РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ	(19) RU (11) 2 256 894 (13) C1
	(51) МПК G01M 3/00 (2000.01) F17D 5/02 (2000.01) G01V 3/165 (2000.01)

Статус:	не действует (последнее изменение статуса: 02.07.2021)
Пошлина:	Возможность восстановления: нет.

(21)(22) Заявка: 2003131372/28, 15.10.2003 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 15.10.2003 (45) Опубликовано: 20.07.2005 Бюл. № 20 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2200900 C1, 20.03.2003. RU 2091759 C1, 27.09.1997. RU 2040783 C1, 25.07.1995. RU 2017138 C1, 30.07.1994. US 3490032 A, 13.01.1970. US 3808519 A, 30.04.1974. US 6229313 B1, 08.05.2001. AU 490249 A, 29.04.1976. ЕР 0052053 А, 19.05.1982. Адрес для переписки: 197348, Санкт-Петербург, Богатырский пр-кт, 2, ЛенСПЕЦСМУ, В.А. Заренкову

(72) Автор(ы): Заренков В.А. (RU), Заренков Д.В. (RU), Дикарев В.И. (RU), Койнаш Б.В. (RU) (73) Патентообладатель(и): Заренков Вячеслав Адамович (RU), Заренков Дмитрий Вячеславович (RU), Дикарев Виктор Иванович (RU), Койнаш Борис Васильевич (RU)

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Предлагаемый комплекс относится к области диагностики техники и может быть использован для систематического дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ, а именно для раннего обнаружения нарушений герметичности, повреждений и утечек в газопроводе, за счет обеспечения лучших условий выполнения мониторинга, повышения оперативности и достоверности измеренных параметров состояния газовых трубопроводов с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

Известны ДПЛА модели “Эксперт”, “Альбатрос” для экологического контроля [1], однако ими не выполняется задача выявления разрушений катодной защиты, утечек газа на ранних этапах, повреждений магистральных газопроводов.

Известен беспилотный летательный аппарат, содержащий аэродинамические поверхности, несущую конструкцию, двигатель, аппаратуру дистанционного управления, полезную нагрузку - телекамеру, ИК-систему и лазерный дальномер-указатель [2].

Однако его назначением является поиск и обнаружение только военной техники.

Известны оптикоэлектронная аппаратура видимого и ИК-диапазонов излучений, газоанализаторы, применяемые для непосредственного измерения в среде газа, и лучевые газоанализаторы для дистанционного обнаружения экологически опасных газов [3, 4]. Для диагнгостики повреждений газопроводов в месте разрушения измеряют величину концентрации транспортируемого газа в приземном слое.

Однако магистральные газопроводы отличаются большой протяженностью и зачастую затрудненным доступом к ним, а непосредственное исследование неэффективно.

Известны способ и устройство для аэроразведки катодной защиты подземных трубопроводов [5], в которых используются магнитометрическую систему, содержащую измеритель магнитной индукции (датчики) пассивного соленоидного типа, усилители, цифровой фильтр и вычислитель.

Магнитометрическую систему размещают на борту вертолета и используют для контроля тока, протекающего по трубопроводу. На борту вертолета устанавливается минимум один магнитометр, выпускаемый на тросовой подвеске, длиной до 50 м, в момент измерений над подземным трубопроводом. После детектирования магнитного поля, создаваемого протекающим по трубопроводу постоянным током, посторонние сигналы, не относящиеся к магнитному полю трубопровода, отфильтровывают и определяют линейное положение, занимаемое магнитометром по отношению к трубопроводу в процессе полета. Величину магнитного поля регистрируют в соответствии с линейным положением магнитометра по отношению к трубопроводу.

Однако установка магнитометрических систем на вертолет или самолет приводит к тому, что эти системы работают в условиях сильных электромагнитных полей, создаваемых конструкцией и работой устройств самолета или вертолета, и дополнительных эксплуатационных трудностях.

Известно авиационное устройство для обнаружения утечек газа из трубопроводов [6], содержащее носитель-вертолет и диагностическую аппаратуру-газоанализатор и тепловизор, включающие два лазера, блок контроля интенсивности излучения, усилитель-преобразователь, блок формирования времени задержки, вычислитель с блоком буферной и долговременной памяти, дисплей. В устройство включены приемная оптическая система, фотоприемное устройство, тепловизионное устройство, содержащее блок формирования температурного контраста земной поверхности вблизи трубы, блок формирования видимого изображения, блок визуализации с выводом на дисплей. В устройство включены блоки, позволяющие управлять режимом работ, производить перестройку длины волны, интенсивности излучений.

При этом тепловизионное устройство фиксирует распределение контрастов энергетической яркости элементов исследуемых объектов. Газоанализатор работает по методу дифференциального поглощения излучения лазеров с отражением от земли. Происходит измерение величины поглощения излучения He-Ne-лазеров с длиной волны излучения λ ₁ и λ ₂. Излучение λ ₁ поглощается λ ₁=3,3922 мкм метаном, а λ ₂=3,3912 мкм не поглощается. Излучения отражаются от земли на борту ЛА и регистрируются.

Однако данная система не обеспечивает точности, достоверности результатов измерений из-за большой высоты полете носителя, отсутствия аппаратуры для исследования нарушений герметичности и определения магнитного поля трубопровода и уменьшает безопасность эксплуатации при снижении вертолета над трассой.

Наиболее близким к предлагаемому является “Автоматический беспилотный диагностический комплекс” (патент РФ №2.200.900, F 17 D 5/02, 2000), который и выбран в качестве прототипа [7].

Комплекс содержит дистанционно-пилотируемый летательный аппарат с планером, силовой установкой, системой автоматического управления и блоком управления бортовыми системами. В систему автоматического управления входят инерциальная навигационная система, приемная аппаратура спутниковой навигационной системы, радиовысотомер малых высот. Предусмотрены также система автоматического дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающая системы командного радиоуправления, обзорную телевизионную систему, систему автоконтроля работы бортовых систем, систему обеспечения посадки, мобильный наземный пункт управления. В состав комплекса введены система диагностики состояния трубопроводов и блок управления системой диагностики, размещенные в фюзеляже летательного аппарата, а также вычислитель действительных координат. Комплекс обеспечивает повышение точности и надежности обнаружения утечек газа и разрушений газового трубопровода.

Однако данный комплекс не обеспечивает надежного обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления.

Технической задачей изобретения является обеспечение надежного обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления путем использования дуплексной радиосвязи на двух частотах и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Поставленная задача решается тем, что в автоматическом беспилотном диагностическом комплексе, содержащем дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, включающий планер, силовую установку с поршневым двигателем, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, содержащую инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомер малых высот и вычислитель действительных координат, подключенный к инерциальной навигационной системе и приемной аппаратуре спутниковой навигационной системе, систему автоматического дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающую систему командного радиоуправления и обзорную телевизионную систему, систему автоконтроля работы бортовых систем, радиотелеметрическую систему, систему обеспечения посадки с устройством торможения основных колес шасси, систему диагностики состояния магистральных трубопроводов и блок управления системой диагностики, размещенные в фюзеляже летательного аппарата, при этом вычислитель действительных координат и первый вход-выход блока управления системой диагностики подключены к блоку управления бортовыми системами, второй вход-выход блока управления системой диагностики подключен к системе диагностики состояния газопровода, а третий вход-выход связан с системой командного радиоуправления, а также мобильный наземный пункт управления с устройствами связи и контроля, радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом источника дискретных сообщений и команд, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции, причем частоты ω _г1 и ω _г2 гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту

ω _г2-ω _г1=ω _пр2,

радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω ₁=ω _пp1=ω _г2, а принимает - на частоте ω ₂=ω _г1, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω ₂, а принимает - на частоте ω ₁.

Структурная схема автоматического беспилотного дистанционного комплекса представлена на фиг.1. Структурная схема радиостанции 15.1, размещенной на борту дистанционно-пилотируемого летательного аппарата, изображена на фиг.2. Структурная схема радиостанции 15.2, размещенной на наземном пункте 26 управления, изображена на фиг.3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая процесс преобразования сигналов, показана на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы радиотелеметрической системы, изображены на фиг.5.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит систему 1 автоматического управления, спутники 2.i (i=1,2,... ,24) глобальной навигационной системы “Навстар” или “ГЛОНАСС”, навигационную систему 3, инерциальную навигационную систему 4, приемную аппаратуру 5 спутниковой навигационной системы “Навстар” или “ГЛОНАСС”, вычислитель 6 действительных координат спутниковой навигационной системы, радиомаяк 7, систему 8 воздушно-скоростных сигналов, малогабаритный радиовысотомер 9 малых высот, систему 10 автоматического дистанционного управления, систему 11 команд радиоуправления, информационно-логический блок 12, приемную аппаратуру 13 командного радиоуправления, обзорную телевизионную систему 14, систему 15 радиотелеметрии, систему 16 автоконтроля работы бортовых систем ДПЛА с вычислителем, систему 17 управления двигателем, вычислитель 18 системы автоматического управления, радиоретранслятор 19, блок 20 управления бортовыми системами, бортовой накопитель 21 информации, систему 22 посадки и выпуска парашюта, блок 23 управления системой диагностики состояния магистральных газопроводов, систему 24 диагностики состояния магистральных газопроводов, радиовысотомер 25, наземный пункт 26 управления, наземный пульт 27 управления, стартовую катапульту и систему 28 спасения.

Радиотелеметрическая система 15 содержит две радиостанции 15.1 и 15.2, размещенные на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате (ДПЛА) и наземном пункте 26 управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные генератор 30.1 (30.2) высокой частоты, фазовый манипулятор 31.1 (31.2), второй вход которого соединен с выходом источника 32.1 (32.2) дискретных сообщений и команд, первого смесителя 33.1 (33.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 34.1 (34.2), усилитель 35.1 (35.2) первой промежуточной частоты, первого усилителя 36.1 (36.2) мощности, дуплексера 37.1 (37.2), вход - выход которого связан с приемопередающей антенной 38.1 (38.2), второй усилитель 39.1 (39.2) мощности, второй смеситель 40.1 (40.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 41.1 (41.2), усилитель 42.1 (42.2) второй промежуточной частоты, перемножитель 43.1 (43.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 34.1 (34.2), полосовой фильтр 44.1 (44.2) и фазовый детектор 45.1 (45.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 41.1 (41.2), а выход является выходом радиостанции.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, планер которого выполнен из дешевых композиционных материалов.

Аэродинамическая схема ДПЛА содержит моноплан с высокорасположенным крылом небольшой стреловидности, двухбалочным хвостовым оперением и расположенным в задней части фюзеляжа двухцилиндровым двухтактным поршневым двигателем с трехлопастным толкающим воздушным винтом фиксированного шага. В центроплане крыла размещаются мягкие топливные баки. В центральной части центроплана размещается посадочный парашют. Хвостовое оперение выполнено двухкилевым. Между килями располагается стабилизатор.

В передней части фюзеляжа расположен отсек полезной нагрузки. Двигатель выполнен поршневым с трехлопастным винтом фиксированного шага, подключенным к системе 17 управления двигателем.

ДПЛА имеет трехколесное шасси. Основные колеса имеют тормозные устройства, обеспечивающее одновременно и дифференциальное торможение, связанные с системой 22 посадки и выпуска парашюта, подключенной к блоку 20 управления бортовыми системами.

Бортовые системы ДПЛА содержат систему 1 автоматического управления, состоящую из двух систем.

Первая система - навигационная 3, в состав которой включены: инерционная навигационная система 4 (ИНС), приемная аппаратура 5 спутниковой системы (СНС), связанной со спутниками 2.i (i=1, 2,... ,24), система 8 воздушно-скоросных скоросных сигналов, подключенная к вычислителю 18 САУ, малогабаритной радиовысотомер 9 малых высот, подключенных к блоку 20 управления бортовыми системами.

Вторая система - система 10 автоматического дистанционного управления, в состав которой входят система 13 командного радиоуправления, обзорная телевизионная система 14. Система 17 управления двигателем подключена к системе 11 команд радиоуправления и блоку 20 управления бортовыми системами. Радиотелеметрическая система 15 соединена с системой 16 автоконтроля, подключенной к входу блока 20 управления бортовыми системами, входы вычислителя 18 САУ подключены к системе 8 воздушно-скоростных сигналов, информационно-логический блок 12 - к системе 11 команд радиоуправления, а выход вычислителя 18 связан с рулями направления 29. Блок 20 управления бортовыми системами связан с выходами радиовысотомера 25, бортового накопителя 21 информации, радиомаяка 7, выходами системы 22 посадки и выпуска парашюта, подключенной к системе 11 команд радиоуправления, блок 23 управления системой диагностики, вычислителя 6 действительных координат, входы которого связаны с ИНС 4 и приемной аппаратурой 5 СНС. Система 24 диагностики состояния магистральных газопроводов подключена своими входами - выходами к блоку 23 управления системой диагностики.

Наземная часть содержит радиотелеметрическую систему 15, телевизионную систему 14, стартовую катапульту 28, связанную с наземным пультом 27 управления наземного пункта 26.

В блоке 23 управления системой диагностики встроены блок контроля функционального состояния диагностической системы, блок накопления диагностической информации, блок включения/отключения, блок включения обогрева диагностической аппаратуры, блок вычислений.

Система 24 диагностики состояния магистральных газопроводов содержит магнитометр, соединенный с пассивными магнитометрическими датчиками, тепловизор, лазерный газоанализатор, телевизионную систему и соединена с блоком 23 управления системой диагностики.

Выполнение полета и диагностики состояния газовых трубопроводов с помощью АБДК осуществляется следующим образом.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс (АБДК) обеспечивает наилучшие условия выполнения мониторинга и измерения параметров состояния газовых трубопроводов с помощью бортовой аппаратуры. Навигационная система 3 в составе ИНС 4, приемной аппаратуры 5 СНС, системы 8 воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомера 9 малых высот обеспечивает стабилизацию углового положения ДПЛА на всех режимах полета, управление полетом ДПЛА по заданному программой маршруту, выдачу потребителям текущих координат ДПЛА и другой навигационной информации.

Система 10 автоматического дистанционного управления в составе блока 11 командного логического блока 12, приемной аппаратуры 13 командного радиоуправления, обзорной телевизионной системы 14 обеспечивает:

коррекцию или изменение маршрута полета ДПЛА;

управление системами ДПЛА при выполнении автоматического взлета по-самолетному;

управление системами ДПЛА при выполнении штатной, вынужденной или аварийной посадки по-самолетному;

автоматическое пилотирование ДПЛА, прекращение выполнения задания и возврат на площадку посадки, в случае необходимости;

обеспечивает безопасность полета ДПЛА и газопроводов в случае остановки двигателя, выхода из строя командной радиолинии управления.

В чрезвычайных обстоятельствах система переключает управление полетом ДПЛА на себя и работает автономно по записанной в БЦВМ 21 логике в соответствии с конкретными отказами.

Система обеспечения посадки ДПЛА включает парашютную систему, трехколесное шасси. Система обеспечивает выполнение посадки ДПЛА по-самолетному на подготовленную площадку.

Диагностирование выполняют с помощью установленных на ДПЛА газоанализатора, тепловизора, магнитометрической системы контроля катодной защиты трубопровода, с помощью телевизионной системы. Тепловизор позволяет получить видимое изображение исследуемого трубопровода по его собственному тепловому (ИК) излучению, определяя формы и места положения слабонагретых и замаскированных трубопроводов в дневных и ночных условиях. Тепловые аномалии, создаваемые магистральными трубопроводами, связаны с транспортом нагретого газа и утечками из трубопровода.

Для работы системы диагностики обеспечивают ввод данных о точной высоте полета над трубой с помощью радиовысотомера, об угловых координатах положения планера, о текущих координатах местности, поступающих из НО в вычислитель блока управления системой диагностики состояния магистральных газопроводов и далее в блоки вычисления и накопления.

В процессе полета обзорная телевизионная система передает на наземный пункт управления обзор местности, передает изображение, текущие координаты полета, информацию о работе и отказах бортовых систем. Оператор наблюдает на видеокамере изображение трубы относительно ДПЛА по визуальной сетке. Изображением желаемой траектории полета является визирная сетка, перекрестие, направленное на цель, которую необходимо выдерживать. Объективы тепловизора, телевизионной системы автоматически закрываются с помощью шторок при взлете и посадке. Через командную радиолинию с земли оператор корректирует полет ДПЛА, осуществляет контроль функционального состояния диагностической системы, при необходимости ее обогрев и управление диагностической системой. В результате чего происходят измерения полей температурного контраста тепловизионной системой, затем измерение концентрации трансформируемого газа газоанализатором. Определение магнитного поля регистрируют в соответствии с линейным положением магнитометра по отношению к трубопроводу. При этом скорость сканирования тепловизионной и телевизионной систем устанавливается по сигналу, поступающему из блока 23 управления, опеределяемому по соотношению скорости полета к высоте. Полученные измерения диагностической системы и параметры траектории полета поступают в блок вычислителя и затем в блок накопления диагностической информации, встроенные в блок 23 управления диагностической системы.

В вычислителе 6 используется комплексная обработка информации (КОИ), результатом которой является действительные значения параметров движения ЛА.

Повышение точности формирования действительных значений пилотажно-навигационных параметров достигается использованием оптимальной КОИ с реализацией фильтра Калмана.

В приемной аппаратуре 5 СНС измеряется псевдодальность по оценке задержки огибающей псевдослучайных последовательностей и радиальная псевдоскорость по оценке доплеровского смещения частоты несущей. В сигналы кодов закладывается соответствующий массив служебной информации, содержащей эфемериды, альманах, частотно-временные поправки, метки времени, сведения о работоспособности бортовой аппаратуры по результатам измерений. В приемной аппаратуре 5 СНС решается навигационно-временная задача.

Управление АБДК осуществляется с помощью системы 18 автоматического управления, обеспечивающей отработку и стабилизацию пространственной траектории, отслеживающей траекторию движения АБДК, и автомата управления тягой двигателей, выдерживающего заданную скорость полета.

Радиостанции 15.1 и 15.2 радиотелеметрической системы 15 работают следующим образом.

Генератор 30.1 высокой частоты формируют гармоническое колебание (фиг.5,а)

u_с1(t)=U_с1сos(ω _ct+ϕ _с1), 0≤ t≤ T_с1,

где U_с1, ω _с, ϕ _с1, T_с1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания, которое поступает на первый вход фазового манипулятора 31.1, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) (фиг.5, б) с выхода источника 32.1 дискретных сообщений и команд. В качестве источника 32.1 дискретных сообщений и команд могут быть текущие координаты ДПЛА, информация о работе и отказах бортовых систем и т.п. На выходе фазового манипулятора 31.1 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.5, в)

u₁(t)=U_с1cos[ω _ct+ϕ _k1(t)], 0≤ t≤ Т_с1,

где ϕ _k1(t)={0,π } - манипулированная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с манипулирующим кодом M₁(t) (фиг.5, 6), причем ϕ _k1(t)=const при kτ _э<t<(k+1)τ _э и может изменяться скачком при t=kτ _э, т.е. на границах между элементарными посылками (л=1, 2,... ,N₁-1):

τ _э, N₁ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_C1(T_C1=τ _эN₁),

который поступает на первый вход смесителя 33.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34.1

u_г1(t)=U_г1cos(ω _г1t+ϕ _г1).

На выходе смесителя 33.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.1 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты

U_пp1(t)=U_пp1cos[ω _пp1t+ϕ _k1(t)+ϕ _пp1], 0≤ t≤ Т_с1,

где ;

К₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω _пp1=ω _c+ω _г1 - первая промежуточная частота;

ϕ _пр1=ϕ _с1+ϕ _г1.

Это напряжение после усиления в усилителе 36.1 мощности через дуплексер 37.1 излучается приемопередающей антенной 38.1 в эфир на частоте ω ₁=ω _пp1, улавливается приемопередающей антенной 38.2 и через усилитель 39.2 мощности поступает на первый вход смесителя 40.2. На второй вход смесителя подается напряжение u_г1(t) гетеродина 41.2. На выходе смесителя 40.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 42.2 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_пp2(t)=U_пp2соs[ω _пр2t+ϕ _k1(t)+ϕ _пp2], 0≤ t≤ T_с1,

где ;

ω _пp2=ω _пр1-ω _г1 - вторая промежуточная частота;

ϕ _пр2=ϕ _пр1+ϕ _г1,

которое поступает на первый вход перемножителя 43.2. На второй вход перемножителя 43.2 подается напряжение гетеродина 34.2

u_г2(t)=U_г2·cos(ω _г2t+ϕ _г2).

На выходе перемножителя 43.2 образуется напряжение (фиг.5, г)

u₂(t)=U₂·cos[ω _г1t-ϕ _k1(t)+ϕ _г1], 0≤ t≤ T_с1,

где ;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется полосовым фильтром 44.2 и поступает на вход фазового детектора 45.2, на опорный вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 41.2. На выходе фазового детектора 45.2 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5, д)

u_н1(t)=U_н1·cosϕ _k1(t), 0≤ t≤ T_с1,

где ;

пропорциональное модулирующему коду M₁(t).

На наземном пункте 26 управления формируется с помощью генератора 30.2 высокой частоты гармоническое колебание (фиг.5, е)

u_c2(t)=U_с2·cos(ω _ct+ϕ _c2), 0≤ t≤ Т_c2,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 31.2, на второй вход которого подается модулирующий код М₂(t) (фиг.5, ж) с выхода источника 32.2 дискретных сообщений и команд. В качестве источника дискретных сообщений могут быть сигналы запроса о работе различных бортовых систем, команды на включение или выключение блоков и т.д. На выходе фазового манипулятора 31.2 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (фиг.5, з)

u₃(t)=U_с2·cos[ω _ct+ϕ _k2(t)+ϕ _c2], 0≤ t≤ Т_c2,

который поступает на первый вход смесителя 33.2, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 34.2. На выходе смесителя 33.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.2 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты

u_пp3(t)=U_пр3·cos[ω ₂t+ϕ _k2(t)+ϕ _пр3], 0≤ t≤ Т_c2,

где

Это напряжение после усиления в усилителе 36.2 мощности через дуплексер 37.2 излучается приемопередающей антенной 38.2 на частоте ω ₂ в эфир, улавливается приемопередающей антенной 38.1 и через усилитель 39.1 мощности поступает на первый вход смесителя 40.1. На второй вход смесителя 40.1 подается напряжение г_u2(t) гетеродина 41.1. На выходе смесителя 40.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 42.1 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_пp4(t)=U_пр4·cos[ω _пр2t+ϕ _k(t)+ϕ _пр4], 0≤ t≤ Т_с2,

где ;

ω _пp2=ω _г2-ω ₂ - вторая промежуточная (разностная) частота,

ϕ _пр4=ϕ _пр3-ϕ _г2,

и поступает на первый вход перемножителя 43.1, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 34.1. На выходе перемножителя 43.1 образуется напряжение (фиг.5, и)

u₄(t)=U₄·cos[ω _г2t-ϕ _k2(t)+ϕ _г2], 0≤ t≤ Т_с2,

где ,

которое выделяется полосовым фильтром 44.1 и поступает на информационный вход фазового детектора 45.1, на опорный вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 45.1. На выходе фазового детектора 45.1 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5, к)

u_н2(t)=U_н2·cosϕ _k2(t), 0≤ t≤ T_с2,

где ,

пропорциональное модулирующему коду М₂(t).

При этом частоты ω _г1 и ω _г2 гетеродинов 34.1 (34.2) и 41.1 (41.2) разнесены на вторую промежуточную частоту ω _г2-ϕ _г1=ω _пp2.

Радиостанция 15.1, размещаемая на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω ₁=ω _пр1=ω _г2, а принимает - на частоте ω ₂=ω _г1. Радиостанция 15.2, размещаемая на наземном пункте 26 управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω ₂, а принимает - на частоте ω ₁.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс позволяет получать визуальную информацию о состоянии магистральных газопроводов в сложных метеоусловиях, в любое время суток при полете ДПЛА на высоте 50 м со скоростью 120... 140 км/час над газопроводом в равнинной местности по координатам с использованием СНС, что уменьшает ошибки, не превышающие по боковому отклонению ±10 м и по высоте ±20 м.

В каждом полете ДПЛА продиагностируется до 450 км газопровода. Обнаружение мест утечек аза обеспечивается диагностической системой при расходе газа 20... 50 м³/сутки, выявляются разрушение покрытий в трубе площадью от 1 м и более. Полеты совершают в оба направления магистрали на удалении до 225 км (до следующей через одну станцию газоперекачки) с возвратом на площадку старта.

Таким образом, предлагаемый автоматический беспилотный дистанционный комплекс по сравнению с прототипом обеспечивает надежный обмен радиотелеметрической информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления. Это достигается выполнением радиотелеметрической системы в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарата и наземном пункте управления соответственно, между которыми устанавливается дуплексная радиосвязь на двух частотах с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Кроме того, указанная система позволяет надежно дублировать команды управления и сообщения, которыми обмениваются дистанционно-управляемый летательный аппарат и наземный пункт управления, что обеспечивает более эффективный контроль за состоянием магистральных газопроводов.

Сложные ФМн-сигналы обладают высокой помехоустойчивостью, энергетической и структурной скрытностью. Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника. Сложные ФМн-сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.

Литература

1. Журнал “Крылья России”, 1998, Москва, Беспилотные самолеты “Пчелка-1T”, модели “Эксперт” и “Альбатрос”, ОКБ им. А.С.Яковлева.

2. Fligt Jnt. - 1990 - 137, 4201. С.15. Беспилотный самолет с новым крылом и оперением, фирма JaJ Израиль.

3. Патент РФ № 2.158.423. Способ дистанционного обнаружения экологически опасных азов. МПК G 01 N 21/61, 2000.

4. Патент РФ № 2.017.138. Способ обнаружения утечек природного газа из трубопроводов. МПК G 01 N 21/61, 2000.

5. Патент США № 2.04.940. Способ и устройство для аэроразведки катодной защиты подземных трубопроводов.

6. Патент РФ № 2.091.759. Авиационное устройство для обнаружения утечек аза из трубопроводов. МПК G 01 N 21/3 9, 2001.

7. Патент РФ № 2.200.900. Автоматический беспилотный диагностический комплекс. МПК F 17 D 3/02, 2000.

Формула изобретения

Автоматический беспилотный диагностический комплекс, содержащий дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, включающий планер, силовую установку с поршневым двигателем, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, содержащую инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомер малых высот и вычислитель действительных координат, систему автоматического дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающую приемную аппаратуру командного радиоуправления и обзорную телевизионную систему, радиоретрансляционную систему, систему автоконтроля работы бортовых систем, радиотелеметрическую систему, систему посадки и выпуска парашюта, систему управления двигателем, вычислитель системы автоматического управления, радиомаяк, систему диагностики состояния магистральных трубопроводов и блок управления системой диагностики, размещенные в фюзеляже летательного аппарата, а также мобильный наземный пункт управления, содержащий радиотелеметрическую систему, телевизионную систему, стартовую катапульту и пульт управления, отличающийся тем, что радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с источником дискретных сообщений и команд, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции, причем частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту ω_г2-ω_г1=ω_пр2, радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₁=ω_пp1=ω_г2, а принимает - на частоте ω₂=ω_г1, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₂, а принимает - на частоте ω₁.

ИЗВЕЩЕНИЯ

MM4A - Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

(21) Регистрационный номер заявки: 2003131372

Дата прекращения действия патента: 16.10.2005

Извещение опубликовано: 27.01.2007БИ: 03/2007