РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ |
(19)
RU
(11)
2 290 681
(13)
C1 | |||||
| ||||||
| Статус: | не действует (последнее изменение статуса: 02.07.2021) |
| Пошлина: | учтена за 7 год с 19.04.2011 по 18.04.2012. Возможность восстановления: нет. |
|
(21)(22) Заявка: 2005111525/28, 18.04.2005 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: (45) Опубликовано: 27.12.2006 Бюл. № 36 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2207613 C1, 27.06.2003. Шаров С.Н. Основы проектирования координаторов систем управления движущимися объектами. Учебное пособие. - М.: Гос. Комитет СССР по народному образованию, 1990, с.4, рис.1.1. RU 2145725 C1, 20.02.2000. US 5987371 A, 16.11.1999. DE 3200004 A1, 14.07.1983. US 6319008 B1, 20.11.2001. Адрес для переписки: |
(72) Автор(ы): (73) Патентообладатель(и): |
(54) КОМПЛЕКС БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах управления, предназначенных для высокоточного позиционирования беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата система управления БПЛА содержит дешифратор разовых команд, инерциальный блок, блок датчиков угловых скоростей и систему обнаружения и самонаведения. При этом система самонаведения содержит источник электропитания, привод антенны, подвижный отражатель антенны, датчик углового положения антенны, генератор импульсов, фазовый манипулятор, передающее устройство, циркулятор, суммарно-разностный преобразователь, приемные устройства, цифровые согласованные фильтры, обнаружитель, дальномер и измеритель угловых координат, объединенные соответствующими связями. 3 ил.
Изобретение относится к системам управления местоположением и курсом беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и может быть использовано в системах управления, предназначенных для высокоточного приведения БПЛА к объекту назначения (цели).
Известна система управления БПЛА по патенту РФ №2062503, МПК G 01 C 23/00, B 64 G 1/24, публикация 20.06.96 г., которая содержит радиолокационный визир, обеспечивающий измерение координат и параметров цели, систему инерциальной навигации, обеспечивающую измерение координат и параметров движения БПЛА, радиовысотомер, с помощью которого осуществляется корректировка показаний высоты и вертикальной скорости системы инерциальной навигации, устройство обмена информацией, бортовую электронно-вычислительную машину (БЭВМ) и рулевые агрегаты, управляемые сигналами, вырабатываемыми БЭВМ.
Недостатком известного аналога является низкая помехоустойчивость радиолокационного визира, ограниченная возможность его взаимосвязей с БЭВМ, что уменьшает объем решаемых задач, снижает достижимую точность приведения БПЛА к объекту назначения и ограничивает размеры области, в которой указанная задача может быть решена.
Известна система управления БПЛА в соответствии с кн. Шаров С.Н. Основы проектирования координаторов систем управления движущимися объектами / Учебное пособие. - М.: Гос. Ком. СССР по народному образованию. - 1990. - С.4, рис.1.1. Эта система содержит систему управления движением (СУД) в составе БЭВМ и автопилота, включающего инерциальный блок и рулевые агрегаты, управляемые сигналами, вырабатываемыми БЭВМ, и систему обнаружения и самонаведения (СОСН), представляющую собой одноканальную моноимпульсную радиолокационную систему с фазоманипулированным зондирующим сигналом в составе передающего и приемного устройств, антенного устройства с блоком управляемых приводов антенны и устройства обработки сигналов, включающего синхронизатор, дальномер, блок сжатия сигналов, блок пороговой обработки и устройство фиксации координат, формирующее сигналы дальности и углового положения отраженных сигналов, поступающие в БЭВМ.
Преимуществом данной известной системы является использование фазоманипулированного зондирующего сигнала, обеспечивающего более высокую точность самонаведения и более высокую помехозащищенность по отношению к пассивным помехам.
Недостатком является ограниченная возможность адаптации системы к обстановке в области дислокации объекта назначения как в части количества объектов, сходных с объектом назначения, так и в части параметров помеховых воздействий на БПЛА.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предлагаемого изобретения, является бортовая аппаратура систем управления (БАСУ) беспилотным летательным аппаратом по пат. РФ №2207613, МПК G 05 D 1/12, G 01 S 13/42, публикация 27.06.2003 г.
БАСУ БПЛА по прототипу содержит систему управления движением (СУД), включающую инерциальный блок, датчики угловых скоростей, электронно-вычислительную машину (ЭВМ), преобразователь информации и рулевые агрегаты и систему обнаружения и самонаведения (СОСН), включающую антенное устройство с приводом антенны, датчиком угла и циркулятором, генератор импульсов, манипулятор, передающее устройство, приемное устройство, цифровой согласованный фильтр (ЦСФ), обнаружитель сигналов, измеритель дальности и угла цели.
ЭВМ системы управления движением получает информацию от инерциального блока и датчиков угловых скоростей, вычисляет необходимые изменения направления движения и через преобразователь информации передает команды на рулевые агрегаты, обеспечивающие движение БПЛА по заданному маршруту.
Система обнаружения и самонаведения излучает фазоманипулированные (ФМ) импульсы с помощью передающего и антенного устройств, принимает отраженный от объекта сигнал с помощью приемного устройства, сжимает фазоманипулированный сигнал в ЦСФ и измеряет полярные координаты объекта назначения (дальность и угол в азимутальной плоскости) и передает их в ЭВМ СУД, которая вырабатывает сигналы, управляющие рулевыми агрегатами для наведения БПЛА на объект назначения.
Недостатком аппаратуры по прототипу являются ограниченные размеры области точного приведения БПЛА к объекту назначения. Ввиду естественных ошибок СУД, в частности инерциального блока, уточнение места положения объекта назначения относительно БПЛА на конечном участке маршрута производится с помощью СОСН, которая имеет ограниченную область обзора пространства и может привести БПЛА к объекту назначения только в том случае, если неточности системы управления движением, а также погрешности за счет маневрирования объекта назначения не превосходят размеров области обзора пространства системой обнаружения и самонаведения.
Задачей, решаемой изобретением, является расширение области точного приведения БПЛА к объекту назначения.
Сущность изобретения заключается в том, что в состав комплекса бортовой аппаратуры систем управления беспилотным летательным аппаратом (БПЛА), содержащего систему управления движением, включающую дешифратор разовых команд, инерциальный блок, блок датчиков угловых скоростей, выход которого связан через преобразователь информации с входом блока рулевых агрегатов, и систему обнаружения и самонаведения, включающую источник электропитания, привод антенны, подвижный отражатель антенны, датчик углового положения антенны, генератор импульсов, фазовый манипулятор, передающее устройство, циркулятор, суммарно-разностный преобразователь, приемное устройство суммарного канала, приемное устройство разностного канала, цифровой согласованный фильтр суммарного канала, цифровой согласованный фильтр разностного канала, обнаружитель, дальномер и измеритель угловых координат, при этом выход дешифратора разовых команд соединен с входом включения источника электропитания, привод антенны кинематически связан с подвижным отражателем антенны и с датчиком углового положения антенны, выход которого подключен к входу измерителя угловых координат, первый выход генератора импульсов, на котором формируется последовательность импульсов с частотой зондирования, подключен к входу фазового манипулятора и обнуляющему входу дальномера, второй выход генератора импульсов, на котором формируется последовательность импульсов с частотой квантования принятых сигналов, подключен к счетному входу дальномера и к входам квантования цифровых согласованных фильтров суммарного и разностного каналов, выход фазового манипулятора подключен к модулирующему входу передающего устройства и к входам настройки цифровых согласованных фильтров суммарного и разностного каналов, выход сигнала опорной частоты передающего устройства подключен к опорным входам приемных устройств суммарного и разностного каналов, выход зондирующих сигналов передающего устройства через циркулятор связан с входом суммарно-разностного преобразователя, выход суммарного канала которого связан через циркулятор с входом приемного устройства суммарного канала, выход разностного канала суммарно-разностного преобразователя подключен к входу приемного устройства разностного канала, выходы приемных устройств суммарного и разностного каналов подключены соответственно к информационным входам цифровых согласованных фильтров суммарного и разностного каналов, выход цифрового согласованного фильтра суммарного канала подключен к входу обнаружителя, первый выход обнаружителя, на котором формируется сигнал обнаружения, подключен к управляющим входам дальномера и измерителя угловых координат, дополнительно введена система обмена информацией, включающая блок памяти направления обмена информацией, кодирующее и декодирующее устройства связи, передающее устройство связи, приемное устройство связи, циркулятор связи, коммутатор связи, четыре приемопередающие антенны связи, диаграммы направленности которых ориентированы соответственно вверх, вниз, влево, вправо относительно направления движения БПЛА, и формирователь единого информационного поля, в систему управления движением дополнительно введены блок памяти координат объекта назначения и основных параметров траектории полета, коммутатор сигналов, формирователь текущих координат и осевых углов БПЛА и блок вычисления текущих параметров корректировки траектории движения, в систему обнаружения и самонаведения дополнительно введены угловой дискриминатор, блок выбора объекта назначения, блок вычисления относительных координат, формирователь географических координат обнаруженных объектов, интегратор, коммутатор и вентиль, при этом входы блока памяти направления обмена информацией, блока памяти координат объекта назначения и основных параметров траектории полета и формирователя текущих координат и осевых углов БПЛА подключены к интерфейсной магистрали информационного обмена с комплексом предстартовой подготовки, ко второму и третьему входам формирователя текущих координат и осевых углов БПЛА подключены соответственно выходы инерциального блока и блока датчиков угловых скоростей, а к его выходу подключены первые входы дешифратора разовых команд, формирователя географических координат обнаруженных объектов, блока вычисления относительных координат и первый вход блока вычисления текущих параметров корректировки траектории движения, выход которого подключен ко второму входу преобразователя информации, а второй вход подключен к выходу коммутатора сигналов, первый вход которого, а также второй вход дешифратора разовых команд и первый вход блока выбора объекта назначения подключены к выходу блока памяти координат объекта назначения и основных параметров траектории полета, второй вход коммутатора сигналов и управляющий вход привода антенны подключены к выходу коммутатора, а третий вход коммутатора сигналов, переключающий вход привода антенны и управляющий вход вентиля, подключены к выходу управляющих сигналов блока вычисления относительных координат, второй вход которого подключен к выходу блока выбора объекта назначения, а информационный выход подключен к первому входу коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом вентиля, а второй вход подключен к выходу интегратора, вход которого подключен к выходу углового дискриминатора, два информационных входа которого подключены соответственно к выходам цифровых согласованных фильтров суммарного и разностного каналов, а стробирующий вход и вход вентиля подключены к первому выходу обнаружителя, выходы дальномера и измерителя угловых координат подключены соответственно ко второму и третьему входам формирователя географических координат обнаруженных объектов, выход которого подключен к первым входам формирователя единого информационного поля и кодирующего устройства, второй вход которого и второй вход формирователя единого информационного поля подключены ко второму выходу обнаружителя, на котором формируется код амплитуды обнаруженного сигнала, выход кодирующего устройства подключен к входу передающего устройства связи, выход которого через циркулятор связи соединен с входом-выходом коммутатора связи, который через циркулятор связи соединен также с входом приемного устройства связи, управляющий вход коммутатора связи подключен к выходу блока памяти направления обмена информацией, а его четыре канальных входа-выхода подключены соответственно к четырем приемопередающим антеннам связи, выход приемного устройства связи подключен к входу декодирующего устройства, выход которого подключен к третьему входу формирователя единого информационного поля, выход которого соединен со вторым входом блока выбора объекта назначения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - структурная схема комплекса бортовой аппаратуры систем управления БПЛА,
фиг.2 - схема определения абсолютных координат обнаруженного объекта,
фиг.3 - схема выбора объекта назначения в едином информационном поле обнаруженных объектов.
На фиг.1 структурной схемы комплекса приняты следующие обозначения:
1 - система управления движением (СУД),
2 - система обнаружения и самонаведения (СОСН),
3 - система обмена информацией (СОИ),
4 - интерфейсная магистраль информационного обмена с комплексом предстартовой подготовки (КПП),
5 - дешифратор разовых команд (ДРК),
6 - блок памяти координат объекта назначения (ПКОН) и основных параметров траектории полета,
7 - блок памяти направления обмена информацией (ПНОИ),
8 - коммутатор сигналов,
9 - блок вычисления текущих параметров корректировки траектории движения (ВП КТ),
10 - преобразователь информации,
11 - блок рулевых агрегатов,
12 - инерциальный блок,
13 - блок датчиков угловых скоростей (ДУС),
14 - формирователь текущих координат и осевых углов БПЛА (ФКОУ),
15 - подвижный отражатель антенны (ПОА),
16 - привод антенны,
17 - циркулятор,
18 - суммарно-разностный преобразователь (СРП),
19 - датчик углового положения антенны,
20 - источник электропитания,
21 - приемное устройство суммарного канала,
22 - обнаружитель,
23 - дальномер,
24 - измеритель угловых координат,
25 - генератор импульсов,
26 - фазовый манипулятор,
27 - передающее устройство,
28 - формирователь географических координат обнаруженных объектов (ФГК),
29 - блок вычисления относительных координат,
30 - блок выбора объекта назначения (ВОН),
31 - формирователь единого информационного поля (ФЕИП),
32 - коммутатор,
33 - кодирующее устройство связи,
34 - передающее устройство связи,
35 - циркулятор связи,
36 - приемное устройство связи,
37 - декодирующее устройство связи,
38 - коммутатор связи,
39 - приемопередающие антенны связи,
40 - приемное устройство разностного канала,
41 - цифровой согласованный фильтр (ЦСФ) суммарного канала,
42 - цифровой согласованный фильтр (ЦСФ) разностного канала
43 - угловой дискриминатор,
44 - интегратор,
45 - вентиль.
Согласно фиг.1 комплекс бортовой аппаратуры систем управления беспилотным летательным аппаратом содержащий связанные между собой систему 1 управления движением, систему 2 обнаружения и самонаведения и систему 3 обмена информацией.
Система 1 управления движением содержит дешифратор 5 разовых команд, инерциальный блок 12, блок 13 датчиков угловых скоростей, выход которого через преобразователь 10 информации связан с входом блока 11 рулевых агрегатов, и коммутатор 8 сигналов.
Кроме этого, в состав СУД 1 входят блок 6 памяти координат объекта назначения и основных параметров полета, блок 9 вычисления текущих параметров корректировки траектории движения, формирователь 14 текущих координат и осевых углов БПЛА, являющиеся основными функциональными узлами ЭВМ СУД 1, имеющей стандартную конфигурацию, включающую микропроцессорный модуль, оперативное и долговременное запоминающие устройства, адаптеры и устройства согласования, связанные системной интерфейсной магистралью.
Вход блока 6 памяти координат объекта назначения и основных параметров полета и первый вход формирователя 14 текущих координат и осевых углов подключены к интерфейсной магистрали 4 информационного обмена с комплексом предстартовой подготовки БПЛА.
Ко второму и третьему входам формирователя 14 текущих координат и осевых углов подключены соответственно выходы инерциального блока 12 и блока 13 датчиков угловых скоростей, а к его выходу подключен первый вход блока 9 вычисления текущих параметров корректировки траектории движения, выход которого подключен ко второму входу преобразователя 10 информации, а вход - к выходу коммутатора 8 сигналов.
Система 2 обнаружения и самонаведения представляет собой моноимпульсную когерентную радиолокационную систему с фазоманипулированным зондирующим сигналом.
СОСН 2 содержит источник 20 электропитания, привод 16 антенны, подвижный отражатель 15 антенны, датчик 19 углового положения антенны, генератор 25 импульсов, фазовый манипулятор 26, передающее устройство 27, циркулятор 17, суммарно-разностный преобразователь 18, приемное устройство 21 суммарного канала, приемное устройство 40 разностного канала, цифровой согласованный фильтр 41 суммарного канала, цифровой согласованный фильтр 42 разностного канала, обнаружитель 22, дальномер 23, измеритель 24 угловых координат, угловой дискриминатор 43, интегратор 44, вентиль 45, а также формирователь 28 географических координат обнаруженных объектов, блок 29 вычисления относительных координат и блок 30 выбора объекта назначения, являющиеся функциональными узлами ЭВМ СОСН 2, имеющей стандартную конфигурацию, аналогичную ЭВМ СУД 1.
Вход источника 20 электропитания, являющегося одним из элементов системы электропитания СОСН 2, соединен с выходом дешифратора 5 разовых команд, а его выход подключен к входу питания привода 16 антенны, который кинематически связан с подвижным отражателем 15 антенны и с датчиком 19 углового положения антенны, выход которого подключен к информационному входу измерителя 24 угловых координат.
Первый выход генератора 25 импульсов, на котором формируется последовательность импульсов с частотой зондирования, подключен к входу фазового манипулятора 26 и обнуляющему входу дальномера 23, второй выход генератора 25 импульсов, на котором формируется последовательность импульсов с частотой квантования принятых сигналов, подключен к счетному входу дальномера 23 и к входам квантования цифровых согласованных фильтров 41 и 42 суммарного и разностного каналов.
Выход фазового манипулятора 26 подключен к модулирующему входу передающего устройства 27 и к входам настройки цифровых согласованных фильтров 41 и 42 суммарного и разностного каналов.
Выход сигнала опорной частоты передающего устройства 27 подключен к опорным входам приемных устройств 21 и 40 суммарного и разностного каналов. Выход зондирующих сигналов передающего устройства 27 через циркулятор 17 связан с входом суммарно-разностного преобразователя 18, выход которого через циркулятор 17 связан с входом приемного устройства 21 суммарного канала.
Выход разностного канала суммарно-разностного преобразователя 18 подключен к входу приемного устройства 40 разностного канала. Выходы приемных устройств суммарного и разностного каналов подключены соответственно к информационным входам цифровых согласованных фильтров 41 и 42 суммарного и разностного каналов.
Выход цифрового согласованного фильтра 41 суммарного канала подключен к входу обнаружителя 22 и одному из информационных входов углового дискриминатора 43, второй информационный вход которого соединен с выходом цифрового согласованного фильтра 42 разностного канала.
Первый выход обнаружителя, на котором формируется сигнал (импульс) обнаружения, подключен к управляющим входам дальномера 23 и измерителя 24 угловых координат, к стробирующему входу углового дискриминатора 43 и входу вентиля 45, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 32, первый вход которого соединен с информационным выходом блока 29 вычисления относительных координат, а второй - с выходом интегратора 44, вход которого подключен к выходу углового дискриминатора 43.
Выходы дальномера 23 и измерителя 24 угловых координат подключены соответственно ко второму и третьему входам формирователя 28 географических координат, первый вход которого, а также первый вход блока 29 вычисления относительных координат и первый вход дешифратора 5 разовых команд подключены к выходу формирователя 14 текущих координат и осевых углов БПЛА.
Второй вход блока 29 вычисления относительных координат подключен к выходу блока 30 выбора объекта назначения, первый вход которого, а также второй вход дешифратора 5 разовых команд и первый вход коммутатора 8 сигналов подключены к выходу блока 6 памяти координат объекта назначения и основных параметров траектории полета.
К выходу коммутатора 32 подключены управляющий вход привода 16 антенны и второй вход коммутатора 8 сигналов, третий вход которого, а также переключающий вход привода 16 антенны и управляющий вход вентиля 45 подключены к выходу управляющих сигналов блока 29 вычисления относительных координат.
Система 3 обмена информацией содержит блок 7 памяти направления обмена информацией, вход которого подключен к интерфейсной магистрали 4 информационного обмена с комплексом предстартовой подготовки, кодирующее и декодирующее устройства 37 и 37 связи, передающее устройство 34 связи, приемное устройство 36 связи, циркулятор 35 связи, коммутатор 38 связи, четыре приемопередающие антенны 391, ...394 связи, диаграммы направленности которых ориентированы соответственно вверх, вниз, влево, вправо относительно направления движения БПЛА, и формирователь 31 единого информационного поля. Формирователь 31 единого информационного поля и блок 7 памяти направления обмена информацией являются функциональными узлами ЭВМ системы 3 обмена информацией, имеющей стандартную конфигурацию и связанной с ЭВМ СУД 1 и ЭВМ СОСН 2 информационной магистралью межпроцессорного обмена.
Первые входы формирователя 31 единого информационного поля и кодирующего устройства 33 подключены к выходу формирователя 28 географических координат, а их вторые входы подключены ко второму выходу обнаружителя 22, на котором формируется код амплитуды обнаруженного сигнала.
Выход кодирующего устройства 33 подключен к входу передающего устройства 34 связи, выход которого через циркулятор 35 связи соединен с входом-выходом коммутатора 38 связи, который через циркулятор 35 связи соединен также с входом приемного устройства 36 связи.
Управляющий вход коммутатора 38 связи подключен к выходу блока 7 памяти направления обмена информацией, а его четыре канальных входа-выхода подключены соответственно к четырем приемопередающим антеннам 391, ...394 связи.
Выход приемного устройства 36 связи подключен к входу декодирующего устройства 37, выход которого подключен к третьему входу формирователя 31 единого информационного поля, выход которого соединен со вторым входом блока 30 выбора объекта назначения.
Комплекс бортовой аппаратуры систем управления беспилотным летательным аппаратом функционирует следующим образом.
В ходе предстартовой подготовки БПЛА от комплекса предстартовой подготовки по интерфейсной магистрали 4 информационного обмена в БАСУ вводится полетное задание, в частности:
- координаты места старта и осевые направления старта вводятся в формирователь 14 текущих координат и осевых углов БПЛА;
- координаты объекта назначения и основные параметры траектории полета (скорость, высота, курсовой угол, углы тангажа и крена на различных участках траектории БПЛА), а также дальность, на которой включается система 2 обнаружения и самонаведения, вводятся в блок 6 памяти координат объекта назначения и основных параметров траектории полета;
- направление приема дополнительной информации об обстановке в районе объекта назначения и передачи информации, полученной в бортовой аппаратуре систем управления БПЛА, вводятся в блок 7 памяти направления обмена.
После старта БПЛА на начальных участках траектории управление его движением осуществляет система 1 управления движением, работающая следующим образом.
Координаты объекта назначения и основные данные полетного задания (параметры траектории полета): скорость, высота, углы курса, крена и тангажа на различных участках траектории из блока 6 через коммутатор 8 сигналов передаются в блок 9 вычисления текущих параметров корректировки траектории, на первый вход которого поступают текущие значения координат БПЛА и его осевых углов, формируемые формирователем 14 текущих координат и осевых углов по сигналам, поступающим в него из инерциального блока 12 и блока 13 датчиков угловых скоростей.
Блок 9 вычисления текущих параметров корректировки траектории движения путем решения известной системы уравнений управления движением по курсу, крену, тангажу и высоте, основанной на сопоставлении данных полетного задания и текущих параметров движения, вырабатывает необходимые кодовые сигналы управления рулями, поступающие в преобразователь 10 информации, который, суммируя их с сигналами проекций угловой скорости разворота, поступающими на первый вход преобразователя 10 информации из блока 13 датчиков угловых скоростей, формирует аналоговые сигналы углов закладки рулей, поступающие с выхода преобразователя 10 информации на вход блока 11 рулевых агрегатов.
Сигнал с выхода формирователя 14 текущих координат и осевых углов БПЛА поступает также на дешифратор 5 разовых команд, на второй вход которого поступает из блока 6 памяти координат объекта назначения и основных параметров траектории полета сигнал полетного задания о дальности включения системы 2 обнаружения и самонаведения.
Дешифратор 5 при достижении заданной полетным заданием дальности полета формирует сигнал включения источника 20 электропитания СОСН 2, после которого последняя начинает функционировать в соответствии со своей известной логикой работы, включающей три режима: обзор, захват и сопровождение объекта.
Привод 16 антенны в режиме обзора поворачивает подвижный отражатель 15 антенны, обеспечивая путем его сканирования секторный обзор пространства.
Генератор 25 импульсов формирует две последовательности импульсов: последовательность импульсов с частотой зондирования и последовательность с частотой квантования отраженных сигналов. Импульсы первой последовательности поступают с выхода генератора 25 на вход фазового манипулятора 26, который при этом формирует сигнал фазовой манипуляции сигнала заданной длительности со случайной последовательностью чередования фазы 0 и π, поступающий в цифровые согласованные фильтры 41 и 42 и настраивающий их на прием отраженного сигнала.
Одновременно сигнал с выхода фазового манипулятора 26 поступает на модулирующий вход передающего устройства 27, которое формирует при этом фазоманипулированный зондирующий сигнал, который через циркулятор 17, суммарный канал суммарно-разностного преобразователя 18 и подвижный отражатель 15 антенны излучается в пространство.
Передающее устройство 27 формирует также опорный сигнал, поступающий с его второго выхода на опорные входы приемных устройств 21 и 40 суммарного и разностного каналов для обеспечения когерентной обработки принимаемого сигнала.
Зондирующий сигнал отражается от объектов, находящихся в секторе обзора антенны. Отраженный сигнал через подвижный отражатель 15 антенны, суммарный канал суммарно-разностного преобразователя 18 и циркулятор 17 поступает в приемное устройство 21 суммарного канала, а через разностный канал СРП 18 - в приемное устройство 40 разностного канала.
В приемных устройствах 21 и 40 обрабатываемые сигналы суммарного и разностного каналов усиливаются в заданной полосе частот, детектируются с помощью опорного сигнала в фазовых детекторах, усиливаются в видеоусилителях и поступают с выходов приемных устройств 21 и 40 в цифровые согласованные фильтры 41 и 42, соответственно.
В цифровых согласованных фильтрах 41 и 42 происходит квантование принимаемых сигналов, дискретизация с частотой импульсов квантования, поступающих из генератора 25 импульсов, и сжатие сигналов.
Сжатый сигнал суммарного канала из ЦСФ 41 проходит пороговую обработку в обнаружителе 22, который, в случае превышения порогового уровня, установленного в нем, формирует импульс обнаружения, поступающий в дальномер 23 и в измеритель 24 угловых координат.
Одновременно при пороговой обработке сжатого сигнала в обнаружителе 22 измеряется его амплитуда путем сравнения с несколькими различными порогами. Код амплитуды сжатого сигнала, характеризующий интенсивность отраженного сигнала и, соответственно, размер обнаруженного объекта в условных единицах, формируется на втором выходе обнаружителя 22.
На второй и третий входы дальномера 23 поступают последовательности импульсов, вырабатываемых генератором 25, при этом импульс первой последовательности (с частотой зондирования) обнуляет дальномер 23, который после обнуления считает число импульсов второй последовательности генератора 25, поступающих с частотой квантования на счетный вход дальномера 23, и фиксирует число импульсов, поступивших от момента обнуления до момента поступления на первый вход дальномера 23 импульса обнаружения из обнаружителя 22. Зафиксированное число импульсов квантования представляет собой код дальности до обнаруженного объекта.
Импульс обнаружения объекта с выхода обнаружителя 22 поступает также на измеритель 24 угловых координат и фиксирует текущее значение углового положения антенны, поступающее на информационный вход измерителя 24 с выхода датчика 19 углового положения антенны. Зафиксированное значение является кодом угловых координат обнаруженного объекта.
Зафиксированные в дальномере 23 и в измерителе 24 угловых координат координаты обнаруженного объекта, являющиеся его полярными координатами относительно местоположения продольной оси БПЛА, поступают на второй и третий входы формирователя 28 географических координат обнаруженных объектов, на первый вход которого поступают текущие значения координат и осевых углов БПЛА с выхода формирователя 14 текущих координат и осевых углов БПЛА.
Формирователь 28 по известным математическим зависимостям преобразует относительные полярные координаты обнаруженного объекта (относительно БПЛА) с учетом абсолютных географических координат самого БПЛА и его осевых углов в абсолютные координаты обнаруженного объекта в географической системе координат.
Для пояснения на фиг.2 представлена схема определения абсолютных координат обнаруженного объекта в географической системе координат в проекции на горизонтальную плоскость, совпадающую с поверхностью земли, где обозначены:
X, Y - прямоугольные географические координаты (Восток, Север с началом координат в точке старта),
ХБПЛА, YБПЛА - текущие абсолютные географические координаты БПЛА,
αБПЛА - угол между направлением оси БПЛА и осью X,
Dоб, ψоб - дальность и угол обнаруженного объекта относительно БПЛА.
При этом абсолютные координаты обнаруженного объекта в географической системе координат определяются соотношениями:
Хоб=XБПЛА+Dоб·Cos(αБПЛА+ψоб),
Yоб=YБПЛА+Dоб·Sin(αБПЛА+ψоб).
Полученные значения координат обнаруженных объектов в виде кодированных сигналов передаются с выхода формирователя 28 географических координат, входящего в систему 2 обнаружения и самонаведения, в систему 3 обмена информацией, где поступают на вход формирователя 31 единого информационного поля и на вход кодирующего устройства 33. На вторые входы формирователя 31 и кодирующего устройства 33 поступает со второго выхода обнаружителя 22 код амплитуды (интенсивности) обнаруженного объекта, характеризующий его размер.
Кодирующее устройство 33 формирует кодовый сигнал, включающий информацию о географических координатах и размерах обнаруженных объектов. Кодовый сигнал поступает на модулирующий вход передающего устройства 34 связи, выходной сигнал которого через циркулятор 35 связи поступает в коммутатор 38 связи, имеющий четыре выхода, подключенные к соответствующим антеннам 391, ..., 394 связи. Последние имеют разнонаправленные диаграммы направленности (влево, вправо, вперед, назад).
Направление коммутации коммутатора 38 связи определяется сигналом, поступающим на его управляющий вход из блока 7 памяти направления обмена информацией и заданным в ходе предстартовой подготовки через информационную магистраль 4.
С выхода коммутатора 38 связи кодированный сигнал поступает в соответствующую антенну 391, ..., 394 связи и излучается по радиоканалу в заданном направлении, в котором находится источник дополнительной информации, в качестве которого может быть использован, например, аналогичный комплекс бортовой аппаратуры, установленный на следующем параллельным курсом БПЛА.
Дополнительная информация об объектах, находящихся в районе объекта назначения, принимается по закодированному радиоканалу связи с этим источником дополнительной информации и поступает в ту же приемопередающую антенну 391 (392, 393, 394), из которой через коммутатор 38 связи и циркулятор 35 связи передается в приемное устройство 36 связи, с выхода которого закодированный сигнал поступает в декодирующее устройство 37.
При обработке принятого сигнала декодирующее устройство формирует информацию об объектах, обнаруженных дополнительным источником информации в районе объекта назначения. Указанная информация для каждого обнаруженного объекта аналогичная информации, сформированной в СОСН 2, содержит его географические координаты и размер в условных единицах и поступает с выхода декодирующего устройства 37 в формирователь единого информационного поля.
Таким образом, после завершения режима обнаружения в СОСН 2 и получения дополнительной информации системой 3 обмена информации в формирователе 31 накапливается информация об обнаруженных объектах в районе объекта назначения из двух источников: системы 2 обнаружения и самонаведения данного БПЛА и дополнительного источника информации, переданная им по каналу связи в СОИ 3.
Формирователь 31 единого информационного поля объединяет полученную информацию от двух источников по известным правилам путем объединения объектов, географические координаты которых отличаются на величину, не превышающую заданного предельного значения. При этом размеры и координаты объединяемых объектов усредняются.
Для примера на фиг.3 в графическом виде представлена информация об объектах, обнаруженных системой 2 обнаружения и самонаведения данного БПЛА (объекты 1-1, 1-2, 1-3), и информация об объектах, полученная системой 3 обмена информацией данного БПЛА от дополнительных источников информации (объекты 2-1, 2-2, 2-3). Информация по каждому объекту с номером k содержит координаты Xk, Yk и размеры Pk в условных единицах.
Формирователь 31 единого информационного поля производит вычисление расстояния R от каждого объекта по данным первого источника информации до каждого объекта по данным второго источника информации по формуле
и сравнивает полученное расстояние с порогом Rп. В случае, если Rk1,k2≤Rп, объекты k1 и k2 объединяются, им присваивается новый номер (I, II, III, ...), и производится вычисление координат нового объединенного объекта.
В примере, приведенном на фиг.3, в результате объединения в формирователе 31 формируется информация о четырех объектах, расположенных внутри соответствующих окружностей со следующими координатами:
объект I - (X1, Y1, P1),
объект II - (Х2, Y2, P2), вычисленные по формулам
X2=0,5(X1-2+X2-2);
Y2=0,5(Y1-2+Y2-2),
P2=0,5(P1-2+P2-2),
объект III - (Х3, Y3, Р3), вычисленные по аналогичным формулам,
объект IY - (Х4, Y4, P4), вычисленные по аналогичным формулам.
Информация, полученная в формирователе 31 единого информационного поля в кодированном виде, передается в систему 2 обнаружения и самонаведения, где поступают на второй вход блока 30 выбора объекта назначения. По каждому обнаруженному объекту передаются его размер и географические координаты.
В блоке 30 выбора объекта назначения по известным правилам производится выбор объекта назначения. При этом все объекты ранжируются по размерам, и объект с наибольшим размером принимается за объект назначения. В случае, если среди обнаруженных объектов имеется несколько объектов с большими одинаковыми размерами, в качестве объекта назначения выбирается объект, координаты которого наиболее близки к координатам объекта назначения, записанным во время предстартовой подготовки БПЛА в блок 6 памяти координат объекта назначения и основных параметров траектории полета и поступающим из него на первый вход блока 30 выбора объекта назначения.
Так, например, в ситуации, представленной на фиг.3, когда ранжирование приводит к результатам P1=Р2; P2>P4; P4>P3, третий и четвертый объекты исключаются из числа возможных объектов назначения, а для первого и второго объектов вычисляются расстояния R до точки С, заданной в качестве координат объекта назначения при предстартовой подготовке, как указано выше.
Вычисления производятся по следующим формулам:
для первого объекта - 
,
для второго объекта - 
.
Если выполняется неравенство R1≤R2, то в качестве объекта назначения выбирается объект 1. В противном случае, представленном, в частности, на фиг.3, в качестве объекта назначения выбирается объект 2.
Координаты выбранного в блоке 30 объекта назначения с его выхода поступают на второй вход блока 29 вычисления относительных координат, на первый вход которого поступают из формирователя 14 текущие координаты и осевые углы БПЛА.
Блок 29 вычисления относительных координат по известным правилам путем вычитания одноименных географических (прямоугольных) координат БПЛА из координат объекта назначения вычисляет относительные прямоугольные координаты объекта назначения, а затем преобразует их в полярные координаты относительно продольной оси БПЛА, которые в виде кодированного сигнала формируются на информационном выходе блока 29.
Одновременно на другом выходе блока 29 формируется управляющий бинарный сигнал, который поступает на переключающий вход привода 16 антенны, третий вход коммутатора 8 сигналов и управляющий вход вентиля 45.
При этом привод антенны переходит в режим управления от выходного сигнала коммутатора 32, коммутатор 8 сигналов переходит в состояние пропускания на свой выход сигнала от коммутатора 32, поступающего на его второй вход, а вентиль 45 открывается.
Сигнал с информационного выхода блока 29 вычисления относительных координат через коммутатор 32 поступает на управляющий вход привода 16 антенны и устанавливает подвижный отражатель 15 антенны в направлении на объект назначения.
Одновременно выходной сигнал блока 29 через коммутатор 32 и коммутатор 8 сигналов поступает в блок 9 вычисления текущих параметров корректировки траектории движения и передает в него сформированные в блоке 29 уточненные координаты объекта назначения.
При поступлении вышеуказанных управляющих сигналов система 2 обнаружения и самонаведения работает в режиме захвата, а именно излучает зондирующий сигнал через установленный в заданном направлении подвижный отражатель 15 антенны и обнаруживает объект назначения аналогично процессу обнаружения, рассмотренному выше.
При этом сигнал обнаружения с выхода обнаружителя 22 проходит через открытый вентиль 45 на управляющий вход коммутатора 32 и переключает его в режим пропускания сигнала от интегратора 44, переводя, тем самым, СОСН 2 в режим сопровождения объекта назначения.
В режиме сопровождения СОСН 2 для своей работы использует сигналы разностного канала обработки. СОСН 2 формирует и излучает зондирующие сигналы в направлении объекта назначения и принимает отраженные эхо-сигналы аналогично режиму обнаружения.
При этом сигналы с выходов цифрового согласованного фильтра 41 суммарного канала и цифрового согласованного фильтра 42 разностного канала поступают в угловой дискриминатор 43, на стробирующий вход которого поступает сигнал обнаружения с выхода обнаружителя 22.
Угловой дискриминатор 43 работает в стробе импульса обнаружения по известному принципу определения величины отклонения направления принимаемого сигнала от равносигнального направления антенны в моноимпульсной РЛС путем деления вектора сжатого импульса ЦСФ 42 разностного канала на вектор сжатого импульса ЦСФ 41 суммарного канала. При этом фаза результирующего вектора определяет (с точностью до знака) направление отклонения, а величина модуля результирующего вектора - его абсолютное значение.
Выходной сигнал углового дискриминатора 43 поступает на вход интегратора 44, в котором отфильтровывается шумовая составляющая определяемого отклонения. Выходной сигнал интегратора 44 через коммутатор 32 поступает на управляющий вход привода 16 антенны, уточняя ее направление на объект назначения, и через коммутатор 8 поступает на вход блока 9 вычисления текущих параметров корректировки траектории, обеспечивая через преобразователь 10 информации и блок 11 рулевых агрегатов наведение БПЛА на объект назначения.
Таким образом, предлагаемый комплекс бортовой аппаратуры систем управления, использующий систему управлении движением, систему обнаружения и самонаведения с фазоманипулированным зондирующим сигналом и с моноимпульсным принципом действия и систему обмена информацией, обладает широкими возможностями для получения дополнительной информации об обстановке в районе возможного расположения объекта назначения и для использования этой информации в процессе управления движением БПЛА и его точного приведения к объекту назначения в широкой области возможного маневрирования последнего.
Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый комплекс бортовой аппаратуры может быть изготовлен в соответствии с предлагаемым описанием и чертежами на основе известных комплектующих изделий при использовании современного технологического оборудования и использован по прямому назначению для управления беспилотным летательным аппаратом.
Перечень обозначений к чертежу
1 - система управления движением (СУД),
2 - система обнаружения и самонаведения (СОСН),
3 - система обмена информацией (СОИ),
4 - интерфейсная магистраль информационного обмена с комплексом предстартовой подготовки (КПП),
5 - дешифратор разовых команд (ДРК),
6 - блок памяти координат объекта назначения (ПКОН) и основных параметров траектории полета,
7 - блок памяти направления обмена информацией (ПНОИ),
8 - коммутатор сигналов,
9 - блок вычисления текущих параметров корректировки траектории движения (ВП КТ),
10 - преобразователь информации,
11 - блок рулевых агрегатов,
12 - инерциальный блок,
13 - блок датчиков угловых скоростей (ДУС),
14 - формирователь текущих координат и осевых углов БПЛА (ФКОУ),
15 - подвижный отражатель антенны (ПОА),
16 - привод антенны,
17 - циркулятор,
18 - суммарно-разностный преобразователь,
19 - датчик углового положения антенны,
20 - источник электропитания,
21 - приемное устройство суммарного канала,
22 - обнаружитель,
23 - дальномер,
24 - измеритель угловых координат,
25 - генератор импульсов,
26 - фазовый манипулятор,
27 - передающее устройство,
28 - формирователь географических координат обнаруженных объектов (ФГК),
29 - блок вычисления относительных координат,
30 - блок выбора объекта назначения (ВОН),
31 - формирователь единого информационного поля (ФЕИП),
32 - коммутатор,
33 - кодирующее устройство связи,
34 - передающее устройство связи,
35 - циркулятор связи,
36 - приемное устройство связи,
37 - декодирующее устройство связи,
38 - коммутатор связи,
39 - приемо-передающие антенны связи,
40 - приемное устройство разностного канала,
41 - цифровой согласованный фильтр (ЦСФ) суммарного канала,
42 - цифровой согласованный фильтр (ЦСФ) разностного канала,
43 - угловой дискриминатор,
44 - интегратор,
45 - вентиль.
Формула изобретения
Комплекс бортовой аппаратуры систем управления беспилотным летательным аппаратом (БПЛА), содержащий систему управления движением, включающую дешифратор разовых команд, инерциальный блок, блок датчиков угловых скоростей, выход которого связан через преобразователь информации с входом блока рулевых агрегатов, и систему обнаружения и самонаведения, включающую источник электропитания, привод антенны, подвижный отражатель антенны, датчик углового положения антенны, генератор импульсов, фазовый манипулятор, передающее устройство, циркулятор, суммарно-разностный преобразователь, приемное устройство суммарного канала, приемное устройство разностного канала, цифровой согласованный фильтр суммарного канала, цифровой согласованный фильтр разностного канала, обнаружитель, дальномер и измеритель угловых координат, при этом выход дешифратора разовых команд соединен с входом включения источника электропитания, привод антенны кинематически связан с подвижным отражателем антенны и с датчиком углового положения антенны, выход которого подключен к входу измерителя угловых координат, первый выход генератора импульсов, на котором формируется последовательность импульсов с частотой зондирования, подключен к входу фазового манипулятора и обнуляющему входу дальномера, второй выход генератора импульсов, на котором формируется последовательность импульсов с частотой квантования принятых сигналов, подключен к счетному входу дальномера и к входам квантования цифровых согласованных фильтров суммарного и разностного каналов, выход фазового манипулятора подключен к модулирующему входу передающего устройства и к входам настройки цифровых согласованных фильтров суммарного и разностного каналов, выход сигнала опорной частоты передающего устройства подключен к опорным входам приемных устройств суммарного и разностного каналов, выход зондирующих сигналов передающего устройства через циркулятор связан с входом суммарно-разностного преобразователя, выход суммарного канала которого связан через циркулятор с входом приемного устройства суммарного канала, выход разностного канала суммарно-разностного преобразователя подключен к входу приемного устройства разностного канала, выходы приемных устройств суммарного и разностного каналов подключены соответственно к информационным входам цифровых согласованных фильтров суммарного и разностного каналов, выход цифрового согласованного фильтра суммарного канала подключен к входу обнаружителя, первый выход обнаружителя, на котором формируется сигнал обнаружения, подключен к управляющим входам дальномера и измерителя угловых координат, отличающийся тем, что в него введена система обмена информацией, включающая блок памяти направления обмена информацией, кодирующее и декодирующее устройства связи, передающее устройство связи, приемное устройство связи, циркулятор связи, коммутатор связи, четыре приемопередающие антенны связи, диаграммы направленности которых ориентированы соответственно вверх, вниз, влево, вправо относительно направления движения БПЛА, и формирователь единого информационного поля, в систему управления движением дополнительно введены блок памяти координат объекта назначения и основных параметров траектории полета, коммутатор сигналов, формирователь текущих координат и осевых углов БПЛА и блок вычисления текущих параметров корректировки траектории движения, в систему обнаружения и самонаведения дополнительно введены угловой дискриминатор, блок выбора объекта назначения, блок вычисления относительных координат, формирователь географических координат обнаруженных объектов, интегратор, коммутатор и вентиль, при этом входы блока памяти направления обмена информацией, блока памяти координат объекта назначения и основных параметров траектории полета и формирователя текущих координат и осевых углов БПЛА подключены к интерфейсной магистрали информационного обмена с комплексом предстартовой подготовки, ко второму и третьему входам формирователя текущих координат и осевых углов БПЛА подключены соответственно выходы инерциального блока и блока датчиков угловых скоростей, а к его выходу подключены первые входы дешифратора разовых команд, формирователя географических координат обнаруженных объектов, блока вычисления относительных координат и первый вход блока вычисления текущих параметров корректировки траектории движения, выход которого подключен ко второму входу преобразователя информации, а второй вход подключен к выходу коммутатора сигналов, первый вход которого, а также второй вход дешифратора разовых команд и первый вход блока выбора объекта назначения подключены к выходу блока памяти координат объекта назначения и основных параметров траектории полета, второй вход коммутатора сигналов и управляющий вход привода антенны подключены к выходу коммутатора, а третий вход коммутатора сигналов, переключающий вход привода антенны и управляющий вход вентиля подключены к выходу управляющих сигналов блока вычисления относительных координат, второй вход которого подключен к выходу блока выбора объекта назначения, а информационный выход подключен к первому входу коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом вентиля, а второй вход подключен к выходу интегратора, вход которого подключен к выходу углового дискриминатора, два информационных входа которого подключены соответственно к выходам цифровых согласованных фильтров суммарного и разностного каналов, а стробирующий вход и вход вентиля подключены к первому выходу обнаружителя, выходы дальномера и измерителя угловых координат подключены соответственно ко второму и третьему входам формирователя географических координат обнаруженных объектов, выход которого подключен к первым входам формирователя единого информационного поля и кодирующего устройства, второй вход которого и второй вход формирователя единого информационного поля подключены ко второму выходу обнаружителя, на котором формируется код амплитуды обнаруженного сигнала, выход кодирующего устройства подключен к входу передающего устройства связи, выход которого через циркулятор связи соединен с входом-выходом коммутатора связи, который через циркулятор связи соединен также с входом приемного устройства связи, управляющий вход коммутатора связи подключен к выходу блока памяти направления обмена информацией, а его четыре канальных входа-выхода подключены соответственно к четырем приемопередающим антеннам связи, выход приемного устройства связи подключен к входу декодирующего устройства, выход которого подключен к третьему входу формирователя единого информационного поля, выход которого соединен со вторым входом блока выбора объекта назначения.
ИЗВЕЩЕНИЯ
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 19.04.2012
Дата публикации: 10.02.2013