Способ формирования региональных беспроводных сетей передачи информации и телекоммутационная воздушная платформа для его реализации The method of forming regional wireless networks for the transmission of information and telecommunication aerial platform for its implementation
Предлагаемые изобретения, относятся к области радиотехники и связи, а именно к способам и воздушным платформам, используемым для формирования беспроводных сетей передачи информации по линии прямой видимости в заданной географической области и, кроме того, могут быть использованы для систем видеонаблюдения.The proposed inventions relate to the field of radio engineering and communications, in particular to methods and aerial platforms used to form wireless networks for transmitting information along a line of sight in a given geographical area and, in addition, can be used for video surveillance systems.
В настоящее время беспроводные широкополосные сети практически находятся вне конкуренции по оперативности развертывания, мобильности, цене и широте возможных приложений, во многих случаях представляя собой единственное экономически оправданное решение.Currently, wireless broadband networks are practically beyond competition in terms of deployment speed, mobility, price and the breadth of possible applications, in many cases representing the only economically viable solution.
Для географических областей, в которых большая территория сочетается с невысокой плотностью населения, широкополосные беспроводные решения имеют особое значение, так как позволяют экономично и оперативно создавать телекоммуникационную инфраструктуру на обширных территориях. Особенно важно это для информатизации удаленных и сельских регионов и решения одной из важнейших проблем информационной безопасности - проблемы информационного неравенства)) регионов.For geographical areas in which a large territory is combined with a low population density, broadband wireless solutions are of particular importance, since they allow the creation of a telecommunication infrastructure in vast territories economically and quickly. This is especially important for informatization of remote and rural regions and solving one of the most important problems of information security - the problem of information inequality)) regions.
В последние годы ведутся интенсивные разработки широкополосных беспроводных региональных сетей с использованием воздушных платформ.. Использование воздушных платформ обеспечивает телекоммуникационное покрытие больших географических регионов. Одновременно с созданием региональных сетей передачи данных, голоса и видеоинформации высотные платформы могут применяться для целей видеонаблюдения в радиусе 70-80 км (например, в приграничных территориях или наблюдения
транспортных потоков), обнаружения лесных пожаров, экологического мониторинга с использованием сенсорных сетей, геологической и геофизических разведок, радиологического контроля и т.д.In recent years, intensive development of broadband wireless regional networks using air platforms has been carried out. The use of air platforms provides telecommunication coverage of large geographical regions. Along with the creation of regional data, voice and video information networks, high-altitude platforms can be used for video surveillance within a radius of 70-80 km (for example, in border areas or for observation traffic flows), forest fire detection, environmental monitoring using sensor networks, geological and geophysical surveys, radiological monitoring, etc.
В качестве таких высотных платформ рассматриваются гелиевые дирижабли, располагаемые на высоте 20-22 км, платформы типа летающего крыла, самолеты и вертолеты. При длительном использовании таких высотных платформ они оказываются весьма дорогостоящими, как при разработке, построении и запуске, так и в процессе эксплуатации.Helium airships located at an altitude of 20-22 km, platforms such as a flying wing, airplanes and helicopters are considered as such high-altitude platforms. With the long-term use of such high-altitude platforms, they turn out to be very expensive, both during development, construction and launch, and during operation.
Известна всенаправленная высотная антенна, представляющая собой однопроводную линию передачи, один конец которой нагружен на согласованную нагрузку и крепится на аэростате, а другой конец связан с приёмо- передатчиком и с помощью анкера крепится к земле, которая позволяет повысить дальность связи (патент РФ Na 2099827, H 01 Q 1/28, 1994).A omnidirectional high-altitude antenna is known, which is a single-wire transmission line, one end of which is loaded on a matched load and is mounted on a balloon, and the other end is connected to the transceiver and, using an anchor, is attached to the ground, which allows to increase the communication range (RF patent Na 2099827, H 01 Q 1/28, 1994).
Известна аэростатная антенна в виде металлического контейнера с прикрепленными к его корпусу радиальными проводниками, выполненными в форме петли. В указанной антенне стабилизация попожения происходит при использовании не менее, чем четырех специальных фалов (патент РФ Ns 2097880, H 01 Q 1/28, 1995).Known balloon antenna in the form of a metal container with radial conductors attached to its body, made in the form of a loop. In the aforementioned antenna stabilization of the state occurs when using no less than four special files (RF patent Ns 2097880, H 01 Q 1/28, 1995).
Известен антенный провод для антенны, подерживаемой в вертикальном положении летательным аппаратом, содержащий грузонесущий трос из синтетических нитей и токопроводящую оплетку из алюминиевых проводников, уложенных по поверхности троса под углом (патент РФ NQ 2030039, H 01 Q 1/00, 1991). Указанный провод не обладает достаточной надежностью при длительном использовании в беспроводных сетях передачи информации.Known antenna wire for an antenna held upright by an aircraft, comprising a load-carrying cable of synthetic threads and a conductive braid of aluminum conductors laid on the surface of the cable at an angle (RF patent N Q 2030039, H 01 Q 1/00, 1991). The specified wire does not have sufficient reliability for prolonged use in wireless data transmission networks.
Для всех указанных выше аналогов помимо индивидуальных недостатков присущи определенные общие
недостатки, связанные с использованием носителя - аэростата. Кроме недостаточных функциональных возможностей к ним относятся:For all the above analogues, in addition to individual shortcomings, certain common the disadvantages associated with the use of media - balloon. In addition to insufficient functionality, these include:
1. Необходимость использования громоздких и относительно дорогих причальных устройств, используемых для опускания и удержания аэростата на земле во время штормовых и грозовых предупреждений.1. The need to use bulky and relatively expensive berthing devices used to lower and hold the balloon on the ground during storm and lightning warnings.
2. Необходимость дважды в месяц осуществлять спуск-подъем аэростата с целью подкачки гелия в оболочку аэростата.2. The need to carry out the descent-lifting of the aerostat twice a month in order to pump helium into the aerostat shell.
3. Зависимость от центров заправки гелием, т.к. гелий теряется даже при хранении в стальных баллонах.3. Dependence on helium refueling centers, as helium is lost even when stored in steel cylinders.
4. Необходимость подготовки большой посадочной площади (50x50 м) для подъема-опускания аэростата и необходимость наличия значительного количества эксплуатационного персонала (6-8 чел.).4. The need to prepare a large landing area (50x50 m) for lifting and lowering the balloon and the need for a significant number of operating personnel (6-8 people).
5. Малый предельный срок службы оболочки аэростата - порядка 2-х лет.5. The shortest service life of the balloon shell is about 2 years.
6. Флюгирование аэростата на привязном кабеле-тросе приводит к необходимости использования вертлюга, предназначенного для предохранения кабеля от закручивания и обеспечения электрического и оптического соединений при повороте на произвольный угол, ухудшающего и ограничивающего параметры и качество оптического канала в кабель-тросе.6. Feeding the balloon on a tethered cable-cable makes it necessary to use a swivel designed to protect the cable from twisting and to provide electrical and optical connections when turning at an arbitrary angle, which degrades and limits the parameters and quality of the optical channel in the cable-cable.
Наиболее близкими техническими решениями с точки зрения обеспечения индивидуальной маневренности приемопередающих элементов сети являются совокупность воздушных платформ связи и способ их использования для формирования беспроводных сетей передачи информации. Совокупность дрейфующих платформ включает в себя множество индивидуальных платформ легче воздуха, разнесенных над непрерывной географической областью в пределах предварительно определенного диапазона высот, так что
обеспечивается повсеместное покрытие по линии прямой видимости данной географической области. Каждая из множества платформ содержит оболочку для заполнения регулируемым объемом газа низкой плотности для обеспечивания плавучести платформы и устройство передачи сигналов, прикрепленное к оболочке (публикация PCT WO 01/01710, H 04 Q 7/20, 2001).The closest technical solutions from the point of view of ensuring the individual maneuverability of the transceiver network elements are a set of airborne communication platforms and the method of their use for the formation of wireless information transmission networks. The set of drifting platforms includes many individual platforms lighter than air, spaced over a continuous geographical area within a predetermined range of heights, so ubiquitous coverage is provided along the line of sight of a given geographical area. Each of the plurality of platforms comprises a shell for filling with an adjustable volume of low density gas to ensure buoyancy of the platform and a signal transmission device attached to the shell (PCT publication WO 01/01710, H 04 Q 7/20, 2001).
Недостатками указанных технических решений являются ограниченный диапазон функциональных возможностей способа формирования сети и устройства воздушных платформ в связи с невозможностью автоматизации процесса ориентации и стабилизации положения платформ, сложность конструкции и обслуживания в процессе их эксплуатации, недостаточная надежность в связи с использованием газа низкой плотности, отсутствие непрерывности и длительности использования отдельной платформы в регинальной сети.The disadvantages of these technical solutions are the limited range of functionality of the method of forming a network and device of air platforms due to the impossibility of automating the process of orientation and stabilization of the position of the platforms, the complexity of the design and maintenance during their operation, insufficient reliability due to the use of low density gas, lack of continuity and the duration of the use of a separate platform in the regional network.
Техническим результатом предлагаемых изобретений является расширение функциональных возможностей способа формирования сети и устройства воздушных платформ за счет обеспечения возможности автоматизации ориентации и стабилизации положения платформ, упрощения конструкции и обслуживания в процессе их эксплуатации с одновременным повышением надежности, непрерывности и длительности использования региональных сетей с предлагаемой платформой.The technical result of the proposed inventions is the expansion of the functionality of the method of forming a network and device of air platforms by providing the ability to automate orientation and stabilize the position of the platforms, simplifying the design and maintenance during their operation, while increasing the reliability, continuity and duration of the use of regional networks with the proposed platform.
Указанный технический результат достигается в способе формирования региональных беспроводных сетей передачи информации, включающем размещенние воздушных телекоммутационных платформ на заданных высотах путем создания подъемной силы для их удержания в заданных точках регинальной сети географического региона, и стабилизацию положения платформ в этих точках, тем, что подъёмную силу для каждой платформы создают с помощью дистанционно и/или автономно пилотируемого летательного
аппарата за счёт вертикальной составляющей его вектора тяги, а удержание этого летательного аппарата и платформы в заданной точке региональной сети географического региона осуществляют, связывая их с заданной точкой поверхности географического региона гибкой тягой, которую используют в качестве канала подачи энергии питания для обеспечения создания вектора тяги летательного аппарата.The indicated technical result is achieved in a method for forming regional wireless information transmission networks, including placing airborne telecommunication platforms at predetermined heights by creating a lifting force to hold them at predetermined points of the regional network of a geographical region, and stabilizing the position of the platforms at these points, so that the lifting force for each platform is created using remotely and / or autonomously piloted aircraft apparatus due to the vertical component of its thrust vector, and the retention of this aircraft and platform at a given point in a regional network of a geographical region is carried out by linking them to a given point on the surface of a geographical region by flexible thrust, which is used as a channel for supplying power energy to create an aircraft thrust vector apparatus.
Кроме того, стабилизацию положения платформы могут обеспечивать за счет инерциальной навигации летательного аппарата в заданной точке региональной сети географического региона.In addition, stabilization of the position of the platform can be achieved through inertial navigation of the aircraft at a given point in the regional network of the geographical region.
Указанный технический результат для телекоммутационной воздушной платформы, содержащей узел формирования подъемной силы и связанную с ним станцию приема и передачи сигналов в заданном географическом регионе, достигнут тем, что узел формирования подъёмной силы выполнен в виде фюзеляжа с приборным отсеком, связанного с винтовым движителем в виде, по меньшей мере, одной гондолы, в которой установлены электрический двигатель с редуктором и тяговым винтом, при этом фюзеляж связан посредством двухосного карданового подвеса с кабель-тросом, второй конец которого зафиксирован с возможностью изменения длины кабель- троса в заданной точке поверхности географического региона и связан с источником электрической энергии в этой точке.The specified technical result for a telecommutation air platform containing a lifting force generating unit and an associated signal receiving and transmitting station in a given geographical region is achieved by the fact that the lifting force forming unit is made in the form of a fuselage with an instrument compartment associated with a screw propeller in the form at least one nacelle in which an electric motor with a gearbox and a traction screw is installed, the fuselage being connected via a biaxial cardan suspension to a cable the second end of which is fixed with the possibility of changing the length of the cable at a given point on the surface of the geographical region and is connected with an electric energy source at this point.
Кроме того, приборный отсек может содержать автономную систему управления, состоящую из микропроцессора с поключенными к его входам бесплатформенным инерциальным блоком, альтиметром, магнитометром, GPS - приёмником, а к его выходам - элементами управления электрическими двигателями винтового движителя и изменения направления и величины вектора его тяги.In addition, the instrument compartment may contain an autonomous control system consisting of a microprocessor with a strap-in inertial block connected to its inputs, an altimeter, a magnetometer, a GPS receiver, and to its outputs - elements of control of the electric motors of the screw propeller and changing the direction and magnitude of its thrust vector .
Кроме того, бесплатформенный инерциальный блок может содержать ориентированные своими осями чувствительности в направлении трёх взаимно ортогональных координатных осей микромеханические гироскопы и акселерометры.
Кроме того, станция приема и передачи сигналов в заданном географическом регионе может быть выполнена в виде базовой станции системы беспроводного широкополосного доступа и размещена в приборном отсеке, который содержит также аккумуляторную батарею, преобразователи напряжения, вторичные источники питания.In addition, the strapdown inertial block may contain micromechanical gyroscopes and accelerometers oriented with their axes in the direction of three mutually orthogonal coordinate axes. In addition, a station for receiving and transmitting signals in a given geographic region can be made in the form of a base station of a wireless broadband access system and placed in the instrument compartment, which also contains a battery, voltage converters, and secondary power sources.
Кроме того, приборный отсек может содержать видеокамеру наблюдения.In addition, the instrument compartment may include a surveillance camera.
Кроме того, кабель-трос может быть выполнен коаксиальным с последовательно расположенными от центра к периферии несущей тягой, кивларовым несущим слоем, информационным волоконно- оптическим слоем, изоляционным слоем и слоем внешней климатической и механической защиты, при этом в изоляционном слое по всей длине кабель-троса размещены, по меньшей мере, два электроизолированных токопроводящих проводника для подачи электрической энергии с поверхности географического региона к электродвигателям узла формирования подъемной силы.In addition, the cable cable can be made coaxial with a carrier rod sequentially located from the center to the periphery, a kivlar carrier layer, an information fiber-optical layer, an insulation layer and a layer of external climatic and mechanical protection, while in the insulation layer along the entire length of the cable the cable has at least two electrically insulated conductive conductors for supplying electrical energy from the surface of the geographic region to the electric motors of the lifting force generating unit.
Кроме того, по меньшей мере, две гондолы с установлеными в них электрическими двигателями с редукторами и тяговыми винтами могут быть размещены по разные стороны от средней части фюзеляжа и связаны с ним посредством соответствующих радиальных штанг.In addition, at least two nacelles with electric motors installed in them with gearboxes and traction screws can be placed on opposite sides of the middle part of the fuselage and connected with it via corresponding radial rods.
Кроме того, к периферийным концам штанг может быть прикреплен, по меньшей мере, один дефлектор для защиты лопастей винта.In addition, at least one deflector can be attached to the peripheral ends of the rods to protect the rotor blades.
Кроме того, периферийные концы штанг могут быть снабжены проблесковыми маячками.In addition, the peripheral ends of the rods can be equipped with flashing beacons.
Изобретения поясняются чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 - показана общая схема, иллюстрирующая предлагемые изобретения;
на фиг.2 - представлена конструктивная схема выполнения платформы с одновинтовым движителем;Figure 1 - shows a General diagram illustrating the invention; figure 2 - presents a structural diagram of a platform with a single-screw propulsion;
на фиг. 3 - представлена конструктивная схема выполнения винтового движителя платформы с четырьмя винтами;in FIG. 3 - presents a structural diagram of a screw propulsion platform with four screws;
на фиг.4 - представлен вид сверху на конструктивную схему, выполненную в соответствии с фиг. 3;4 is a top view of a structural diagram made in accordance with FIG. 3;
на фиг. 5 - представлена блок -схема автономной системы управления летательным аппаратом платформы;in FIG. 5 - a block diagram of an autonomous platform aircraft control system is presented;
на фиг. 6 - показана блок-схема бесплатформенного инерциального блока;in FIG. 6 - shows a block diagram of a strapdown inertial block;
на фиг. 7 - представлена конструктивная схема выполнения кабель - троса.in FIG. 7 - presents a structural diagram of the cable - cable.
Телекоммутационная воздушная платформа 1 (фиг.1) содержит узел формирования подъемной силы (летательный аппарат) 2, связанную с этим узлом станцию 38 приема и передачи сигналов в заданном географическом регионе, обслуживающую потребителей информации 39а, 39b, 39с, 39d, 39e, 39f, d в этом регионе, в том числе и абонентов интернет - провайдеров. Узел формирования подъёмной силы 2 выполнен в виде фюзеляжа 3 (фиг.2) с приборным отсеком 4 и связан с винтовым движителем 5 в виде, по меньшей мере, одной гондолы 6, в которой установлены электрический двигатель 7 с редуктором и тяговым винтом 8. Фюзеляж связан посредством двухосного карданового подвеса 9 с кабель-тросом 10, второй конец которого зафиксирован с возможностью изменения длины кабель-троса, например, на кабельной катушке 11 в заданной точке поверхности географического региона и связан с источником электрической энергии 12 в этой точке.Telecommunication air platform 1 (Fig. 1) contains a node for forming a lifting force (aircraft) 2, a station 38 for receiving and transmitting signals in a given geographical region, serving information consumers 39a, 39b, 39c, 39d, 39e, 39f, connected to this node d in this region, including Internet service providers. The node forming the lifting force 2 is made in the form of a fuselage 3 (figure 2) with the instrument compartment 4 and is connected with a screw mover 5 in the form of at least one nacelle 6, in which an electric motor 7 with a gearbox and a traction screw 8 is installed. Fuselage connected via a biaxial gimbal 9 with a cable 10, the second end of which is fixed with the possibility of changing the length of the cable, for example, on a cable reel 11 at a given point on the surface of a geographical region and is connected to an electric energy source 12 at this point .
В приборном отсеке размещена автономная система управления 13, состоящая из микропроцессора 14 и покл юченных к его входам
бесплатформенного инерциального блока 15, альтиметра 16, магнитометра 17, GPS - приёмника 18, а также подключенных к выходам микропроцессора элементов 19 управления электрическими двигателями винтового движителя и изменения направления и величины вектора его тяги. Указанные элементы 19 могут быть разного исполнения, например, в виде рулевых машинок 37 поворота осей вращения электродвигателей и винтов, при установке их в гондоле или фюзеляже на кардановом подвесе, или преобразователей частоты вращения электродвигателей и винтов, управляемых микропроцессором.An autonomous control system 13, consisting of a microprocessor 14 and connected to its inputs, is located in the instrument compartment strapdown inertial block 15, altimeter 16, magnetometer 17, GPS receiver 18, as well as elements connected to the microprocessor outputs 19 for controlling the electric motors of the screw propeller and changing the direction and magnitude of its thrust vector. These elements 19 can be of different designs, for example, in the form of steering machines 37 for turning the axes of rotation of electric motors and screws, when installed in a gondola or fuselage on a cardan suspension, or frequency converters of electric motors and screws controlled by a microprocessor.
Бесплатформенный инерциальный блок 15 содержит ориентированные своими осями чувствительности в направлении трёх взаимно ортогональных координатных осей микромеханические гироскопы 20 и акселерометры 21.The strapdown inertial block 15 contains micromechanical gyroscopes 20 and accelerometers 21 oriented with their sensitivity axes in the direction of three mutually orthogonal coordinate axes.
Станция 38 приема и передачи сигналов в заданном географическом регионе выполнена в виде базовой станции системы беспроводного широкополосного доступа 22 и размещена в приборном отсеке, который содержит также аккумуляторную батарею 23, преобразователи напряжения 25, вторичные источники питания 26. Приборный отсек содержит также видеокамеру наблюдения 27. Помимо основной функции осуществления видеонаблюдения за состоянием визуально доступного участка территории региона, для видеокамеры наблюдения предусмотрен режим визуального контроля состояния тяговых и несущих элементов подвеса воздушной платформы.A station 38 for receiving and transmitting signals in a given geographical region is made in the form of a base station of a wireless broadband access system 22 and is located in the instrument compartment, which also contains a battery 23, voltage converters 25, secondary power sources 26. The instrument compartment also contains a surveillance camera 27. In addition to the main function of video surveillance of the visually accessible area of the region, a visual monitoring mode is provided for the surveillance camera the state of the traction and load-bearing elements of the suspension of the air platform.
Кабель-трос 10 выполнен коаксиальным с последовательно расположенными от центра к периферии несущей тягой 28, кивларовым несущим слоем 29, информационным волоконно-оптическим слоем 30, изоляционным слоем 31 и слоем внешней климатической и механической защиты 32. В изоляционном слое по всей длине кабель- троса размещены, по меньшей мере, два электроизолированных токопроводящих проводника 33 для подачи электрической энергии с
поверхности географического региона к электродвигателям узла формирования подъемной силы.The cable cable 10 is made coaxial with the support rod 28 sequentially located from the center to the periphery, the kivlar carrier layer 29, the information fiber-optic layer 30, the insulation layer 31 and the layer of external climatic and mechanical protection 32. In the insulation layer along the entire length of the cable at least two electrically insulated conductive conductors 33 for supplying electrical energy with the surface of the geographical region to the electric motors of the lifting force forming unit.
В случае выполнения винтового движителя с более чем одним тяговым винтом гондолы, с установлеными в них электрическими двигателями с редукторами и тяговыми винтами, размещаются по разные стороны от средней части фюзеляжа и связываются с ним посредством соответствующих радиальных штанг 34. К периферийным концам штанг прикреплен, по меньшей мере, один дефлектор 35 для защиты лопастей винта и проблесковые маячки 36.In the case of a screw propulsion device with more than one traction screw, the nacelles, with electric motors with gears and traction screws installed in them, are placed on opposite sides of the middle part of the fuselage and connected to it by means of corresponding radial rods 34. Attached to the peripheral ends of the rods at least one deflector 35 for protecting the rotor blades and flashing lights 36.
Работа телекоммуникационной воздушной платформы осуществляется следующим образом.The operation of the telecommunication aerial platform is as follows.
Подъёмная сила создается воздушным винтом, приводимым в движение электродвигателем, питанием для которого служит электроэнергия, поступающая по проводникам кабель-троса с поверхности географического региона или аккумуляторная батарея. Для создания горизонтальной составляющей тяги винта электродвигатель, установленный в кардановый подвес, наклоняется в нужном направлении при помощи двух рулевых машинок 37.The lifting force is created by a propeller driven by an electric motor, the power for which is electricity coming through the conductors of the cable from the surface of a geographic region or a battery. To create a horizontal component of the thrust of the screw, an electric motor mounted in a gimbal is tilted in the desired direction using two steering machines 37.
Управление платформой (режим подъема) может осуществляться как со специального пульта, так и с помощью портативного персонального компьютера. Полетное задание, включает координаты: высоту и курсовой угол платформы, задается на земле оператором с помощью клавиатуры портативного персонального компьютера или пульта. После этого, управление платформой возложено на автономную систему управления, состоящую из бесплатформенного инерциального блока, альтиметра, магнитометра, GPS - приемника и микропроцессора.Platform control (lifting mode) can be carried out both from a special remote control and using a portable personal computer. Flight mission, includes coordinates: altitude and heading angle of the platform, is set on the ground by the operator using the keyboard of a portable personal computer or remote control. After that, platform management is entrusted to an autonomous control system consisting of a strapdown inertial unit, an altimeter, a magnetometer, a GPS receiver and a microprocessor.
Взлет платформы осуществляется автоматически, со специального стапеля или с поверхности земли. Совершив набор высоты платформа стабилизируется относительно горизонта и курса с
заданной точностью и удерживается в этом положении в процессе ее работы. Стабилизация телекоммуникационной воздушной платформы во время работы осуществляется автоматически.Platform take-off is carried out automatically, from a special slipway or from the ground. Having made a climb, the platform stabilizes relative to the horizon and course with predetermined accuracy and is held in this position during its operation. The stabilization of the telecommunications aerial platform during operation is automatic.
В автономной системе управления предусмотрены три канала стабилизации: курса, крена и тангажа. В качестве измерителей угловой скорости использованы микромеханические вибрационные гироскопы, линейного ускорения - микромеханические акселерометры. В качестве датчика высоты использован микромеханический барометрический высотомер (альтиметр). Для повышения точности стабилизации по каналу курса используется трехкомпонентный магнитометр.The autonomous control system has three stabilization channels: heading, roll and pitch. Micromechanical vibration gyros, linear acceleration micromechanical accelerometers were used as angular velocity meters. A micromechanical barometric altimeter (altimeter) was used as a height sensor. To improve the accuracy of stabilization along the channel of the course, a three-component magnetometer is used.
Законы управления формируются с помощью микропроцессора и позволяют осуществлять стабилизацию курса, крена и тангажа (стабилизация углов относительно центра масс) и координированных разворотов по курсу.Control laws are formed using a microprocessor and allow stabilization of heading, roll and pitch (stabilization of angles relative to the center of mass) and coordinated turns on the course.
Компенсация сноса платформы из-за ветра (стабилизация центра масс) осуществляется с помощью приемника глобальной навигационной системы (GPS - приёмника) и акселерометров.Compensation of the platform drift due to wind (stabilization of the center of mass) is carried out using the receiver of the global navigation system (GPS receiver) and accelerometers.
Автоматизированная система управления производит контроль текущих параметров платформы, напряжения питания, температуры, давления и т.д. Кроме этого, в состав системы управления входит блок диагностики (не показан), позволяющий обеспечить работоспособность платформы при выходе из строя двух любых тяговых двигателей.The automated control system monitors the current platform parameters, supply voltage, temperature, pressure, etc. In addition, the control system includes a diagnostic unit (not shown), which allows to ensure the platform’s operability in case of failure of any two traction engines.
В случае обрыва кабель-троса предусмотрен автоматический режим аварийной посадки платформы с использованием энергии бортового аккумулятора.In the event of a cable cable break, an automatic emergency landing mode of the platform using the energy of the onboard battery is provided.
Одним из основных достоинств предлагаемого технического решения является возможность использования хорошо разработанной технологии передачи электрической энергии и
информационных потоков с помощью кивларового кабель-троса. Наличие в кабеле медных проводов обеспечивает надежное электропитание электродвигателей платформы и их работу в течении длительного времени без опускания платформы на землю (не менее одного года); оптическое волокно в кабель-тросе позволяет передавать с высокой скоростью (100 Мбит/с) большие объемы информации с борта на землю и с земли на борт.One of the main advantages of the proposed technical solution is the ability to use well-developed technology for the transfer of electrical energy and information flows using kivlar cable. The presence of copper wires in the cable ensures reliable power supply of the platform electric motors and their operation for a long time without lowering the platform to the ground (at least one year); the optical fiber in the cable allows you to transfer large amounts of information from board to ground and from ground to board with high speed (100 Mbit / s).
Кроме этого указанные платформы могут обеспечить функции видеонаблюдения и ряд других функций которые были описаны ранее.In addition, these platforms can provide video surveillance functions and a number of other functions that have been described previously.
Для удовлетворения предъявляемых к воздушным телекоммутационным системам связи эксплуатационных требований необходимо выбрать рациональную схему построения телекоммуникационной платформы, обладающую наилучшими массогабаритными показателями.To meet the operational requirements for aerial telecommutation communication systems, it is necessary to choose a rational scheme for building a telecommunication platform that has the best overall dimensions.
Наличие высокоскоростных и моментных электрических двигателей, отличающихся характером движения ротора, видом источника энергии, а также последовательностью расположения их в кинематической схеме обуславливает многообразие вариантов конструктивно-компоновочных схем, которые могут обеспечить заданные технологические требования.The presence of high-speed and torque electric motors that differ in the nature of the rotor movement, the type of energy source, as well as the sequence of their location in the kinematic scheme determines the variety of design and layout schemes that can provide specified technological requirements.
Проведенные предварительные исследования типов летательных аппаратов показывают, что наиболее выгодной в настоящее время является векторная конструкция с количеством винтов более 3.A preliminary study of the types of aircraft shows that the most advantageous currently is a vector design with more than 3 screws.
Были рассмотрены одновинтовая, двухвинтовая соосная, двухвинтовая продольная, трехвинтовая, четырехвинтовая и шестивинтовая схемы построения летательных аппаратов, чтобы выявить преимущества . и недостатки каждой конструкции с учетом требований, предъявляемых к платформе.
Шестивинтовая схема позволяет обеспечить работоспособность телекоммуникационной винтокрылой платформы при двух любых несущих двигателях. Поэтому исходя из соображений надежности для дальнейших разработки следует выбрать схема построения телекоммункационной воздушной платформы с шестью винтами.Single-screw, twin-screw coaxial, twin-screw longitudinal, three-screw, four-screw and six-screw aircraft construction schemes were considered to identify advantages . and the disadvantages of each design, taking into account the requirements for the platform. The six-screw circuit allows for the operation of a telecommunications rotorcraft platform with any two supporting engines. Therefore, on the basis of reliability considerations, for further development it is necessary to choose a scheme for constructing a telecommunication air platform with six screws.
Автоматическая телекоммуникационная шестивинтовая платформа значительно повышает характеристики управляемости, маневренности и грузоподъемности. Она состоит из фюзеляжа, который включает в себя корпус приборного отсека, соединенного с шестью гондолами двигателей. В гондолах установлены электрические двигатели с редукторами и винтами. На периферии гондол размещены также проблесковые маячки. В корпусе приборного отсека установлены аккумуляторная батарея, преобразователи напряжения и вторичные источники питания, базовая станция системы беспроводного широкополосного доступа, видеокамера наблюдения и система автоматического управления телекоммункационной воздушной платформой. Платформа соединяется с кабелем-тросом посредством двухосного карданового подвеса.The six-screw automatic telecommunications platform significantly improves handling, maneuverability and payload. It consists of a fuselage, which includes an instrument compartment housing connected to six engine nacelles. The gondolas are equipped with electric motors with gears and screws. Flashing beacons are also located on the periphery of the nacelles. A battery compartment, voltage converters and secondary power sources, a base station of a wireless broadband access system, a surveillance camera and an automatic control system for a telecommunication air platform are installed in the instrument compartment housing. The platform is connected to the cable cable via a biaxial gimbal.
При потребной тяге группы винтов 500 н, суммарная масса двигателей составляет соответственно Mq=IO кг, а энергопотребление 5 КВт.With the required thrust of the group of screws 500 n, the total mass of the engines is Mq = IO kg, respectively, and the power consumption is 5 kW.
В конструкции устройства использованы разработанные авиационной промышленностью электродвигатели постоянного тока на основе магнитов SmCo, имеющие характеристики удовлетворяющие заданным требованиям эксплуатации телекоммуникационной воздушной платформы.The device’s construction uses DC motors developed by the aviation industry based on SmCo magnets that have characteristics that meet the specified requirements for the operation of a telecommunication air platform.
Предлагаемый способ формирования региональных беспроводных сетей передачи информации предполагает возможность использования не только электрических, но и других типов источников
питания для обеспечения создания вертикальной составляющей вектора тяги телекоммутационной воздушной платформы.The proposed method for the formation of regional wireless networks for the transmission of information suggests the possibility of using not only electrical, but also other types of sources power supply to ensure the creation of the vertical component of the thrust vector of the telecommunication air platform.
Таким образом, обеспечен технический результат предлагаемых изобретений заключающийся в расширении функциональных возможностей способа формирования сети и устройства воздушных платформ за счет обеспечения возможности автоматизации ориентации и стабилизации положения платформ, упрощения конструкции и обслуживания в процессе их эксплуатации с одновременным повышением надежности, непрерывности и длительности использования региональных сетей с предлагаемой платформой.
Thus, the technical result of the proposed inventions is provided, which consists in expanding the functionality of the method of forming a network and arranging air platforms by providing the ability to automate orientation and stabilize the position of platforms, simplifying the design and maintenance during their operation, while increasing the reliability, continuity and duration of using regional networks with the proposed platform.