РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ	(19) RU (11) 2 424 539 (13) C1
	(51) МПК G01V 3/16 (2006.01) G01C 23/00 (2006.01)

Статус:	не действует (последнее изменение статуса: 02.07.2021)
Пошлина:	учтена за 5 год с 29.04.2014 по 28.04.2015. Возможность восстановления: нет.

(21)(22) Заявка: 2010116927/28, 28.04.2010 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 28.04.2010 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 28.04.2010 (45) Опубликовано: 20.07.2011 Бюл. № 20 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2256894 C1, 20.07.2005. RU 2200900 C2, 20.03.2003. RU 2211785 C1, 10.09.2003. RU 2201584 C2, 27.03.2003. US 6181426 B1, 30.01.2001. FR 2270514 A, 05.12.1975. Адрес для переписки: 195271, Санкт-Петербург, Кондратьевский пр-кт, 72, ОАО "Авангард", Бюро по изобретательской, патентной работе и сертификации

(72) Автор(ы): Дикарев Виктор Иванович (RU), Шубарев Валерий Антонович (RU), Петрушин Владимир Николаевич (RU), Иванов Николай Николаевич (RU) (73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Авангард" (RU)

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Предлагаемый комплекс относится к области диагностической 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 измерения параметров состояния газовых трубопроводов с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

Известны системы и устройства для дистанционного контроля состояния магистральных трубопроводов (патенты РФ №№2.017.138, 2.040.783, 2.091.759, 2.158.423, 2.200.900, 2.256.894, 2.509.002, 2.362.981; патенты США №№3.490.032, 3.808.519, 6.229.313, 6.766.226; патент ЕР №0.052.053; патент WO №0.008.435; Журнал «Крылья России», 1998, М. Беспилотные самолеты «Пчелка - 1T», модели «Эксперт» и «Альбатрос», ОКБ им. А.С.Яковлева и др.).

Из известных систем и устройств наиболее близким к предлагаемому является «Автоматический беспилотный диагностический комплекс» (патент РФ №2.256.894, G01M 3/00, 2003), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный комплекс обеспечивает обмен 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.

Однако в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн, характерных для трасс прокладки магистральных трубопроводов, надежный обмен радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления вызывает определенные трудности.

В определенной мере проблема обмена радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн может быть решена путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ).

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости, достоверности и скрытности обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты.

Поставленная задача решается тем, что в автоматическом беспилотном диагностическом комплексе, содержащем, в соответствии с ближайшим аналогом, 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 системы, 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, при этом радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные источник дискретных сообщений и команд, фазовый манипулятор, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор, выход которого является выходом радиостанции, отличается от ближайшего аналога тем, что каждая радиостанция снабжена синхронизатором, генератором псевдослучайного кода, синтезатором несущих частот, синтезатором частот первого гетеродина и синтезатором частот второго гетеродина, причем к выходу синхронизатора последовательно подключены генератор псевдослучайного кода и синтезатор несущих частот, выход которого соединен со вторым входом фазового манипулятора, второй вход первого смесителя через синтезатор частот первого гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, второй вход второго смесителя через синтезатор частот второго гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, второй вход перемножителя соединен с выходом синтезатора частот первого гетеродина, второй вход фазового детектора соединен с выходом синтезатора частот второго гетеродина, частоты w_г1i и w_г2i синтезаторов частот гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту

w_г2i-w_г1i=w_up2i,

где i=1, 2,…, М, М - число используемых несущих частот,

радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах w_1i=w_un1i=w_г1i, а принимает - на частотах w_2i=w_г1i, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах w_2i, а принимает - на частотах w_1i.

Структурная схема автоматического беспилотного диагностического 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. Фрагмент частотно-временной матрицы используемых сигналов с ППРЧ приведен 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, рули 29 направления.

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 синхронизатор 46.1 (46.2), генератор 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, синтезатор 30.1 (30.2) несущих частот, фазовый манипулятор 31.1 (31.2), второй вход которого соединен с выходом источника 32.1 (32.2) дискретных сообщений и команд, первый смеситель 33.1 (33.2), второй вход которого через синтезатор 34.1 (34.2) частот первого гетеродина соединен с выходом генератора 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, усилитель 35.1 (35.2) первой промежуточной частоты, первый усилитель 36.1 мощности, дуплексер 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 через синтезатор 41.1 (41.2) частот второго гетеродина соединен с выходом генератора 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, усилитель 42.1 (42.2) второй промежуточной частоты, перемножитель 43.1 (43.2), второй вход которого соединен с выходом синтезатора 34.1 (34.2) частот первого гетеродина, полосовой фильтр 44.1 (44.2) и фазовый детектор 45.1 (45.2), второй вход которого соединен с выходом синтезатора 41.1 (41.2) частот второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции 15.1 (15.2).

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, обеспечивающие одновременное 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-скоростных 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 ко 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, входы вычислителя 18 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, определяемому 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 являются 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.

С помощью синхронизатора 46.1 включается генератор 47.1 псевдослучайного кода, который, в свою очередь, управляет работой синтезатора 30.1 несущих частот, синтезатора 34.1 частот первого гетеродина и синтезатора 41.1 частот второго гетеродина.

На выходе синтезатора 30.1 несущих частот последовательно во времени формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот:

u₁(t)=U₁·Cos(w₁t+φ₁),

u₂(t)=U₂·Cos(w₂t+φ₂),

…………………………………

u_i(t)=U_i·Cos(w_it+φ_i),

…………………………………

u_M(t)=U_M·Cos(w_Mt+φ_M), 0≤t≤T_c, Т_c=M·t_c,

где U_i, w_i, φ_i, Т_c - амплитуда, несущие частоты, начальные фазы и длительность высокочастотных колебаний;

i=1, 2,…, М, М - число используемых несущих частот (число частотных каналов), ,

Δw_c - ширина полосы частот расширенного спектра используемого сигнала (фиг.5);

Δw₁ - ширина полосы частот одного частотного канала;

t_c - временной интервал между переключениями частот, характеризует собой время работы на одной несущей частоте.

В зависимости от соотношения времени работы на одной несущей частоты t_c и длительности информационных символов (элементарных посылок) τ_э псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) может быть разделена на: межсимвольную, посимвольную и внутрисимвольную.

При межсимвольной ППРЧ n информационных символов передаются на одной частоте, при этом t_c=n·τ_э, n≥2.

В качестве примера на фиг.5 показан фрагмент частотно-временной матрицы сложного сигнала с фазовой манипуляцией (ФМН) с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). При этом n выбрано равным 4 (t_c=4·τ_э), квадратами с различной наклонной штриховкой обозначены различные информационные символы с различными фазами (0, π).

Сформированные высокочастотные колебания последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 31.1, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) 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) с ППРЧ

u_ci(t)=U_i·Cos[w_it+φ_к1(t)+φ_i], 0≤t≤t_c,

где φ_к1(t)={0, π} - манипулированная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем φ_к1(t)=const при Кτ_э<t<(к+1)τ_нэ может изменяться скачком при t=Кτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2,…, N₁-1);

τ_э, N₁ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(Т_с=N₁·τ_э);

который поступает на первый вход смесителя 33.1, на второй вход которого подаются напряжения синтезатора 34.1 частот первого гетеродина:

u_г11(t)=U_г11·Cos(w_г11t+φ_г11),

u_г12(t)=U_г12·Cos(w_г12t+φ_г12),

……………………………………………

u_г1i(t)=U_г1i·Cos(w_г1it+φ_г1i),

……………………………………………

u_г1M(t)=U_г1M·Cos(w_г1Mt+φ_г1М),

которые формируются последовательно во времени с помощью генератора 47.1 псевдослучайного кода.

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

u_пр1i(t)=U_пр1i·Cos[w_пр1it+φ_к1(t)+φ_пр1i],

где U_пр1i=¹/₂ U_i-U_г1i;

w_up1i=w_i+w_г1i - первая промежуточная (суммарная) частота (фиг.4);

φ_up1i=φ_i+φ_г1i.

Это напряжение после усиления в усилителе 36.1 мощности через дуплексер 37.1 поступает в приемопередающую антенну 38.1, излучается ею в эфир на частоте w_1i=w_up1i, улавливается приемопередающей антенной 38.2 и через усилитель 39.2 мощности поступает на первый вход смесителя 40.2. На второй вход смесителя 40.2 подается напряжение U_г1i(t) гетеродина 41.2. На выходе смесителя 40.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 42.2 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_up2i(t)=U_пp2i·Cos[w_up2it+φ_к1(t)+φ_up2i],

где U_пр2i=¹/₂ U_пp1i·U_г1i;

w_up2i=w_up1i-w_г1i - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_up2i=φ_uр1i-φ_г1i,

которое поступает на первый вход перемножителя 43.2. На второй вход перемножителя 43.2 подаются напряжения синтезатора 34.2 частот первого гетеродина 34.2.

u_г21(t)=U_г21·Cos(w_г21t+φ_г21),

u_г22(t)=U_г22·Cos(w_г22t+φ_г22),

……………………………………………

u_г2i(t)=U_г2i·Cos(w_г2it+φ_г2i),

……………………………………………

u_г2M(t)=U_г2M·Cos(w_г2Mt+φ_г2М).

На выходе перемножителя 43.2 образуется напряжение

u_2i(t)=U_2i·Cos[w_г1it-φ_к1(t)+φ_г1i],

где U_2i=¹/₂ U_пр2i·U_г2i;

которое выделяется полосовым фильтром 44.2 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.2, на второй (опорный) вход которого подается напряжение U_г1i(t) гетеродина 41.2. На выходе фазового детектора 45.2 образуется низкочастотное напряжение

u_н1i(t)=U_н1i·Cosφ_к1(t),

где U_н1i=¹/₂ U_2i·U_г1i;

пропорциональное модулирующему коду M₁(t).

На наземном пункте 26 управления с помощью синхронизатора 46.2, генератора 47.2 псевдослучайного кода и синтезатора 30.2 несущих частот формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот

u_i(t)=U_i·Cos(w_it+φ_i),

которые последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 31.2, на второй вход которого подается модулирующий код M₂(t) с выхода источника 32.2 дискретных сообщений и команд. В качестве источника 32.2 дискретных сообщений и команд 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

u_ci(t)=U_i·Cos[w_it+φ_к2(t)+φ_i],

который поступает на первый вход смесителя 33.2, на второй вход которого подается напряжение U_г2i(t) синтезатора 34.2 частот первого гетеродина. На выходе смесителя 33.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.2 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты

u_upi(t)=U_прi·Cos[w_2it+φ_к2(t)+φ_upi],

где U_прi=¹/₂ U_i·U_г2i;

Это напряжение после усиления в усилителе 36.2 мощности через дуплексер 37.2 поступает в приемопередающую антенну 38.2, излучается ею в эфир на частоте w_2i, 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 U_г2i(t) синтезатора 41.1 частот второго гетеродина. На выходе смесителя 40.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 42.1 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_пp2i(t)=U_пp2i·Cos[w_up2it+φ_к2(t)+φ_up2i],

где U_пp2i=¹/₂ U_пpi·U_г2i;

w_up2i=w_г2i-w_2i - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_up2i=φ_upi-φ_г2i,

и поступает на первый вход перемножителя 43.1, на второй вход которого подается напряжение U_г1i(t) синтезатора 34.1 частот первого гетеродина. На выходе перемножителя 43.1 образуется напряжение

u_4i(t)=U_4i·Cos[w_г2it-φ_к2(t)+φ_г2i],

где U_4i=¹/₂ U_пp4i·U_г1i;

которое выделяется полосовым фильтром 44.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.1, на второй (опорный) вход которого подаются напряжения U_г2i(t) синтезатора 41.1 частот второго гетеродина. На выходе фазового детектора 45.1 образуется низкочастотное напряжение

u_н2i(t)=U_н2i·Cosφ_к2(t),

где U_н2i=¹/₂ U_4i·U_г2i;

пропорциональное модулирующему коду M₂(t).

При этом частоты w_г1i и w_г2i синтезаторов 34.1 (34.2) и 41.1 (41.2) разнесены на вторую промежуточную частоту w_up2i

w_г2i-w_г1i=w_up2i.

Радиостанция 15.1, размещаемая на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах w_1i=w_up1i=w_г2i, а принимает - на частотах w_2i=w_г1i. Радиостанция 15.2, размещаемая на наземном пункте 26 управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах w_2c, а принимает - на частотах w_1i.

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 газа обеспечивается диагностической системой при расходе газа 20…50 м³/сутки, выявляются разрушения 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.

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.

Таким образом, предлагаемый автоматический беспилотный диагностический комплекс по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости, достоверности и скрытности обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления.

Рабочая частота сигнала и частоты гетеродинов изменяются в широких пределах в соответствии с псевдослучайными кодами, известными на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления и неизвестными поставщикам помех.

Стратегия борьбы с организованными и непреднамеренными помехами в предлагаемом устройстве заключается в «уходе» сигналов дуплексной системы радиосвязи от воздействия помех путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты и в «противоборстве» с ними путем фазовой манипуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью.

При защите от помех важной характеристикой является фактическое время работы на одной частоте t_c. Чем меньше это время, тем выше вероятность того, что сигналы дуплексной системы радиосвязи с ППРЧ не будут подвержены воздействию организованных помех. Помехоустойчивость зависит не только от времени работы на одной частоте, но и от вида помехи и ее мощности, мощности полезного сигнала, структуры приемников.

Используемые сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с точки зрения обнаружения и разведки обладают не только энергетической и структурной скрытностью, но и временной, информационной и пространственной скрытностью.

Временная скрытность указанных сигналов определяется возможностью радиотехнической разведки по сбору необходимой информации о системе дуплексной радиосвязи (виде и параметрах сигналов, назначении системы радиосвязи и т.п.) за определенное время и зависит от условий, в которых используется система дуплексной радиосвязи, ее временных режимов работы на излучение, тактико-технических характеристик станции радиотехнической разведки и характера ведения разведки.

Информационная скрытность определяется способностью противостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на раскрытие смысла сообщений, которыми обмениваются дистанционно-пилотируемый летательный аппарат и наземный пункт управления.

Пространственная скрытность характеризует способность препятствовать станции радиомеханической разведки с необходимой точностью определять направление прихода сигналов или местоположение системы дуплексной радиосвязи. Пространственная скрытность, как и другие виды скрытности, кроме энергетической, является условным событием и зависит от параметров системы дуплексной радиосвязи, например мощности сигнала, вида и параметров диаграммы направленности приемопередающих антенн.

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, 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, при этом радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные источник дискретных сообщений и команд, фазовый манипулятор, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор, выход которого является выходом радиостанции, отличающийся тем, что каждая радиостанция снабжена синхронизатором, генератором псевдослучайного кода, синтезатором несущих частот, синтезатором частот первого гетеродина и синтезатором частот второго гетеродина, причем к выходу синхронизатора последовательно подключены генератор псевдослучайного кода и синтезатор несущих частот, выход которого соединен со вторым входом фазового манипулятора, второй вход первого смесителя через синтезатор частот первого гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, второй вход второго смесителя через синтезатор частот второго гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, второй вход перемножителя соединен с выходом синтезатора частот первого гетеродина, второй вход фазового детектора соединен с выходом синтезатора частот второго гетеродина, частоты w_г1i и w_г2i синтезаторов частот гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту
w_г2i-w_г1i=w_up2i,
где i=1, 2,…, М, М - число используемых несущих частот, радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах w_1i=w_up1i=w_г1i, а принимает - на частотах w_2i=w_г1i, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах w_2i, а принимает - на частотах w_1i.

ИЗВЕЩЕНИЯ

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 29.04.2015

Дата публикации: 10.12.2015