it is possible to use multichannel airborne radars that use two ranges of radio emissions at once: centimeter and millimeter. At the same time, the centimeter range provides greater range and all-weather performance, and the millimeter range provides better accuracy at a short distance. The disadvantage of correlation-extreme systems with multichannel airborne locators is a significant increase in hardware costs.
В модернизируемых системах управления БПЛА невозможно внести существенные изменения в аппаратуру, особенно в части введения дополнительных приборов и связей. Поэтому необходимо искать другие пути практической реализации первого (контрастный объект) или второго (неконтрастный объект) принципов управления наведения БПЛА. In the modernized UAV control systems, it is impossible to make significant changes to the equipment, especially regarding the introduction of additional devices and communications. Therefore, it is necessary to look for other ways of practical implementation of the first (contrast object) or second (non-contrast object) UAV guidance guidance principles.
Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является система управления БПЛА, использующая в качестве координатора одноканальную бортовую РЛС сантиметрового диапазона с фазоманипулированным зондирующим сигналом [7, стр. 4]. Кроме координатора система управления беспилотным летательным аппаратом содержит систему автопилотирования (автопилот), соединенную с бортовой ЭВМ, которая выполнена с возможностью подключения к пульту предстартовой подготовки и ввода полетного задания, который расположен в месте старта БПЛА. Координатор содержит передатчик, в котором формируется импульсный зондирующий сигнал с изменением фазы несущей частоты псевдослучайным двоичным кодом, антенну, кинематически связанную с приводом антенны, приемник, синхронизатор, дальномер (счетчик дальности) и устройство обработки сигналов, включающее фильтр сжатия сигналов, пороговое и устройство фиксации координат, формирующее сигналы дальности и углового положения отраженных сигналов, поступающих в БЭВМ. БЭВМ определяет координаты истинной цели, сопоставляет данные о местоположении БПЛА, измеренные автопилотом, с данными о местоположении истинной цели и формирует сигналы коррекции курса БПЛА, поступающие на автопилот. Преимуществом системы управления БПЛА с координатором, использующим фазоманипулированный сигнал, является более высокая точность сопровождения цели и более высокая помехозащищенность по отношению к активным и пассивным помехам, что известно, например, из [8, 9]. The closest analogue, adopted as a prototype of the invention, is a UAV control system that uses a centimeter-range single-channel onboard radar with a phase-shift sounding signal as coordinator [7, p. 4]. In addition to the coordinator, the control system of the unmanned aerial vehicle contains an autopilot system (autopilot) connected to the onboard computer, which is configured to connect to the prelaunch control panel and enter the flight mission, which is located at the start of the UAV. The coordinator comprises a transmitter in which a pulsed probing signal with a change in the phase of the carrier frequency is generated by a pseudo-random binary code, an antenna kinematically connected to the antenna drive, a receiver, a synchronizer, a range finder (range counter) and a signal processing device including a signal compression filter, a threshold and a fixing device coordinates, forming the signals of the range and angular position of the reflected signals received in the computer. The BEWM determines the coordinates of the true target, compares the UAV location data measured by the autopilot with the true target location data and generates UAV course correction signals received by the autopilot. An advantage of a UAV control system with a coordinator using a phase-shifted signal is a higher accuracy of target tracking and higher noise immunity with respect to active and passive interference, which is known, for example, from [8, 9].
Недостатком системы управления по прототипу является ее низкая эффективность при необходимости приведения БПЛА к нерадиоконтрастному объекту-цели или в нерадиоконтрастную точку земной поверхности. The disadvantage of the control system of the prototype is its low efficiency when it is necessary to bring the UAV to a non-radio-contrast target object or to a non-radio-contrast point on the earth's surface.
Задачей изобретения является обеспечение возможности приведения БПЛА как к радиоконтрастным объектам-целям, так и к цели, не имеющей радиолокационного контраста, без существенных аппаратных затрат при модернизации существующих систем. The objective of the invention is to provide the ability to bring UAVs to both radio-contrast target objects and to a target that does not have radar contrast, without significant hardware costs when upgrading existing systems.
Сущность изобретения заключается в том, что в системе управления беспилотным летательным аппаратом, содержащей автопилот, подключенный входом и выходом к первому выходу и второму входу бортовой электронно-вычислительной машины (БЭВМ), первый вход которой является входом для подключения к пульту предстартовой подготовки и ввода полетного задания, и радиолокационный координатор с фазоманипулированным зондирующим сигналом, который содержит антенну, кинематически связанную с приводом антенны, соединенные с антенной передатчик и приемник, гетеродинный выход которого подключен к соответствующему входу приемника, синхронизатор, дальномер, и устройство обработки сигналов, в состав которого входят фильтр сжатия сигналов, пороговое устройство и устройство фиксации координат, соответствующие входы которого подключены к выходу порогового устройства, выходу дальномера и информационному выходу привода антенны, а выходы, на которых формируются значения величин дистанции и углового положения отраженных сигналов, подключены к четвертому и пятому входам БЭВМ, шестой вход которой и вход передатчика подключены к выходу синхронизатора, передающему импульсную последовательность с частотой зондирования, выход синхронизатора, передающий последовательность импульсов синхронизации, подключен ко второму входу дальномера, первый вход которого и второй вход приемника по сигналу окончания зондирующего импульса подключены ко второму выходу передатчика, гетеродинный выход которого соединен с гетеродинным входом приемника, в устройство обработки сигналов дополнительно введены три переключателя, устройство фиксации максимума и блок формирования порога, управляющие входы которого по сигналу признака режима и сигналу задания масштаба подключены соответственно к пятому и седьмому выходам БЭВМ, выход подключен к уровневому входу порогового устройства, а соответствующие сигнальные входы - к выходам приемника, на которых формируются усредненное значение интенсивности шума и усредненное значение интенсивности отраженного сигнала, кодовый выход передатчика и выход видеосигнала приемника подключены к первым входам первого и второго переключателей, соответственно, вторые входы первого и второго переключателей соединены соответственно с третьим и четвертым выходами БЭВМ, на которых формируются последовательность бинарного массива измерений и последовательность эталонного бинарного массива, их управляющие входы соединены со вторым выходом БЭВМ, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам фильтра сжатия сигналов, выход которого соединен с сигнальным входом третьего переключателя, управляющий вход которого подключен к шестому выходу БЭВМ, а выходы - к сигнальным входам порогового устройства и устройства фиксации максимума, а выход последнего, на котором формируется сигнал, характеризующий местоположение бинарного массива измерений на эталонной карте, соединен с третьим входом БЭВМ. The essence of the invention lies in the fact that in the control system of an unmanned aerial vehicle containing an autopilot connected by an input and an output to the first output and the second input of an on-board electronic computer (BEM), the first input of which is an input for connecting to the pre-launch preparation and input panel for the flight tasks, and a radar coordinator with a phase-manipulated probe signal, which contains an antenna kinematically connected to the antenna drive, a transmitter and a receiver connected to the antenna to, the heterodyne output of which is connected to the corresponding input of the receiver, a synchronizer, a range finder, and a signal processing device, which includes a signal compression filter, a threshold device, and a coordinate fixing device, the corresponding inputs of which are connected to the output of the threshold device, the output of the range finder, and the information output of the drive antennas, and the outputs on which the values of the distance and the angular position of the reflected signals are generated are connected to the fourth and fifth inputs of the computer, the sixth input of which the first and the transmitter input are connected to the synchronizer output, transmitting the pulse sequence with the sounding frequency, the synchronizer output, transmitting the synchronization pulse sequence, is connected to the second input of the range finder, the first input of which and the second input of the receiver are connected to the second output of the transmitter, the local oscillator output which is connected to the receiver heterodyne input, three switches are additionally introduced into the signal processing device, a latching device the maximum and the threshold formation unit, the control inputs of which are connected to the fifth and seventh outputs of the computer by the signal of the mode indicator and the signal for setting the scale, the output is connected to the level input of the threshold device, and the corresponding signal inputs to the outputs of the receiver, on which an average value of noise intensity is generated and the average value of the intensity of the reflected signal, the code output of the transmitter and the output of the video signal of the receiver are connected to the first inputs of the first and second switches, Accordingly, the second inputs of the first and second switches are connected respectively to the third and fourth outputs of the computer, on which the sequence of the binary array of measurements and the sequence of the reference binary array are formed, their control inputs are connected to the second output of the computer, and the outputs are connected respectively to the first and second inputs of the compression filter signals, the output of which is connected to the signal input of the third switch, the control input of which is connected to the sixth output of the computer, and the outputs to the signal input s maximum threshold device and the fixing device, and the output of the latter, on which is formed a signal representative of a binary array of measurement location on the reference card is connected to the third input BEVM.
В предлагаемой системе устройство обработки сигналов при работе по радионеконтрастным объектам сначала обнаруживает в просматриваемой зоне отраженные сигналы на фоне шума (т. е. сначала работает по своему прямому назначению), а затем переходит в режим сравнения и суммирования бинарных последовательностей, сформированных путем дополнительной пороговой обработки измеренного массива наблюдаемых сигналов и подготовленной заранее эталонной бинарной последовательности. По результатам этого сравнения определяются координаты зоны измерений координатора и положение БПЛА относительно заданной точки приведения. In the proposed system, the signal processing device when working on radio-contrast objects first detects reflected signals in the viewing area against noise (i.e., it first works for its intended purpose), and then goes into the mode of comparison and summation of binary sequences generated by additional threshold processing a measured array of observed signals and a prepared in advance reference binary sequence. Based on the results of this comparison, the coordinates of the coordinator’s measurement area and the position of the UAV relative to the given reduction point are determined.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - структурная схема системы,
фиг.2 - структурная схема бортовой электронно-вычислительной машины,
фиг.3 - структурная схема фильтра сжатия сигналов,
фиг. 4 - временные диаграммы сигналов на входах и выходе фильтра сжатия сигналов,
фиг.5 - схема блока формирования порога,
фиг.6 - схема устройства фиксации максимума,
фиг.7 - графическое изображение зоны обзора координатора в стартовой системе координат,
фиг. 8 - логико-временная диаграмма этапов функционирования системы управления в режиме приведения к нерадиоконтрастному объекту назначения,
фиг. 9 - укрупненная схема алгоритма, реализуемого бортовой электронно-вычислительной машиной,
фиг.10, 11 - примеры зависимостей показателей оценок точности при приведении БПЛА к объектам различного назначения.The invention is illustrated by drawings, on which:
figure 1 is a structural diagram of a system,
figure 2 is a structural diagram of an on-board electronic computer,
figure 3 is a structural diagram of a signal compression filter,
FIG. 4 - timing diagrams of the signals at the inputs and outputs of the signal compression filter,
5 is a block diagram of the formation of the threshold,
6 is a diagram of a device for fixing the maximum,
7 is a graphical depiction of the field of view of the coordinator in the starting coordinate system,
FIG. 8 is a logical-temporal diagram of the stages of the functioning of the control system in the mode of reduction to a non-radiocontrast destination object,
FIG. 9 is an enlarged diagram of an algorithm implemented by an onboard electronic computer,
figure 10, 11 are examples of dependencies of indicators of accuracy estimates when bringing UAVs to objects for various purposes.
На фиг. 1 структурной схемы системы управления БПЛА приняты следующие обозначения:
1 - антенное устройство,
2 - передатчик,
3 - приемник,
4 - синхронизатор,
5 - устройство обработки сигналов,
6 - бортовая электронно-вычислительная машина,
7 - автопилот,
8 - дальномер,
9 - пульт предстартовой подготовки и ввода полетного задания,
10 - фильтр сжатия сигналов,
11 - пороговое устройство,
12 - устройство фиксации координат,
13 - первый переключатель,
14 - второй переключатель,
15 - третий переключатель,
16 - устройство фиксации максимума,
17 - блок формирования порога.In FIG. 1 structural diagram of the UAV control system adopted the following notation:
1 - antenna device
2 - transmitter,
3 - receiver
4 - synchronizer,
5 - signal processing device,
6 - on-board electronic computer,
7 - autopilot,
8 - range finder,
9 - remote prelaunch preparation and input flight mission,
10 - signal compression filter,
11 - threshold device
12 is a device for fixing coordinates
13 - the first switch
14 - second switch,
15 - the third switch,
16 - maximum fixation device,
17 - block formation of the threshold.
Согласно фиг.1 в системе управления БПЛА к первому выходу синхронизатора 4 (выходу импульсной последовательности с частотой зондирования) подключены вход передатчика 2 и шестой вход БЭВМ 6, а ко второму его выходу (последовательности синхронизирующих импульсов) - второй (счетный) вход дальномера 8, первый вход которого и второй вход приемника 3 (по сигналу окончания зондирующего импульса) подключены ко второму выходу передатчика 2. Первый (сигнальный) выход передатчика 2 подключен к антенне, сигнальный выход которой подключен к первому входу приемника 3, а информационный выход привода антенны подключен к третьему входу устройства 12 фиксации координат. According to figure 1, in the UAV control system, the input of the
Третий (гетеродинный) выход передатчика 2 соединен с третьим (гетеродинным) входом приемника, а его четвертый (кодовый) выход подключен к первому входу первого переключателя 13. Выход видеосигнала (первый) приемника 3 подключен к первому входу второго переключателя 14, а его второй выход, на котором формируется усредненное значение интенсивности шума (выход ШАРУ), и третий выход, на котором формируется усредненное значение интенсивности отраженных сигналов (выход АРУ), соединены со вторым и третьим (сигнальными) входами блока 17 формирования порога, выход которого соединен со вторым (уровневым) входом порогового устройства 11. The third (heterodyne) output of the
Выход порогового устройства 11 соединен с первым входом устройства 12 фиксации координат, второй вход которого подключен к выходу дальномера 8, а первый и второй выходы, на которых формируются значения величин дистанции и углового положения отраженных сигналов, подключены соответственно к четвертому и пятому входам БЭВМ 6, первый выход и второй вход которой соединены с автопилотом 7, а первый вход является входом для подключения к пульту 9 предстартовой подготовки и ввода полетного задания. The output of the
К первому и второму выходам третьего переключателя 15 подключены соответственно сигнальный (первый) вход порогового устройства 11 и вход устройства 16 фиксации максимума. Сигнальный (первый) вход третьего переключателя 15 подключен к выходу фильтра 10 сжатия сигналов, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго переключателей 13 и 14, соответственно. Управляющие входы первого и второго переключателей 13, 14 подключены ко второму выходу БЭВМ 6, шестой выход которой соединен со вторым (управляющим) входом третьего переключателя 15, а пятый и седьмой выходы соединены соответственно с управляющим входом признака режима (первым) и управляющим входом задания масштаба (четвертым) блока 4 формирования порога. The signal (first) input of the
Третий вход БЭВМ 6 соединен с выходом устройства 16 фиксации максимума, на котором формируется сигнал, характеризующий местоположение бинарного массива измерений на эталонной карте, а третий и четвертый выходы БЭВМ 6, с которых передаются последовательность бинарного массива измерений и последовательность эталонного бинарного массива, подключены ко вторым сигнальным входам соответственно первого и второго переключателей 13 и 14. The third input of the
Антенное устройство 1, передатчик 2, приемник, синхронизатор 4, дальномер 8 и устройство 5 обработки сигналов образуют радиолокационный координатор системы управления БПЛА.
Антенное устройство 1 является головной частью координатора и содержит одно- или двухзеркальную антенну сантиметрового диапазона с симметричной узкой (насколько позволяют конструктивные размеры БПЛА) диаграммой направленности. Антенна закреплена в кардановом подвесе, снабженном двумя следящими приводами, которые могут поворачивать ее вокруг горизонтальной и вертикальной оси, обеспечивая сканирование диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Датчики угла поворота антенны вокруг вертикальной и горизонтальной осей, выполненные, например, в виде потенциометров или цифровых оптико-электронных преобразователей угол-код, вырабатывают информационные сигналы углового положения антенны относительно корпуса летательного аппарата в текущий момент времени: ψa- угол поворота в горизонтальной плоскости и υa- угол поворота в вертикальной плоскости. Управление антенной в обеих плоскостях идентично, поэтому, для простоты изложения, в дальнейшем рассматривается только поворот в горизонтальной плоскости. Подробно построение системы управления антенной радиолокационного координатора изложено, например, в [7, стр. 23-33]. Для обзора пространства перед БПЛА на вход следящих приводов антенны подается пилообразный управляющий сигнал периодического сканирования антенны в соответствующей плоскости. Этот сигнал может формироваться непосредственно внутри антенного устройства при помощи интегрирующего операционного усилителя в аналоговом виде, реверсивного счетчика синхроимпульсов в цифровом виде или в бортовой ЭВМ.The
Передатчик 2 выполнен в виде усилительной цепочки на лампе бегущей волны (ЛБВ), на входе которой несущая частота возбудителя модулируется по фазе псевдослучайной μ- последовательностью, формируемой генератором кода и фазовым манипулятором (Яковлев В.В., Федоров Р.Ф. Стохастические ВМ, Л., Машиностроение, стр. 147-153, 1974 г.). Частота повторения и длительность зондирующих импульсов передатчику задается синхронизатором 4. Импульс, соответствующий моменту окончания зондирующего импульса, формируется на управляющем выходе усилителя мощности, который служит вторым выходом передатчика, а сигнальный выход усилителя мощности образует первый выход передатчика. Выход гетеродинной частоты возбудителя образует третий выход передатчика, а выход генератора кода, на котором формируется кодовая последовательность изменения фазы несущей частоты каждого излучаемого сигнала - u1, образует четвертый выход передатчика. Пример реализации передатчика с фазоманипулированным сигналом и входящих в него блоков известен, например, из [10].The
Приемник 3 выполнен в виде последовательно соединенных усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого образует гетеродинный (третий) вход приемника, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) и видеоусилителя. Варианты построения приемника PJIC с фазоманипулированным сигналом изложены в [8-10]. Важным обстоятельством является обязательное наличие в приемнике автоматической регулировки уровня шумов (ШАРУ) и автоматической регулировки усиления (АРУ). Первый выход приемника 3 - основной выход видеоусилителя, на котором формируется последовательность u2 сигналов, отраженных от наблюдаемых объектов, второй выход - выход схемы ШАРУ, на котором формируется аналоговый (возможен вариант дискретной схемы и цифрового выхода) сигнал aш, величина которого пропорциональна усредненному значению (уровню) интенсивности шума отраженных сигналов, третий выход - выход схемы АРУ, на котором формируется сигнал aс, пропорциональный усредненному значению интенсивности отраженных сигналов.The
Бортовая ЭВМ 6 представляет собой универсальную ЭВМ, которая с разделением во времени воспринимает информацию по шести входам и вырабатывает на соответствующих выходах с первого по седьмой информационные или управляющие сигналы. Примеры ЦВМ приведены в [11, 12]. В частности, может использоваться Micro PC фирмы " Octogon". The on-
Структурная схема одного из возможных вариантов построения БЭВМ 6 приведена на фиг.2 [12, стр. 133]. Эта структура построена с использованием трех интерфейсных магистралей 18, 19, 20 информационного обмена, каждая из которых через соответствующий контроллер 21, 22, 23 прямого доступа к памяти связана с системной интерфейсной магистралью 24 памяти и внутренней интерфейсной магистралью 25 процессора. Процессор 26 непосредственно соединен с обеими магистралями 24, 25, а блок 27 памяти (ДЗУ) - только с магистралью 24. К первой интерфейсной магистрали 18 информационного обмена подключены три адаптера 28, 29, 30 внешних устройств, через которые осуществляется связь с пультом 9 предстартовой подготовки (адаптер 29) и с автопилотом 7 (адаптеры 28 и 30). Ко второй интерфейсной магистрали 19 подключены адаптеры 31, 32, 33 внешних устройств, принимающие соответствующие сигналы радиолокационного координатора, которые поступают на третий, четвертый и пятый входы БЭВМ 6, а через группу адаптеров 34,...,40, внешних устройств, подключенных к третьей информационной магистрали 20 и образующих выходы БЭВМ со второго по седьмой, осуществляется передача соответствующих управляющих и информационных сигналов в устройство 5 обработки сигналов радиолокационного координатора. The block diagram of one of the possible options for building a
Процессор 26 управляет подготовкой программ и размещением их в блоке 27 памяти, инициирует в определенные моменты времени через свою внутреннюю интерфейсную магистраль 25 и соответствующую магистраль 18 (19, 20) информационного обмена работу с нужным внешним устройством, указывая при этом через контроллер 21 (22, 23) прямого доступа к памяти место в блоке 27 памяти, где хранится необходимая программа. По завершении программы обратная связь с каналами осуществляется с помощью программного прерывания также через внутреннюю интерфейсную магистраль 25. The
Использование приведенной структуры обеспечивает увеличение вычислительной мощности БЭВМ за счет того, что процессор 26 не участвует в операциях ввода-вывода, а только инициирует работу каналов и контролирует логико-временную диаграмму работы БЭВМ. Using the above structure provides an increase in the computing power of the computer due to the fact that the
Возможны и другие варианты построения бортовой вычислительной машины и связи ее с внешними устройствами. Широко распространена, например, ЭВМ с магистральным интерфейсом (ГОСТ 26765.52-67). Однако, тип связи ЦВМ с внешними устройствами принципиального значения для существа изобретения не имеет. There are other options for building an on-board computer and its connection with external devices. Widely distributed, for example, computers with a backbone interface (GOST 26765.52-67). However, the type of communication of the digital computer with external devices is not of fundamental importance to the essence of the invention.
Автопилот 7 или бортовая навигационная система представляет собой систему гироскопических приборов (в простейшем случае гироазимут, гирогоризонт и три гироинтегратора), измеряющих пройденный путь в стартовой системе координат: Х - направление полета, заданное в точке старта, Y - высота полета, Z - боковое отклонение от вертикальной плоскости, совпадающей с направлением полета, заданным в точке старта, или, иначе, плоскости стрельбы. При отклонении измеряемых автопилотом текущих координат Yt и Zt при Xt от значений, заданных полетным заданием, автопилот автономно или при помощи бортовой ЭВМ выдает управляющие сигналы на рулевые органы, при помощи которых приводятся в соответствие боковое отклонение от плоскости стрельбы Zt=Zn и высота полета Yt= Yn. Сведения, необходимые для реализации автопилота, приведены, например, в [13].
Известно также, что для управления БПЛА по высоте часто используется высотомер, показания которого в вертикальной плоскости могут оказаться точнее, чем у гироинтегратора, однако для существа предлагаемого изобретения это не имеет значения. По этой причине дальнейшее описание ограничивается только рассмотрением управления беспилотным летательным аппаратом в горизонтальной плоскости. It is also known that to control the UAV in height, an altimeter is often used, the readings of which in the vertical plane can be more accurate than that of the gyro-integrator, but this does not matter for the essence of the invention. For this reason, the further description is limited only to the control of an unmanned aerial vehicle in the horizontal plane.
Для задания программы движения БПЛА в боковой плоскости часто используют установку нуля гироскопических приборов в азимутальной плоскости, совпадающую с направлением на цель - Ψ (плоскость стрельбы). В этом случае автопилот отрабатывает возмущения, сводя рассогласование ΔZ (отклонение от плоскости стрельбы) к нулю. Путь, проходимый БПЛА по оси X, в этом случае соответствует текущей дистанции Dt от места старта до БПЛА. Конечная точка полета задается дистанцией Dк. To set the UAV movement program in the lateral plane, they often use the zero setting of gyroscopic instruments in the azimuthal plane, which coincides with the direction to the target - Ψ (firing plane). In this case, the autopilot fulfills the disturbances, reducing the mismatch ΔZ (deviation from the firing plane) to zero. The path traveled by the UAV along the X axis, in this case, corresponds to the current distance Dt from the launch site to the UAV. The end point of the flight is given by the distance Dк.
Дальномер 8 в рассматриваемой системе представляет собой счетчик синхроимпульсов, поступающих со второго выхода синхронизатора 4. Обнуление и запуск счетчика происходит по сигналу со второго выхода передатчика 2, поступающему на первый вход дальномера 8. Выход счетчика является выходом дальномера 8. Выходной сигнал дальномера в последовательном или параллельном коде несет информацию о времени τЗ, которое прошло после окончания импульса излучения. Измеряемая дискретность или цена младшего разряда счетчика составляют, например, 0,1 мкс, что соответствует дистанции 15 м. Число разрядов счетчика соответствует максимальной дистанции возможного наблюдения объекта-цели или периоду повторения зондирующих импульсов передатчика 2. В аналоговом исполнении дальномер 8 выполняется на интегрирующем операционном усилителе, формирующем пилообразное напряжение с периодом следования зондирующих импульсов. В этом случае величина выходного сигнала дальномера 8 пропорциональна времени, истекшему с момента окончания зондирующего импульса.The range finder 8 in this system is a counter of clock pulses coming from the second output of the
Пульт 9 предстартовой подготовки и ввода полетного задания предназначен для проверки исправности всех бортовых систем БПЛА и ввода в БЭВМ 6 полетного задания. Перед запуском БПЛА все бортовые приборы получают электропитание от внешнего источника и по результатам тестовой проверки выдают обратные сигналы готовности (или неисправности), по которым оператор принимает решение о возможности запуска БПЛА. После проверки исправности всех бортовых систем и агрегатов в память бортовой ЭВМ 6 транслируется полетное задание в виде программы траектории полета. При этом в табличной, аналитической или смешанной форме вводится планируемый маршрут, задаваемый в виде зависимостей координат Y(X) и Z(X), где Х - продольная координата в плоскости стрельбы, Y - высота полета и Z - боковое отклонение от плоскости стрельбы. При помощи пульта 9 выставляется начальное положение гироприборов автопилота, соответствующее выбранной плоскости стрельбы. Кроме этого, при помощи пульта 9 вводятся в бортовую ЭВМ основные параметры логико- временной диаграммы и режимов работы бортовой аппаратуры. The
Аппаратура предстартовой проверки и ориентации гироскопических приборов известна, например, из [14-17]. Собственно пульт представляет собой терминал оператора, который содержит клавиатуру, монитор и центральный прибор управления и связи, включающий ЭВМ, ДЗУ. ОЗУ и адаптеры, организованные в сеть посредством интерфейсных магистралей. Примером одной из возможный реализации пульта 9 может служить схема пульта оператора корабельной боевой информационно-управляющей системы [18]. The equipment for prelaunch testing and orientation of gyroscopic devices is known, for example, from [14-17]. Actually, the remote control is an operator terminal, which contains a keyboard, a monitor and a central control and communication device, including computers, DZU. RAM and adapters organized in a network through interface lines. An example of one of the possible implementations of the
Фильтр 10 сжатия сигналов, структурная схема которого приведена на фиг. 3, содержит запоминающий регистр 41 и сдвиговый регистр 42, выходы которых поразрядно подключены ко входам многоразрядного элемента 43 исключения ИЛИ, выход которого образует выход фильтра 10 сжатия сигналов. Входы регистров 41 и 42 образуют первый и второй входы фильтра 10. A
Эпюры, поясняющие работу фильтра сжатия, приведены на фиг.4, где обозначено: u1 - кодовая последовательность изменения фазы несущей частоты излучаемого сигнала на первом входе фильтра 10, u2 - последовательность отраженных сигналов с видеовыхода приемника на втором входе фильтра 10, u3 - выходной сигнал фильтра 10.The diagrams explaining the operation of the compression filter are shown in Fig. 4, where it is indicated: u 1 is the code sequence of the phase change of the carrier frequency of the emitted signal at the first input of the
Пороговое устройство 11 выполнено, например, в виде компаратора - усилителя постоянного тока с дифференциальным входом без внешней обратной связи. На его второй вход подается уровневый сигнал с выхода блока 17 формирования порога, который определяет уровень порога срабатывания компаратора, а на первый вход - сигнал u3 с выхода фильтра сжатия. Если величина сигнала u3 на выходе фильтра сжатия больше порогового значения Uпop, то на выходе порогового устройства 11 появится нормированный сигнал постоянной амплитуды длительностью Δτ.
Устройство 12 фиксации координат представляет собой схему совпадения сигнала задержки времени τЗ, поступающего с выхода дальномера, и сигналов углового положения антенны ψa, поступающих с датчиков угла поворота антенны 1, с управляющим сигналом - импульсом с выхода порогового устройства 11. При наличии управляющего импульса происходит запись величин на соответствующие выходные регистры дистанции до объекта-цели Dц = c•τЗ/2 (с - скорость распространения электромагнитного излучения) и угла ψa (аналогично, при необходимости угла υa). При аналоговом исполнении системы схема совпадения может быть выполнена на пик-детекторах, а в дискретно-цифровом варианте - в виде триггерных регистров.The
The coordinate fixing device 12 is a coincidence diagram of the time delay signal τ З coming from the output of the range finder and the signals of the angular position of the antenna ψ a coming from the sensors of the angle of rotation of the
Число пик-детекторов или выходных регистров в устройстве 12 фиксации координат определяется максимально возможным (допустимым для данного БПЛА) числом одновременно наблюдаемых объектов-целей, среди которых по определенным признакам (например, по их взаимному расположению) определяется объект назначения, на который наводится БПЛА. Для БПЛА, приводимых к радиоконтрастным точкам или объектам, максимальное число возможных наблюдаемых объектов равно, например, 20. Этим ограничено число выходных регистров дистанции D и угла ψa наблюдения (визирования) объекта.The number of peak detectors or output registers in the coordinate fixing device 12 is determined by the maximum possible (acceptable for a given UAV) number of simultaneously observed target objects, among which, according to certain signs (for example, by their relative position), the target to which the UAV is aimed is determined. For UAVs reducible to radio contrast points or objects, the maximum number of possible observed objects is, for example, 20. This limits the number of output registers of the distance D and the angle ψ a of the observation (sighting) of the object.
Переключатели 13, 14 и 15 представляют собой обычные двухпозиционные реле (контактные электромеханические или бесконтактные электронные). Управляющие входы переключателей 13 и 14 подключены ко второму выходу БЭВМ 6, а управляющий вход переключателя 15 - к ее шестому выходу. С этих выходов выдаются команды на переключение в режим приведения БПЛА к неконтрастному объекту после радиолокационного обзора.
Нормально-замкнутые контакты переключателя 13 коммутируют сигнал кодовой последовательности изменения фазы зондирующего сигнала с передатчика 2 на вход запоминающего регистра 41 (первый вход фильтра 10 сжатия сигналов), а нормально-разомкнутые контакты этого ключа коммутируют на его вход последовательность бинарного массива измерений с третьего выхода БЭВМ 6. The normally-closed contacts of the switch 13 switch the signal of the code sequence of the phase change of the probe signal from the
Нормально-замкнутые контакты ключа 14 коммутируют выход видеосигнала приемника 3 на вход сдвигового регистра 42 (второй вход фильтра 10 сжатия сигналов), а нормально-разомкнутые контакты этого ключа коммутируют на вход сдвигового регистра 42 кодовую последовательность эталонного бинарного массива с четвертого выхода БЭВМ 6. The normally-closed contacts of the key 14 switch the video signal output of the
Нормально-замкнутые контакты переключателя 15 коммутируют выходной сигнал фильтра 10 сжатия сигналов на вход порогового устройства 11, а нормально-разомкнутые - на вход устройства 16 фиксации максимума. Normally closed contacts of the
Блок 17 формирования порога выполнен по схеме, приведенной на фиг.5, где обозначены:
44 - двухпозиционное реле, 45 - масштабирующий усилитель, 46 - трехпозиционное поляризованное реле, R1,..., R8 - резисторы.
44 - two-position relay, 45 - scaling amplifier, 46 - three-position polarized relay, R 1 , ..., R 8 - resistors.
Двухпозиционное реле 44 предназначено для переключения на вход масштабирующего усилителя 45 сигнала среднего значения интенсивности шума аш со второго входа блока 17 формирования порога или (при наличии на управляющем входе сигнала признака режима) усредненного значения интенсивности сигнала ас с третьего входа блока 17.The on-
Трехпозиционное поляризованное реле 46 предназначено для переключения резисторов в цепи обратной связи усилителя 45. Three-position
Коэффициент передачи среднего значения шума аш со второго входа блока 17 на его выход определяется отношением (R5+R6)/(R1+R3), а среднего значения сигнала аc с третьего входа блока 17 на его выход при отсутствии управляющего сигнала на четвертом входе, соответственно, отношением (R5+R6)/(R2+R3). При наличии положительного управляющего сигнала на поляризованном реле 46 коэффициент передачи блока 17 формирования порога возрастает и соответствует отношению (R5+R6+R7)/(R1+R3), а при отрицательном управляющем сигнале на коэффициент передачи уменьшается и равен отношению R7/(R1+R3). Резистор R8 необходим для предотвращения перегрузки усилителя 45 в моменты размыкания контактов реле 46.The transmission coefficient of the average noise value a w from the second input of
Величина сигнала на выходе блока 17 формирования порога определяет величину порога Uпop порогового устройства 11.The magnitude of the signal at the output of the
Устройство 16 фиксации максимума может быть реализовано в аналоговом или цифровом виде. The
Пример его реализации в аналоговом виде приведен на фиг.6, где обозначены: 47 - операционный усилитель, 48 - дифференциальный усилитель, R9,..., R14 - резисторы, Д1- диод, C1, C2 - конденсаторы. Устройство 16 фиксации максимума содержит последовательно соединенные пик-детектор (Д1), интегрирующую цепочку R9C1, согласующий операционный усилитель 47, коэффициент усиления которого определяется отношением R11/R10, дифференцирующую цепочку C2R12, резистор R13 и согласующий дифференциальный усилитель 50. Порог срабатывания усилителя 50 определяется величиной напряжения смещения, в качестве которого может использоваться напряжение питания усилителя, и отношением R14/R15. Входом устройства 16 фиксации максимума служит вход детектора Д1, а выходом - выход дифференциального усилителя 50.An example of its implementation in analog form is shown in Fig.6, where are indicated: 47 - operational amplifier, 48 - differential amplifier, R 9 , ..., R 14 - resistors, D 1 - diode, C 1 , C 2 - capacitors. The
В зависимости от типа объекта назначения (радиоконтрастный или нерадиоконтрастный) система управления беспилотным летательным аппаратом работает в одном из двух режимов наведения, которые задаются в виде признака режима и вводятся в полетное задание перед стартом БПЛА с пульта 9 предстартовой подготовки и ввода полетного задания. Depending on the type of destination (radio-contrast or non-radio-contrast), the control system of an unmanned aerial vehicle operates in one of two guidance modes, which are set in the form of a mode indication and are entered into the flight task before the UAV starts from the
В режиме приведения БПЛА к радиоконтрастному объекту (в полетном задании Реж=1) на втором и шестом выходах БЭВМ 6 отсутствуют управляющие сигналы, на пятом выходе отсутствует управляющий сигнал признака режима, на седьмом - сигнал задания масштаба, а на третий вход БЭВМ 6 не поступает сигнал с устройства 16. Приведение БПЛА к объекту назначения производится при помощи радиолокационного координатора, который в этом режиме работает следующим образом. In the mode of bringing the UAV to a radio-contrast object (in flight task Direction = 1), there are no control signals at the second and sixth outputs of the
Антенна 1 сканирует пространство перед БПЛА. Передатчик 2 с заданной синхронизатором 2 частотой излучает фазоманипулированные зондирующие импульсы. Код последовательности изменения фазы несущей частоты u1 через нормально-замкнутые контакты переключателя 13 поступает в запоминающий регистр 41 фильтра 10 сжатия сигналов и запоминается в нем. На второй вход фильтра 10 поступает видео- сигнал сигнал с первого выхода приемника 3, представляющий собой последовательность сигналов u2, обновляемую путем сдвига через каждый дискрет времени Δτ. При длительности одного дискрета зондирующего импульса Δτ= 1 мкс частота обновления составляет 1 МГц, а при длительности 0,1 мкс, соответственно, 10 МГц. При длительности зондирующего сигнала Т=40 мкс и Δτ= 0,1 мкс число ячеек регистров 41 и 42 составляют 400.
Сигналы регистров 41 и 42 сравниваются параллельно для каждой пары ячеек, и сумма совпадений определяет величину сигнала u3 на выходе фильтра 10 сжатия. Максимальным значение выходного сигнала u3 будет в момент времени, когда модуляция (манипуляция) приемного сигнала совпадает (точнее, будет иметь максимальное соответствие) с зондирующим сигналом. Далее выходной сигнал с фильтра 10 сжатия сигналов через нормально-замкнутые контакты переключателя 15 поступает на сигнальный вход порогового устройства 11, в котором сравнивается уровневым значением Uпop, задаваемым блоком 17 формирования порога. Если величина сигнала u3 на выходе фильтра сжатия больше порогового значения Uпop, то на выходе порогового устройства 11 появится нормированный сигнал постоянной амплитуды длительностью Δτ.
Величина порога Uпop обнаружения сигнала, выше которой сигнал считается обнаруженным, определяется заданным уровнем ложной тревоги, путем оценки аш - среднего уровня интенсивности принимаемого шума. Схема ШАРУ приемника 3 регулирует усиление приемника таким образом, чтобы среднее значение шума было заданной величины, т.е. поддерживает постоянным величину аш. Отношение Uпop/аш определяется заранее на основе анализа закона распределения амплитуды шумовых выбросов и составляет величину порядка 8-10, так как вероятность ложной тревоги задается малой величиной 10-5-10-6 [7, стр. 18-20]. Таким образом, величина уровня срабатывания порогового устройства в режиме обнаружения отраженных сигналов связана с сигналом ШАРУ масштабным коэффициентом. Например, если сигнал ШАРУ, равный среднему значению шума приемника, составляет 0,1 В, то величина порога обнаружения составит 1 В. Эта величина порога транслируется на уровневый вход порогового устройства 11 через нормально-замкнутые контакты двухпозиционного реле 44 и масштабирующий усилитель 45 блока 17 формирования порога.The signals of the
The value of the threshold U for detection of a signal, above which the signal is considered detected, is determined by a given level of false alarm, by estimating a w - the average level of intensity of received noise. The BALL scheme of the
Устройство 12 фиксации координат осуществляет запись величин дистанции и углового положения сигналов от объекта или элементов объекта, превысивших пороговый уровень, и передает эти величины на четвертый и пятый входы БЭВМ 6. В БЭВМ 6 анализируются взаимное положение отраженных сигналов по дистанции и углу, после чего определяются координаты искомого объекта, например, по центру тяжести наблюдаемого двумерного массива, как это показано на фиг. 7, где обозначены:
ψ- угол сканирования антенны в горизонтальной плоскости;
ψc- центр зоны сканирования, совпадающий с продольной плоскостью БПЛА;
ψц- направление на объект - цель;
D - дистанция; Dц - дистанция до объекта - цели.The coordinate fixing device 12 records the distance values and the angular position of signals from the object or object elements that have exceeded the threshold level, and transfers these values to the fourth and fifth inputs of the
ψ is the scanning angle of the antenna in the horizontal plane;
ψ c is the center of the scanning zone, which coincides with the longitudinal plane of the UAV;
ψ c - direction to the object - the goal;
D is the distance; D c - the distance to the object - goal.
Серым цветом на фиг.7 обозначена область параметров D и ψ, где осуществляется поиск, обнаружение и сопровождение объектов-целей. The gray color in Fig. 7 denotes the domain of parameters D and ψ, where the search, detection and tracking of target objects is carried out.
За координаты цели Dц, ψц принимается "блестящая" точка (элемент разрешения с откликом сигнала, ближайший по координате к "центру тяжести" наблюдаемых сигналов в плоскости D, ψ).The “brilliant” point (the resolution element with the signal response closest in coordinate to the "center of gravity" of the observed signals in the plane D, ψ) is taken as the target coordinate D c , ψ c .
где n - номер обнаруженного сигнала (объекта или его элемента);
N - число обнаруженных сигналов на одном обзоре.
where n is the number of the detected signal (object or its element);
N is the number of detected signals in one review.
Координаты объекта-цели Хц, Zц в стартовой системе координат определяются соотношениями:
Xц = Xt+Dц•cos(ψц);
Zц = Zt+Dц•sin(ψц).
Если известно, что заданный для БПЛА объект неподвижен, то измеренные координаты Хц, Zц сравниваются с координатами полетного задания и при их отличии в БЭВМ 6 заменяются текущие программные координаты Х и Z на соответствующие им измеренные значения:
Xt = Dц•cos(ψц);
Zt = Dц•sin(ψц).
Сеансы обзора и измерения координат заданного объекта могут повторяться вплоть до малой дистанции, где наступает ослепление радиолокационного координатора.Coordinates of a target object X c, Z c ratios are defined in the starting coordinate system:
X c = X t + D c • cos (ψ c );
Z c = Z t + D c • sin (ψ c ).
If it is known that the object specified for the UAV is stationary, then the measured coordinates X c , Z c are compared with the coordinates of the flight task and, if they differ, the current program coordinates X and Z are replaced with the corresponding measured values:
X t = D c • cos (ψ c );
Z t = D c • sin (ψ c ).
Sessions of the review and measurement of the coordinates of a given object can be repeated up to a small distance, where the radar coordinator is blinded.
Если заданный для приведения БПЛА объект подвижен (например, терпящее бедствие дрейфующее судно), то используются для управления летательным аппаратом законы самонаведения, приведенные, например, в [2]. If the object specified for UAV reduction is moving (for example, a drifting ship in distress), then the homing laws used, for example, in [2], are used to control the aircraft.
В режиме приведения БПЛА в назначенную точку поверхности Земли его полет осуществляется по программе автопилота и, соответственно, с его ошибками, которые имеют две основные составляющие: собственные ошибки автопилота за счет естественного "ухода" гироскопов и ошибка привязки местоположения заданного объекта и места старта БПЛА, которые составляют сотни метров при дистанции полета в несколько десятков километров. In the UAV reduction mode to a designated point on the Earth’s surface, its flight is carried out according to the autopilot program and, accordingly, with its errors, which have two main components: autopilot’s own errors due to the natural “departure” of gyroscopes and the error of linking the location of a given object and the UAV launch location, which are hundreds of meters with a flight distance of several tens of kilometers.
Предлагаемая система управления позволяет компенсировать все указанные составляющие ошибок приведения БПЛА. Это достигается следующим образом. Берется участок топографической карты места, где расположен заданный объект и ориентируется относительно направления полета БПЛА (например, ось Х снизу вверх, а ось Z слева направо). Размер этого участка определяется соотношениями:
ΔXэ = ΔXап+ΔXзи+ΔD;
ΔZэ = ΔZап+ΔZэи+(Dк-D1)•θ,
где ΔХэ, ΔZэ - размеры участка карты по продольной Х и поперечной Z осям;
ΔХап, ΔZaп - максимальные погрешности приведения БПЛА в заданную точку без участия координатора;
ΔХзи, ΔZэи - размеры зоны предполагаемых измерений интенсивности радиолокационных отражений;
ΔD - размер элемента разрешения бортового локатора по дистанции;
D1 - предполагаемая дистанция включения локатора;
Dк - предполагаемая дистанция от точки старта до конечной точки приведения БПЛА;
θ- угловой размер диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости.The proposed control system allows you to compensate for all these components of the UAV reduction errors. This is achieved as follows. A section of the topographic map of the place where the given object is located is taken and oriented relative to the direction of the UAV flight (for example, the X axis is from bottom to top, and the Z axis is from left to right). The size of this plot is determined by the ratios:
E ΔX = ΔX + ΔX up communications + ΔD;
E ΔZ = ΔZ + ΔZ an ee + (dc-D 1) • θ,
where ΔX e , ΔZ e are the dimensions of the map section along the longitudinal X and transverse Z axes;
ΔX ap , ΔZ ap - maximum errors of UAV reduction to a given point without the participation of a coordinator;
ΔX zi , ΔZ ei - zone sizes of the proposed measurements of the intensity of radar reflections;
ΔD is the size of the resolution element of the airborne locator by distance;
D 1 - the estimated distance to turn on the locator;
Dк - the estimated distance from the start point to the final point of UAV reduction;
θ is the angular size of the antenna pattern in the horizontal plane.
Этот участок топографической карты преобразуется в пульте 9 подготовки и управления в радиолокационную карту для параметров бортового локатора (θ,ΔD, Dк - D1 и Н - высоты полета).This section of the topographic map is converted in the
На топографической карте выделяются зоны, участки или отдельные объекты с известными геометрическими характеристиками (рельеф, геометрические размеры характерных элементов, например, зданий, "скачки" по дистанции, вызванные рельефом и затенением более дальних участков ближними объектами) и отражательной способностью, сказывающейся на интенсивности отраженного сигнала. Zones, sections, or individual objects with known geometric characteristics (relief, geometric dimensions of characteristic elements, for example, buildings, “jumps” in distance caused by the relief and shading of more distant sections by nearby objects) and reflectivity affecting the intensity of the reflected signal.
Геометрические характеристики местности являются наиболее простыми, хорошо изученными и достаточно широко используемыми, особенно в районах с сильно изрезанным рельефом [3, 4]. The geometrical characteristics of the terrain are the simplest, well-studied and widely used, especially in areas with a very rugged topography [3, 4].
Топографическая карта в районе, где возможно нахождение искомого объекта, разбивается равномерной сеткой на элементы с линейными размерами, равными или меньшими, чем линейная разрешающая способность 
Если элемент карты имеет однородную поверхность, ее коэффициент отражения определяется соответствующим значением из таблицы [19, стр. 28] или графиков [19, стр. 72] . При неоднородной поверхности в одном элементе ее отражательная способность Sотр находится как суммарное по площади S значение.If the card element has a uniform surface, its reflection coefficient is determined by the corresponding value from the table [19, p. 28] or graphs [19, p. 72]. With an inhomogeneous surface in one element, its reflectance S sp is found as the total value over the area S.
где n - число поверхностей с площадью Si, с постоянным коэффициентом отражения ki.
where n is the number of surfaces with an area S i with a constant reflection coefficient k i .
Отсутствие сведений о коэффициенте отражения существенных зон или объектов в элементе разрешения приводит к необходимости исключения их активного участия в процессе идентификации и присвоения им индекса "отсутствие эталона". The lack of information about the reflection coefficient of significant zones or objects in the permission element necessitates the exclusion of their active participation in the identification process and the assignment of the “lack of standard” index to them.
Методика преобразования топографической карты в карту интенсивности отражений приведена в [20, стр. 5-11, 15]. The methodology for converting a topographic map into a reflection intensity map is given in [20, pp. 5-11, 15].
Реальная интенсивность отражений изменяется в широких пределах (в диапазоне 80-100 дБ), поэтому радиолокационная карта обычно реализуется двумерным массивом ΔХэ•ΔZэ восьмиразрядных чисел bi,j. В предлагаемой системе радиолокационная карта преобразовывается в бинарный массив b(m,n) той же размерности путем пороговой обработки каждого элемента. Если bi,j>Uпop, то на выходе устройства бинарной обработки bi,j=1, в противном случае bi,j принимаются равными нулю.The real intensity of the reflections varies widely (in the range of 80-100 dB), therefore the radar map is usually implemented by a two-dimensional array ΔX e • ΔZ e of eight-bit numbers bi, j. In the proposed system, the radar map is converted into a binary array b (m, n) of the same dimension by threshold processing of each element. If bi, j> U pop , then at the output of the binary processing device b i, j = 1, otherwise b i, j are taken equal to zero.
Естественно, что массив бинарной карты будет существенно изменяться при изменении величины порога Uпop. Пороговое значение интенсивности отражений выбирается таким, чтобы обеспечить после пороговой обработки бинарную карту с отношением чисел нулей и единиц, близким к единице. Как показывают результаты моделирования, такая карта дает наибольший запас достоверности правильной привязки измеренного массива к эталонной радиолокационной и, соответственно, к топографической карте местности. Значение этого порога определяется при помощи итеративной процедуры подсчета числа единиц в бинарном массиве, сравнения его с половиной суммарного числа элементов в эталонной радиолокационной карте и последовательного изменения значения Uпop в сторону увеличения, если число единиц превышает половину массива, и в сторону уменьшения, если число единиц меньше половины массива.Naturally, the binary map array will change significantly with a change in the threshold value Uop . The threshold value of the reflection intensity is chosen so as to provide after the threshold processing a binary map with a ratio of the numbers of zeros and ones close to unity. As the simulation results show, such a map gives the largest margin of reliability of the correct binding of the measured array to the reference radar and, accordingly, to the topographic map of the area. The value of this threshold is determined using an iterative procedure for counting the number of units in a binary array, comparing it with half the total number of elements in the reference radar map and sequentially changing the Uop value upward if the number of units exceeds half the array, and downward if units less than half the array.
Ввиду того, что величина оптимального порога Uпop формирования бинарной карты во многих случаях не совпадает со средним значением интенсивности радиолокационной карты, производится дополнительное определение отношения kп величины порога Unop к среднему значению интенсивности отражений по радиолокационной карте bс, т.е.Due to the fact that the value of the optimal threshold U for the formation of the binary map in many cases does not coincide with the average value of the intensity of the radar map, an additional determination is made of the ratio of k p of the value of the threshold Unop to the average value of the reflection intensity from the radar map b s , i.e.
kп=Uпop/bс.k p = U p / b s .
Итак, кроме указанных ранее параметров траектории полета, в бортовую ЦВМ 6 с пульта управления 9 передаются вместе с массивом b(m,n) (например, размерностью 50x50) бинарных значений эталонной радиолокационной карты значение коэффициента kn, признак режима работы (приведение БПЛА к нерадиоконтрастному объекту) и значение дистанции Dк-D1, для которой определена эталонная бинарная карта. So, in addition to the flight path parameters indicated above, the onboard
В режиме приведения БПЛА к нерадиоконтрастному объекту (Реж=2) система управления БПЛА функционирует следующим образом. In the mode of bringing the UAV to a non-radiocontrast object (Dir = 2), the UAV control system operates as follows.
После старта БПЛА на дистанции Dк-D2 до предполагаемого места нахождения заданного объекта-цели включается радиолокационный координатор в режиме обзора в секторе ΔΨ горизонтальной плоскости
ΔΨ = (Dк-D2)/ΔZэ,
а по дистанции D - в диапазоне (Dк-D2)±ΔХэ/2
и по сигналу АРУ приемника определяется ас - средний уровень интенсивности отраженных сигналов.After the UAV starts at a distance Dк-D2 to the intended location of the target object, the radar coordinator is switched on in the viewing mode in the sector ΔΨ of the horizontal plane
ΔΨ = (Dк-D2) / ΔZэ,
and along the distance D - in the range (Dк-D2) ± ΔХ e / 2
and the receiver's AGC signal determines ac - the average level of intensity of the reflected signals.
По сигналу признака режима на управляющем входе двухпозиционного реле 44 блока 17 формирования порога размыкаются его нормально-замкнутые контакты, коммутирующие на вход усилителя 45 первую сигнальную цепь (сигнала аш) и замыкается вторая сигнальная цепь по сигналу ас. По величине усредненного уровня интенсивности принимаемых сигналов ас определяется величина Uпop2 уровня срабатывания порогового устройства 11, которая зависит также и от значения величины управляющего сигнала на входе задания масштаба трехпозиционного поляризованного реле 46, поступающего с седьмого выхода БЭВМ 6:
Uпор2 = ac • kп.According to the signal of the mode sign, at the control input of the on-
Дистанция D2 выбирается меньшей, чем D1, на величину перемещения БПЛА за время одного - двух циклов обзора, необходимое для установления сигнала на выходе АРУ, т.е. на величину 3•T•V, где T - постоянная времени АРУ (0,5 - 1 с), а V - скорость продольного перемещения БПЛА. The distance D2 is selected less than D1 by the amount of UAV movement during one or two review cycles necessary to establish a signal at the AGC output, i.e. by 3 • T • V, where T is the AGC time constant (0.5 - 1 s), and V is the speed of the UAV longitudinal movement.
На дистанции Dк - D1 до предлагаемого места заданного объекта в пороговом устройстве 11 устанавливается порог Uпор2, и на очередном цикле обзора формируется бинарный массив измерений отраженных от поверхности сигналов Uи (Ψ,D), размерность которого соответствует размерности зондирующего сигнала и числу ячеек регистров фильтра 10 сжатия. При этом число ячеек фильтра сжатия может в два раза превышать число квантов в зондирующем фазоманипулированном сигнале для компенсации квадратурной составляющей сигнала. В рассматриваемом примере это - число 400, т.е. для двадцати значений Ψ углового положения антенны с дискретностью
ΔΨ= ΔD/(Dк-D1),
где ΔD - разрешающая способность радиолокационного координатора по дистанции, ΔΨ - угловое перемещение антенны по азимуту за один период следования зондирующих импульсов и измерения двадцати значений интенсивности сигнала по дистанции с дискретностью ΔD.At a distance Dк - D1 to the proposed location of a given object in the
ΔΨ = ΔD / (Dк-D1),
where ΔD is the resolving power of the radar coordinator over distance, Δ антенны is the angular displacement of the antenna in azimuth for one period of probing pulses and measuring twenty values of signal intensity over distance with discreteness ΔD.
Устройство 12 фиксации координат формирует для БЭВМ 6 массив А (i, j) измерений, присваивая каждому элементу соответствующее значение угла Ψi поворота антенны и дистанции D j, аналогично тому, как это делается в первом режиме работы по контрастному объекту.The coordinate fixing device 12 forms for the
В БЭВМ 6 координаты Ψi и D j массива А(i, j) преобразуются в номера линейных координат по осям X и Z. i-м номерам Ψ присваивается i-й номер по оси Z, а j-м номерам D присваивается j-й номер по оси X. В рассматриваемом примере это номера с первого по 20. При этом указанная операция не требует практичности никаких дополнительных программных или аппаратных затрат в БЭВМ 6. Ограничением является только соотношение (Dк-D1)/(20•ΔD), которое должно быть более 10, тогда указанные замены координат допустимы.In the
После получения бинарного массива измерений А(i, j) БЭВМ 6 выдает со своего второго выхода команду на управляющие входы переключателей 13 и 14, изменяя тем самым положение коммутируемых ими контактов и соединяя регистры 41, 42 фильтра 10 сжатия сигналов с третьим и четвертым выходами БЭВМ 6. Сразу после этого (с задержкой, достаточной для срабатывания переключателей 13, 14) с третьего выхода БЭВМ 6 на запоминающий регистр 41 фильтра сжатия (вместо кода модуляции зондирующего сигнала) поступает через переключатель 13 последовательность бинарного массива измерений A(i,j), а на сдвиговый регистр 42 (вместо видеосигнала с выхода приемника) поступает с четвертого выхода БЭВМ 6 последовательность эталонного массива B(i,j) той же размерности, сформированного из эталонного массива b(m,n) путем последовательного перебора и вырезания матрицы размера массива измерений (20x20) из матрицы эталонного массива (в нашем примере ее размер 50x50). After receiving the binary array of measurements A (i, j), the
Алгоритм формирования массива B(i,j) представлен в конце описания. The algorithm for forming the array B (i, j) is presented at the end of the description.
Таким образом, на сдвиговом регистре 42 фильтра сжатия последовательно появляются упорядоченные (аналогично измеренному массиву) бинарные последовательности фрагментов эталонной карты, которые сравниваются с измеренным массивом, находящимся на запоминающем регистре 41. Результаты суммирования совпадений значений сигналов на регистрах 41 и 42 с выхода фильтра 10 сжатия через нормально разомкнутые управляющим сигналом с шестого выхода БЭВМ 6 контакты переключателя 15 подаются на устройство 16 фиксации максимума сигнала. Thus, on the
Число циклов обновления массива B(i,j) равно произведению (M-I)-(N-J). The number of update cycles of the array B (i, j) is equal to the product (M-I) - (N-J).
Устройство 16 фиксации максимума фиксирует величину выходного сигнала U3 фильтра 10 сжатия сигналов на каждом шаге, запоминая его величину, если она превысила запомненную ранее величину этого сигнала, т.е. реализует алгоритм:
если текущее значение U3>U запомненного, то U запомненное = U3, одновременно посылая зафиксированный сигнал Uф на третий вход БЭВМ 6, где запоминается номер такта, на котором это произошло относительно начала прогона эталонного массива, и присваивается ему номер nф. Таким образом, устройство 16 фиксации максимума запоминает одно максимальное значение сигнала на выходе фильтра 10 из всей выборки (M-I)((N-J), а БЭВМ 6 фиксирует номер последнего такта nф, на котором был зафиксирован этот максимум.The
if the current value U 3 > U is stored, then U is stored = U 3 , at the same time sending a fixed signal Uf to the third input of the
После окончания "прогонки" эталонного массива через фильтр 10 сжатия в БЭВМ 6 число nф однозначно определяет расположение измеренного массива на эталонной карте.After the "sweep" of the reference array through the
Смещение ближнего левого элемента участка поверхности, где измеряется отраженный сигнал, относительно левой нижней точки эталонной карты в элементах разрешения iсм и jсм определяются следующими соотношениями:
iсм=F(nф/(М-I));
jсм=Е(nф/(M-I)), (2)
где F () - функция целого числа аргумента, Е () - функция целого числа аргумента.The offset of the near left element of the surface area where the reflected signal is measured relative to the lower left point of the reference map in the resolution elements i cm and j cm are determined by the following relationships:
i cm = F (n f / (M-I));
j cm = E (n f / (MI)), (2)
where F () is the integer function of the argument, E () is the integer function of the argument.
Ошибка Хош приведения БПЛА в заданную точку на дистанции измерения D1 в продольной плоскости составляет величину
Хош=(icм+(M-I)/2)•Δx, (3)
а в поперечной плоскости
Zош=(jсм+(N-J)/2)•Δz, (4)
где Δx, Δz - величина элемента разрешения в продольной и боковой плоскости, м.The Hosh error of bringing the UAV to a given point at the measurement distance D1 in the longitudinal plane is
X Osh = (i cm + (MI) / 2) • Δx, (3)
and in the transverse plane
Z OSH = (j cm + (NJ) / 2) • Δz, (4)
where Δx, Δz is the value of the resolution element in the longitudinal and lateral plane, m.
В приведенных далее примерах моделирования для численных оценок точности и достоверности определения координат летательного аппарата относительно наблюдаемого участка местности принималось разрешение в продольной и боковой плоскости одинаковым и равным разрешению по дистанции, Δх=Δz=ΔD. In the following modeling examples, for numerical estimates of the accuracy and reliability of determining the coordinates of the aircraft relative to the observed area, the resolution in the longitudinal and lateral planes was taken to be the same and equal to the distance resolution, Δx = Δz = ΔD.
С учетом найденных ошибок корректируются программные значения заданной траектории полета БПЛА, аналогично тому, как это делается в предыдущем режиме наведения на контрастную цель, т.е. текущие программные значения Х и Z суммируются с Хош и Zош с соответствующим знаком. Based on the errors found, the programmed values of the given UAV flight path are corrected, similar to how it was done in the previous aiming mode at the contrasting target, i.e. the current program values X and Z are summed with Hosh and Zosh with the corresponding sign.
Например, скорректированное направление Ψск на заданную точку приведения БПЛА определятся следующим соотношением:
а дистанция Dск до скорректированной конечной точки приведения БПЛА для сброса полезного груза:
Dск=Dк-ХОШ. (6)
Такая коррекция программы автопилота позволяет скомпенсировать уходы гироскопов и неточности привязки места старта БПЛА к заданному объекту.For example, the corrected direction Ψ ck for a given point of UAV reduction is determined by the following relation:
and the distance Dsk to the adjusted end point of UAV reduction for dumping the payload:
Dsk = dc X-OR. (6)
Such correction of the autopilot program allows you to compensate for the departures of gyroscopes and the inaccuracies in linking the start location of the UAV to a given object.
Для дополнительного пояснения функционирования системы управления БПЛА на фиг.8 приведена логико-временная последовательность этапов в режиме приведения к БПЛА к нерадиоконтрастному объекту. Этапы обозначены на фиг.8 позициями I,II,...,Х. To further explain the operation of the UAV control system, Fig. 8 shows the logical-temporal sequence of steps in the mode of reduction to an UAV to a non-radio-contrast object. The stages are indicated in Fig.8 positions I, II, ..., X.
I - вызов топографической карты местности из памяти ЭВМ (или ввод ее через устройство ввода графической информации, например, при помощи сканера) и преобразование ее в карту интенсивности радиолокационных отражений по методике, описанной выше. Этот этап работы может быть проведен заранее в лабораторных условиях или в обслуживающей организации более высокого уровня. I - calling a topographic map of the area from the computer's memory (or entering it through a graphic information input device, for example, using a scanner) and converting it into a map of the intensity of radar reflections according to the method described above. This stage of work can be carried out in advance in the laboratory or in a service organization of a higher level.
II - определение положения и размеров участка ΔХэ, ΔZэ возможного обзора радиолокационным координатором из условий ухода гироскопических приборов и неточности "привязки" места старта БПЛА и конечной точки приведения.II - determination of the position and size of the section ΔX e , ΔZ e of a possible review by the radar coordinator from the conditions for the departure of gyroscopic devices and the inaccuracy of the "binding" of the start location of the UAV and the target point of reduction.
Ill - формирование бинарного массива эталонной карты b(m,n) размерностью 50x50 элементов (для примера, рассмотренного выше) и значения коэффициента kп. Ill - formation of a binary array of the reference map b (m, n) with a dimension of 50x50 elements (for the example discussed above) and the value of the coefficient kп.
IV - трансляция из пульта 9 в блок 27 памяти БЭВМ 6 через ее первый вход:
- признака режима работы по нерадиоконтрастным объектам;
- массива b(m,n);
- коэффициента kп;
- программы автопилота (в простейшем случае направление плоскости стрельбы, высота полета и дальность полета к точке на дистанции D1 до требуемой точки приведения БПЛА, на которой бортовой радиолокационный координатор измеряет массив Ai,j интенсивности радиолокационных отражений).IV - broadcast from the
- a sign of the operating mode for non-radiocontrast objects;
- array b (m, n);
- coefficient kп;
- autopilot programs (in the simplest case, the direction of the firing plane, the flight altitude and the flight range to a point at a distance D1 to the desired UAV reduction point, at which the airborne radar coordinator measures the array Ai, j of radar reflection intensities).
V - старт БПЛА и полет его до дистанции D2 до предполагаемого конечного места приведения. Здесь через первый выход БЭВМ 6 в автопилот 7 сообщаются программные траекторные параметры в координатах, привязанных к месту старта Хп, Zп и Yп. В простейшем случае программная траектория полета задается постоянными значениями направления полета в горизонтальной плоскости и высотой полета над поверхностью земли (или высотой полета относительно места старта). Автопилот 7 при помощи своих датчиков определяет истинное значение направления полета и высоту (с присущей им погрешностью), сравнивает их величины с программными значениями и управляет рулевыми органами БПЛА таким образом, чтобы свести это рассогласование к нулю. Таким образом обеспечивается движение БПЛА по программной траектории. V - the start of the UAV and its flight to a distance of D2 to the intended final destination. Here, through the first output of the
Из автопилота 7 в БЭВМ 6 по второму входу поступают текущие координаты Xt и Zt перемещения БПЛА относительно точки старта. From
Если выбранная плоскость стрельбы совпадает с осью X, а отклонения от нее Zt невелики (в пределах расчетной погрешности), то дистанция Dt, пролетаемая БПЛА, принимается равной Xt. Скорость изменения Xt в этом случае соответствует скорости V продольного перемещения БПЛА. Скорость V может поступать в БЭВМ 6 из автопилота как самостоятельный параметр во второму входу, или дополнительно вычисляться в процессоре 26 как отношение приращения координаты Xt за известный интервал времени Δt. По вычисленному или измеренному значению скорости V полета БПЛА в процессоре 26 вычисляется величина дистанции D2=D1-3•V•T (где Т - постоянная времени АРУ приемника радиолокационного координатора) и сравнивается с текущей дистанцией Dt. If the selected firing plane coincides with the X axis, and the deviations from it Zt are small (within the calculated error), then the distance Dt flown by the UAV is taken to be Xt. The rate of change of Xt in this case corresponds to the speed V of the longitudinal movement of the UAV. The speed V can come to the
VI - при достижении Dt величины D2 включается радиолокационный координатор, путем подачи электропитания на его электронные блоки (система подачи электропитания на фиг.1 не указана). VI - when Dt reaches D2, the radar coordinator is turned on by supplying power to its electronic units (the power supply system is not indicated in FIG. 1).
За время полета от D2 до D1 координатор осматривает в горизонтальной плоскости сектор от нулевого положения антенны, совпадающего с плоскостью стрельбы, дo крайнего левого положения сектора измерений Ψл. При этом, например, Ψл = ΔΨ•m/2. За это время определяется средняя величина интенсивности отражений (сигнал ac на третьем выходе приемника 3).During the flight from D2 to D1, the coordinator inspects the sector in the horizontal plane from the zero position of the antenna, which coincides with the firing plane, to the leftmost position of the measurement sector Ψ l . Moreover, for example, Ψ l = ΔΨ • m / 2. During this time, the average value of the reflection intensity is determined (signal ac at the third output of receiver 3).
На дистанции D1 (выполняется условие Dt=Dl) на пятом выходе БЭВМ 6 появляется сигнал +U признака режима (постоянное напряжение, сигнализирующее о переключении режима обнаружения сигнала на режим формирования массива измерений), по которому переключаются порог обнаружения (с величины Uпop на величину Uпop2) в пороговом устройстве 11 при помощи блока 17 формирования порога.In the D1 distance (condition Dt = Dl) on the
Значение коэффициента kп транслируется через седьмой выход БЭВМ 6 в аналоговом виде на четвертый вход блока 17 формирования порога, где в зависимости от его знака уменьшается или увеличивается сопротивление в цепи обратной связи усилителя 45, определяющего в дальнейшем порог бинарной обработки измеренного массива. The value of the coefficient kп is transmitted through the seventh output of the
VII - на дистанции D1 проводятся измерение отраженного сигнала на видеовыходе приемника 3 в I квантах дистанции и в J угловых положений антенны (в рассмотренном примере I=J=20) и присваиваются им значения 0 или 1 (при превышении уровня сигнала величины Uпop2 в пороговом устройстве 11). При помощи устройства 12 происходит фиксация значений j-го угла поворота антенны и значений i-й задержки τЗ, соответствующей дальности Di элемента отражений ai, j. Значения Di и Ψi подаются на 4-й и 5-й входы БЭВМ 6 и накапливаются в ее блоке 27 памяти. После одного цикла сканирования в памяти ЭВМ оказывается сформированным бинарный двумерный массив Ai,j.VII - at distance D1, the reflected signal is measured at the video output of
VIII - после окончания формирования массива Ai,j, что определяется счетом числа зондирующих импульсов радиолокационного координатора, поступающих на 6-й вход БЭВМ 6, на втором выходе БЭВМ 6 появляется команда в виде постоянного потенциала, которая поступает на управляющие входы переключателей 13 и 14. По этой команде переключатель 13 подключает запоминающий регистр 41 фильтра 10 сжатия, соединенный ранее с передатчиком 2 радиолокационного координатора, к третьему выходу БЭВМ 6, а переключатель 14 подключает сдвиговый регистр 42 фильтра 10 сжатия, соединенный ранее с первым выходом приемника 3 радиолокационного координатора, с четвертым выходом БЭВМ 6. VIII - after the formation of the array Ai, j is completed, which is determined by counting the number of probe pulses of the radar coordinator arriving at the 6th input of the
Из двумерного массива Ai,j на четвертом выходе БЭВМ 6 формируется одномерная последовательность путем последовательного считывания из Ai,j массива i-х столбцов. Эта последовательность (I•J) с третьего выхода БЭВМ 6 подается через нормально-разомкнутые контакты переключателя 13 на запоминающий регистр 41 фильтра сжатия 10 и запоминается в нем. From the two-dimensional array Ai, j at the fourth output of the
Из эталонного массива b(m, n), находящегося в блоке 27 памяти БЭВМ 6, процессором 26 формируется выборка В (i,j) по алгоритму (1) и в виде одномерной последовательности (I•J) через четвертый выход БЭВМ 6 и переключатель 14 поступает на сдвиговый регистр 42 фильтра сжатия 10. В соответствии с алгоритмом (1), последовательность b(m,n) обновляется (M-I)•(N-J) раз. После формирования каждой новой последовательности b(m,n) на шестом выходе БЭВМ 6 формируется импульсный сигнал, поступающий на управляющий вход переключателя 15, через который транслируется выходной сигнал фильтра 10 сжатия на устройство 16 фиксации максимума этого сигнала за весь период обработки. From the reference array b (m, n) located in the
IX - Зафиксированный номер Uф сеанса сравнения, при котором сигнал на выходе фильтра сжатия наибольший, определяет необходимые поправки к программным значениям Хц и Zц (формулы (2)-(5)) для коррекции дальнейшего полета БПЛА. IX - The fixed number Uf of the comparison session, at which the signal at the output of the compression filter is the largest, determines the necessary amendments to the program values Хц and Zц (formulas (2) - (5)) to correct the further UAV flight.
X - При достижении скорректированного местонахождения заданной точки приведения БПЛА система управления выдает команду на исполнительные механизмы сброса полезного груза. X - Upon reaching the corrected location of a given UAV cast point, the control system issues a command to the actuators for dumping the payload.
На фиг.9 показана укрупненная схема алгоритма функционирования БЭВМ 6 и пульта 9 для приведения БПЛА в нерадиоконтрастную точку поверхности земли. Figure 9 shows an enlarged diagram of the algorithm of operation of the
Оценка качества приведения БПЛА в заданную точку может быть произведена по двум координатам раздельно в единицах элементов разрешения Δi и Δj или в метрах, соответственно, Δx•Δi и Δz•Δj. При этом по обеим координатам Х и Z принимается максимальное разрешение, т.е. Δх=Δz=ΔD. Суммарная ошибка Δ в единицах элементов разрешения:
или в метрах:
Так как ошибка определения местоположения БПЛА является случайной величиной, зависящей от большого числа зависимых и независимых друг от друга случайных факторов, то целесообразно оценивать среднюю и максимальную ошибку привязки. Возможна также вероятностная оценка нахождения ошибки в заданных пределах.Evaluation of the quality of UAV reduction to a given point can be performed on two coordinates separately in units of resolution elements Δi and Δj or in meters, respectively, Δx • Δi and Δz • Δj. In this case, the maximum resolution is accepted for both X and Z coordinates, i.e. Δx = Δz = ΔD. The total error Δ in units of resolution elements:
or in meters:
Since the error in determining the location of the UAV is a random variable that depends on a large number of dependent and independent from each other random factors, it is advisable to estimate the average and maximum error of the binding. A probabilistic assessment of finding the error within the given limits is also possible.
Указанные оценки, достаточные для характеристики обычных измеряемых параметров, не дают полного представления о качестве ориентации при наличии локальных экстремумов признака идентификации, соизмеримых с глобальным экстремумом. В этом случае необходимо ввести дополнительно показатель Сп - запас по точности или достоверности определения глобального экстремума признака идентификации в %, определяемый следующим соотношением:
Сп=100*(Пр1-Пр0)/Пр,
где Пр - среднее значение критерия на всем анализируемом участке эталонной карты;
Про - значение критерия в окрестности искомой точки, соответствующей глобальному экстремуму; Пp1 - значение признака идентификации в точке локального минимума, ближайшего по величине к значению Пр0.These estimates, sufficient to characterize the usual measured parameters, do not provide a complete picture of the quality of orientation in the presence of local extrema of the identification attribute commensurate with the global extremum. In this case, it is necessary to introduce an additional indicator Cn - the margin of accuracy or reliability of determining the global extremum of the identification sign in%, determined by the following ratio:
Cn = 100 * (Pr 1 -Pr 0 ) / Pr,
where Pr - the average value of the criterion for the entire analyzed area of the reference map;
Pr about - the value of the criterion in the vicinity of the desired point corresponding to the global extremum; Pp 1 - value of the identification sign at the point of local minimum closest in magnitude to the value of Pr 0 .
Если локальный экстремум в силу ошибок измерителя или эталона определен глобальным (это возможно при малых значениях запаса Сп и существенных ошибках измерителя), то оценивать ошибку определения местоположения БПЛА по указанному критерию не имеет смысла. Статистическая оценка ее при сопоставлении с влиянием других типов погрешностей не корректна (на порядок и более превышает влияние других факторов). В этом случае необходимо оценивать вероятность неправильного определения глобального экстремума как отношение числа ложных определений экстремума к общему числу статистических испытаний. If the local extremum, due to the errors of the meter or the reference, is determined global (this is possible with small values of the reserve Cn and significant errors of the meter), then it makes no sense to evaluate the error in determining the location of the UAV according to the specified criterion. A statistical assessment of it when compared with the influence of other types of errors is not correct (an order of magnitude or more exceeds the influence of other factors). In this case, it is necessary to evaluate the probability of incorrect determination of the global extremum as the ratio of the number of false definitions of the extremum to the total number of statistical tests.
Приведенные критерии оценки качества привязки БПЛА к местности определены методом статистического моделирования для конкретных участков эталонной карты и параметров бортового локатора. Примеры изменения указанных критериев для группы промышленных зданий приведены на фиг.10, а для участка местности с кустарником, лугом, дорогами разного класса и водоемами приведены на фиг. 11. При этом заданные точки приведения БПЛА (11 точек, номера которых обозначены на горизонтальной оси графиков фиг.10 и фиг.11 ) выбирались по узлам равномерной сетки с шагом 200 м. По оси ординат обозначен масштаб ошибки приведения Δ в метрах (справа) и масштаб запаса достоверности С в процентах. The above criteria for assessing the quality of the UAV linking to the terrain are determined by the method of statistical modeling for specific sections of the reference map and on-board locator parameters. Examples of changes in these criteria for a group of industrial buildings are shown in FIG. 10, and for a site with shrubs, meadows, roads of different classes and ponds, are shown in FIG. 11. At the same time, the set UAV reduction points (11 points, the numbers of which are indicated on the horizontal axis of the graphs of FIG. 10 and 11) were selected by the nodes of the uniform grid with a step of 200 m. The ordinate axis indicates the scale of the reduction error Δ in meters (right) and the scale of the margin of confidence C in percent.
Приведенные значения ошибок и запасов достоверности получены при следующих условиях статистического моделирования:
- незнание средних значений отражательных способностей в пределах 10 дБ,
- флуктуации отражений по интенсивности в пределах 20 дБ,
- пространственные флуктуации отражений в пределах 30 м,
- ошибка в коэффициенте затухания излучения в атмосфере 10 дБ,
- динамический диапазон приемника 60 дБ,
- зона измерений радиолокационных отражений 300•300 м,
- зоны ошибок приведения автопилотом БПЛА в заданную точку включения бортового координатора в продольной и поперечной плоскостях 450 м.The given values of errors and reliability reserves are obtained under the following conditions of statistical modeling:
- ignorance of the average values of reflectivity within 10 dB,
- fluctuations of reflections in intensity within 20 dB,
- spatial fluctuations of reflections within 30 m,
- error in the attenuation coefficient of radiation in the atmosphere of 10 dB,
- dynamic range of the receiver 60 dB,
- measuring zone of radar reflections 300 • 300 m,
- error zones for the UAV to bring the onboard coordinator in the longitudinal and transverse planes of 450 m to the predetermined inclusion point of the UAV.
Закон распределения всех ошибок в указанных диапазонах при моделировании принимался равномерным. The distribution law of all errors in the indicated ranges during modeling was assumed uniform.
На основании результатов моделирования можно утверждать, что ошибки приведения БПЛА к заданному объекту и точке земной поверхности уменьшились на порядок. Без использования предложенных доработок система обеспечивала максимальную ошибку 450 м. С доработками - 40 м. Based on the simulation results, it can be argued that the errors in bringing the UAV to a given object and point on the earth's surface decreased by an order of magnitude. Without using the proposed improvements, the system provided a maximum error of 450 m. With modifications - 40 m.
Как видно из приведенных графиков, не все участки рассмотренных сюжетов местности являются одинаково пригодными для точного приведения БПЛА. На 9-м участке первого сюжета и 5-м участке второго ошибки приведения велики и малы запасы достоверности. При необходимости приведения БПЛА к этим участкам целесообразно задавать для обзора бортовому локатору соседние участки (10-й для первого сюжета и 6-й для второго). В этом случае в вычисленную величину смещения БПЛА (Хош, Zош) необходимо добавить разницу координат заданной точки, например, точки 5 (Х5, Z5) второго сюжета и точки 6 (Х6, Z6) первого сюжета. В остальном функционирование системы аналогично описанному ранее. As can be seen from the above graphs, not all sections of the considered terrain plots are equally suitable for accurate UAV reduction. On the 9th section of the first plot and the 5th section of the second error of reduction, large and small reserves of reliability. If it is necessary to bring UAVs to these areas, it is advisable to set adjacent sections for viewing the on-board locator (10th for the first plot and 6th for the second). In this case, it is necessary to add the difference in the coordinates of the given point, for example, point 5 (X5, Z5) of the second plot and point 6 (X6, Z6) of the first plot, in the calculated value of the displacement of the UAV (Khosh, Zosh). Otherwise, the functioning of the system is similar to that described previously.
Таким образом приведенные результаты подтверждают возможность использования предлагаемой системы управления БПЛА для его высокоточного приведения как к радиоконтрастным, так и к нерадиоконтрастным объектам назначения. Thus, the above results confirm the possibility of using the proposed UAV control system for its high-precision reduction to both radio-contrast and non-radio-contrast targets.
Пользуясь приведенным описанием и чертежами, предлагаемую систему можно изготовить, используя известную элементную базу и известную технологию, что определяет промышленную применимость предлагаемого изобретения. Using the above description and drawings, the proposed system can be manufactured using a known elemental base and known technology, which determines the industrial applicability of the invention.
Список литературы
1. Патент РФ 2062503, МПК G 05 D 1/04, В 64 С 19/00, публикация 20.06.96 г.List of references
1. RF patent 2062503, IPC G 05
2. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиолокационные системы самонаведения. М.: Радио и связь, 1992 г. 2. Maximov M.V., Gorgonov G.I. Radar homing systems. M .: Radio and communications, 1992
3. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М.: Сов.радио, 1974. 3. Beloglazov I.N., Tarasenko V.P. Correlation-extreme systems. M .: Sov.radio, 1974.
4. Белецкий В.К., Юрьев А.Н. Корреляционно-экстремальные методы навигации. М.: Радио и связь, 1982. 4. Beletsky V.K., Yuryev A.N. Correlation-extreme navigation methods. M .: Radio and communication, 1982.
5. Левин В.Л. Обработка информации в оптических системах пеленгации. М.: Машиностроение, 1978. 5. Levin V.L. Information processing in optical direction finding systems. M .: Mechanical Engineering, 1978.
6. Кузовский С. Ф. Корреляционно-экстремальные системы. К.: Наукова думка, 1973. 6. Kuzovsky S. F. Correlation-extremal systems. K .: Naukova Dumka, 1973.
7. Шаров С. И. Основы проектирования координаторов систем управления движущимися объектами. Гособразование СССР, 1990 г., прототип. 7. Sharov S. I. Fundamentals of designing coordinators of control systems for moving objects. State education of the USSR, 1990, prototype.
8. Патент РФ 2114444, МПК G 01 S 13/44, публикация 27.06.98 г. 8. RF patent 2114444, IPC G 01 S 13/44, publication June 27, 1998.
9. Патент РФ 2124221, МПК G 01 S 13/42, публикация 27.12.98 г. 9. RF patent 2124221, IPC G 01 S 13/42, publication December 27, 1998.
10. Патент РФ 2083995, МПК G 01 S 13/42, публикация 10.07.97 г. 10. RF patent 2083995, IPC G 01 S 13/42, publication July 10, 1997.
11. Преснухин Л. Н. , Шахнов В.А., Кустов В.А. Основы конструирования микроэлектронных вычислительных машин (уч. пособие). М.: Высшая школа, 1976. 11. Presnukhin L.N., Shakhnov V.A., Kustov V.A. Fundamentals of the design of microelectronic computers (textbook). M .: Higher school, 1976.
12. Смолов В.Б., Барашенков В.В., Байков В.Д. и др. Специализированные ЦВМ (учебник). М.: Высшая школа, 1981. 12. Smolov VB, Barashenkov VV, Baykov VD and other Specialized computers (textbook). M .: Higher school, 1981.
13. Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами (учебник). М. : Машиностроение, 1973. 13. Bodner V.A. Aircraft control systems (textbook). M.: Mechanical Engineering, 1973.
14. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы. М.: Наука, 1966. 14. Andreev V.D. Theory of inertial navigation. Autonomous systems. M .: Nauka, 1966.
15. Инерциальная навигация / под ред. К.Ф. О'Доннела. М.: Наука, 1969. 15. Inertial navigation / ed. K.F. O'Donnell. M .: Nauka, 1969.
16. Липтон А. Выставка инерциальных систем на подвижном основании. М.: Наука, 1971. 16. Lipton A. Exhibition of inertial systems on a moving base. M .: Nauka, 1971.
17. Репников А.В., Сачков Г.П., Черноморский А.И. Гироскопические системы (уч. пособие). М.: Машиностроение, 1983. 17. Repnikov A.V., Sachkov G.P., Black Sea A.I. Gyroscopic systems (textbook). M .: Mechanical Engineering, 1983.
18. Патент РФ 2163392, МПК G 06 F 15/16, публикация 20.02.2001 г. 18. RF patent 2163392, IPC G 06
19. Степанов Ю.Г. Противорадиолокационная маскировка, М.: Советское радио, 1968 г. 19. Stepanov Yu.G. Anti-radar masking, Moscow: Soviet Radio, 1968
20. Шаров С.Н. Некоторые возможности лазерного локатора для ориентации движущегося объекта на местности. Труды БГТУ, Вопросы повышения качества управления движением, вып.1, 1995. 20. Sharov S.N. Some features of a laser locator for orienting a moving object on the ground. Proceedings of BSTU, Issues of improving the quality of traffic control,
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001108859/09A RU2189625C1 (en) | 2001-04-03 | 2001-04-03 | Pilotless aircraft control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001108859/09A RU2189625C1 (en) | 2001-04-03 | 2001-04-03 | Pilotless aircraft control system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2189625C1 true RU2189625C1 (en) | 2002-09-20 |
Family
ID=20247949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001108859/09A RU2189625C1 (en) | 2001-04-03 | 2001-04-03 | Pilotless aircraft control system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2189625C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515106C2 (en) * | 2012-08-08 | 2014-05-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Мобильные Информационные Системы" | Method of guiding unmanned aerial vehicle |
| CN105235895A (en) * | 2015-11-10 | 2016-01-13 | 杨珊珊 | Multi-rotor unmanned aerial vehicle with emergency braking device and emergency braking method thereof |
| RU2579978C2 (en) * | 2011-02-16 | 2016-04-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Independent isolation of self-propelled motorised vehicle |
| RU2583851C2 (en) * | 2011-11-11 | 2016-05-10 | Александр Федорович Мольков | Unmanned mobile system |
| CN105824320A (en) * | 2016-04-25 | 2016-08-03 | 至简天蕴智控科技（苏州）有限公司 | Aircraft emergency control device and control method thereof |
-
2001
- 2001-04-03 RU RU2001108859/09A patent/RU2189625C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| БАКЛИЦКИЙ В.К. и др. Корреляционно-экстремальные методы навигации. - М.: Радио и связь, 1982, с.246, рис.4.33. * |
| ШАРОВ С.Н. Основы проектирования координаторов систем управления движущимися объектами. Учебное пособие. Государственный комитет СССР по народному образованию, 1990, с. 4, рис.1.1. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579978C2 (en) * | 2011-02-16 | 2016-04-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Independent isolation of self-propelled motorised vehicle |
| RU2583851C2 (en) * | 2011-11-11 | 2016-05-10 | Александр Федорович Мольков | Unmanned mobile system |
| RU2515106C2 (en) * | 2012-08-08 | 2014-05-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Мобильные Информационные Системы" | Method of guiding unmanned aerial vehicle |
| CN105235895A (en) * | 2015-11-10 | 2016-01-13 | 杨珊珊 | Multi-rotor unmanned aerial vehicle with emergency braking device and emergency braking method thereof |
| CN105235895B (en) * | 2015-11-10 | 2017-09-26 | 杨珊珊 | Many rotor unmanned aircrafts and its brake hard method with emergency braking apparatus |
| CN105824320A (en) * | 2016-04-25 | 2016-08-03 | 至简天蕴智控科技（苏州）有限公司 | Aircraft emergency control device and control method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Grejner-Brzezinska et al. | A robust solution to high-accuracy geolocation: Quadruple integration of GPS, IMU, pseudolite, and terrestrial laser scanning | |
| CN101010563A (en) | Combination laser system and global navigation satellite system | |
| US3691560A (en) | Method and apparatus for geometrical determination | |
| KR101862717B1 (en) | Apparatus and method for coordinate conversion of radar displayer | |
| US11573305B2 (en) | Direction and doppler shift in ranging systems and methods | |
| RU2189625C1 (en) | Pilotless aircraft control system | |
| RU8812U1 (en) | FLIGHT TEST COMPLEX OF AIRCRAFT AND ON-BOARD EQUIPMENT | |
| RU2042583C1 (en) | Flight simulation complex for investigation of landing systems of ship-based flying vehicles | |
| US6664917B2 (en) | Synthetic aperture, interferometric, down-looking, imaging, radar system | |
| RU2247921C2 (en) | Method for finding one's bearings on the ground and device for its realization | |
| Uddin et al. | Airborne laser survey specifications and quality management protocols for airport obstruction Surveys | |
| Runnalls et al. | Terrain-referenced navigation using the IGMAP data fusion algorithm | |
| RU2564552C1 (en) | Navigation method of airborne vehicle as per radar images of earth surface | |
| Sonnessa et al. | Indoor Positioning Methods–A Short Review and First Tests Using a Robotic Platform for Tunnel Monitoring | |
| RU2214943C1 (en) | Method of landing flying vehicle | |
| Barton | The future of pulse radar for missile and space range instrumentation | |
| JPH08145668A (en) | Scanning laser survey system | |
| RU2231757C1 (en) | Method of determination of vector of ground speed and drift angle of flying vehicle | |
| Kumar et al. | A novel method to develop high fidelity laser sensor simulation model for evaluation of air to ground weapon algorithms of combat aircraft | |
| RU2256870C1 (en) | Method for heading control of flight vehicles in angle-measuring two-position radar system | |
| Lenhart | Developement and validation of a GNSS based alignment determination system for calibration targets for satellite based radar systems with high precision | |
| RU2363009C1 (en) | System to determine spatial position of objects | |
| Schumacher Jr et al. | Precision of satellite laser ranging calibration of the naval space surveillance system | |
| Mabotha | Performance comparison of geo-referencing a radar using prism method with global positioning system | |
| Romero Ramirez | Development of LiDAR assisted terrestrial radar interferometry for rock deformation monitoring |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050404 |