РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ	(19) RU (11) 2 729 336 (13) C1
	(51) МПК G05D 1/00 (2006.01) H04B 10/00 (2013.01) G02F 1/00 (2006.01) (52) СПК G05D 1/10 (2020.02) H04B 10/50 (2020.02) H04B 10/516 (2020.02) G02F 1/00 (2020.02)

Статус:	действует (последнее изменение статуса: 12.01.2022)
Пошлина:	учтена за 4 год с 29.08.2022 по 28.08.2023. Установленный срок для уплаты пошлины за 5 год: с 29.08.2022 по 28.08.2023. При уплате пошлины за 5 год в дополнительный 6-месячный срок с 29.08.2023 по 28.02.2024 размер пошлины увеличивается на 50%.

(21)(22) Заявка: 2019127215, 28.08.2019 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 28.08.2019 Дата регистрации: 06.08.2020 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 28.08.2019 (45) Опубликовано: 06.08.2020 Бюл. № 22 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 95092 U1, 10.06.2010. RU 2687989 C2, 17.05.2019. RU 2192710 C2, 10.11.2002. WO 2019011111 A1, 17.01.2019. CN 0109032179 A, 18.12.2018. Адрес для переписки: 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А, ВУНЦ ВВС "ВВА", Центр ОНР и ПНПК

(72) Автор(ы): Воронин Александр Николаевич (RU), Гревцев Александр Иванович (RU), Капитанов Владимир Валерьевич (RU), Козирацкий Антон Александрович (RU), Козирацкий Александр Юрьевич (RU), Кусакин Олег Викторович (RU), Паринов Максим Леонидович (RU), Сухопаров Павел Евгеньевич (RU), Фролов Михаил Михайлович (RU) (73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ МАЛОГО КЛАССА

Изобретение относится к области управления беспилотными летательными аппаратами (БЛА).

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению является система и способ беспроводного управления БЛА по патенту №WO 2007146538, МПК В64С 39/00; В64С 39/00, опубл. 2007-12-21 (ep.espacenet.com). Система включает в себя наземный пункт управления (НПУ), БЛА, оборудованный устройствами управления, устройствами передачи и приема информации, а также беспроводную систему связи между БЛА и НПУ. Способ заключается в том, что беспроводная система связи, ручные устройства ввода, приема и передачи данных, а также другие аналогичные технологии используют для связи БЛА и НПУ, передачи команд управления параметрами полета БЛА и для получения данных наблюдения с БЛА.

Аналогу присущ существенный недостаток. Низкая эффективность управления в реальном времени обусловлена недостаточными помехозащищенностью и помехоустойчивостью линии передачи команд управления.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности управления беспилотным летательным аппаратом малого класса.

Технический результат достигается тем, что в известном способе управления беспилотным летательным аппаратом малого класса, основанном на формировании команд управлении БЛА и передаче их на исполнительное устройство, формируют импульсное модулированное вращающимся растром оптическое излучение с широкой диаграммой направленности, перемещающееся в пространстве, излучают его в направлении БЛА, регистрируют его матричным фотоприемником с изменяющейся диаграммой направленности, установленным на БЛА, вычисляют линейную скорость вращения растра и длительность модулированного оптического излучения, с использованием которых формируют команды управления БЛА.

Сущность изобретения заключается в формировании импульсного модулированного вращающимся растром оптического излучения с широкой диаграммой направленности, перемещающейся в пространстве, излучении его в направлении БЛА, регистрации его матричным фотоприемником с изменяющейся диаграммой направленности, установленным на БЛА, вычислении линейной скорости вращения растра и длительности модулированного оптического излучения, формировании команд управления БЛА.

На фиг. 1 представлено взаимное расположение оператора и БЛА (где обозначены: 1 - пульт управления; 2 - импульсное модулированное оптическое излучение с широкой диаграммой направленности; 3 - БЛА малого класса; 4 - приемник оптического излучения, установленный на БЛА; 5 - изменяющаяся диаграмма направленности матричного фоторприемника). Пульт управления 1 формирует импульсное модулированное оптическое излучение (ИМОИ) с широкой диаграммой направленности 2 в направлении расположенного на расстоянии r БЛА 3, на котором установлен матричный фотоприемник 4 с изменяющейся диаграммой направленности 5.

На фиг. 2 приведена схема устройства, формирующего модулированное оптическое излучение (где обозначены: 6 - блок управления; 7 - блок питания; 8 - лазер; 9 - оптическая система; 10 - вращающийся растр).

На фиг. 3 приведен процесс модуляции оптического излучения с помощью вращающегося растра (где обозначены: 10 - вращающийся растр, представляющий собой непрозрачный элемент шириной d, r₀ - радиус оптического излучения).

На фиг. 4 приведена схема приемного устройства, установленного на БЛА (где обозначены: 11 - приемная оптическая система с управляемой шириной диаграммы направленности; 12 - матричный фотоприемник; 13 - блок обработки изображения; 14 - измеритель линейной скорости (ИЛС); 15 - сравнивающее устройство; 16 - формирователь тактовых импульсов; 17 - измеритель длительности импульса; 18 - блок управления винтами; 19 - блок данных; 20 - блок управления шириной диаграммы направленности оптической системы).

На фиг. 5 приведено изображение, формируемое на выходе матричного фотоприемника в разные моменты времени (где обозначены: 21 - сформированное изображение принимаемого оптического излучения в момент времени t₁; 22 - сформированное изображение принимаемого оптического излучения в момент времени t₂).

Устройство функционирует следующим образом. В источник ИМОИ 1 после команды включения с блока управления 6 на блок питания 7 происходит генерирование оптического излучения импульсным лазером 8. Оптическое излучение проходит через широкоугольную оптическую систему 9, которая позволяет сформировать широкую диаграмму направленности. С выхода оптической системы 9 оптическое излучение проходит через вращающийся с постоянной угловой скоростью V_р.угл., растр 10 шириной d. Сформированное на выходе вращающегося растра 10 ИМОИ направляется в сторону приемника оптического излучения 4, установленного на БЛА 3. Модулированное оптическое излучение 1 поступает на вход приемной оптической системы 11 с управляемой шириной диаграммы направленности, которая фокусирует его на матричный фотоприемник 4, работающего в режиме широкого поля зрения, с целью определения направления на источник лазерного излучения (см., А.Ю. Козирацкий, Ю.Л. Козирацкий, В.В. Капитанов, П.Е. Кулешов и др. Способ определения угловых координат на источник направленного оптического излучения. Патента на изобретение №2641637 от 18.01.2017, Россия, G01S 3/782, G01S 17/06, бюл. №2). В дальнейшем приемник оптического излучении 4 ориентируется перпендикулярно направлению распространения ИМОИ 2. При регистрации оптического сигнала матричным фотоприемником 12 по команде с блока 20 оптическая системы 11 переходит в узкопольный режим, т.е. происходит уменьшение ширины диаграммы направленности. Вследствие воздействия сфокусированного на матричный фотоприемник 12 модулированное оптическое излучение будет затеняться часть элементов матричного фотоприемника и формироваться на нем последовательно в момент времени t₀ полосу 21, в момент времени t₁ полосу 22 и т.д., что является изображением части вращающегося растра. С выхода матричного фотоприемника 12 электрический сигнал, содержащий в себе информацию о затененных полосами 21 и 22 элементах, поступает в блок обработки изображения 13 и в измеритель длительности импульсов 17. В блоке обработки изображения 13 происходит преобразование сигнала в цифровой вид с информацией о номерах затененных элементов матричного фотоприемника 12 и времени регистрации изображения, которое фиксируется с помощью формирователя тактовых импульсов 16. Сформированный в блоке обработки изображения 13 цифровой сигнал поступает в ИЛС 14, в котором происходит вычисление линейной скорости изображения участка вращающегося растра. Цифровой сигнал с выхода ИЛС 14, содержащий в себе информацию о линейной скорости участка растра, поступает в сравнивающее устройство 15, где происходит сравнение значений вычисленной в ИЛС 14 линейной скорости с эталонным значением линейной скорости, соответствующей случаю вращения участка растра в центре ИМОИ 2, записанным в блоке данных 19, и формирование команд управления в блок управления винтами 18. Формирование команд управления происходит до тех пор, пока разности вычисленного значения линейной скорости и эталонного не будут равны.. Команды управления поступают в блок управления винтами, тем самым происходит перемещение БЛА в пространстве к центру ИМОИ 2. В измерителе длительности импульсов 17 происходит измерение длительности импульса принимаемого ИМОИ 2, при уменьшении длительности импульса относительно заданного эталонного среднего значения БЛА, хранящегося в блоке данных 19, происходит приближение БЛА к источнику ИМОИ 1, сохраняя свое положение в центре оптического пучка, при увеличении длительности импульса происходит удаление БЛА от источника ИМОИ 1, также сохраняя свое положение в центре оптического пучка. Таким образом, перемещение БЛА в пространстве происходит за счет его следования за центром оптического пучка, отдаление и приближение относительно источника оптического излучения 1 происходит за счет изменения длительности импульсов оптического излучения, при этом информация о координатах БЛА и его скорости не передается с помощью ИМОИ 2.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ управления БЛА малого класса, основанный на формировании вращающимся растром оптического излучения с широкой диаграммой направленности, перемещающейся в пространстве, излучения его в направлении БЛА, регистрации его матричным фотоприемником с изменяющейся диаграммой направленности, установленным на БЛА, вычислении линейной скорости вращения растра и длительности модулированного оптического излучения, с использованием которых формируют команды управления БЛА.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые оптические и радиотехнические узлы и устройства. Например, в качестве лазера может быть использован полупроводниковый лазер, а в качестве матричного фотоприемника - оптико-электронный координатор матричного типа.

Формула изобретения

Способ управления беспилотным летательным аппаратом малого класса, основанный на формировании команд управлении беспилотным летательным аппаратом и передаче их на исполнительное устройство, отличающийся тем, что формируют импульсное модулированное вращающимся растром оптическое излучение с широкой диаграммой направленности, перемещающееся в пространстве, излучают его в направлении беспилотного летательного аппарата, регистрируют его матричным фотоприемником с изменяющейся диаграммой направленности, установленным на беспилотном летательном аппарате, вычисляют линейную скорость вращения растра и длительность модулированного оптического излучения, с использованием которых формируют команды управления беспилотным летательным аппаратом.