RU2457531C1 - Method of using unmanned aircraft and control apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: information technology.

SUBSTANCE: disclosed is a method of using unmanned aerial vehicles (UAV) based on their adaptation of flight modes, in which n, where n>3, UAV are taken, which form the so-called 'air stack'; the first UAV is the leading and the second and third are the followers, wherein the leading UAV occupies the lower flight level, the second occupies the intermediate and the third occupies the upper flight level; the distance from the leading UAV to the earth's surface is determined by flight safety and complete execution of the set task, e.g., inspecting gas and oil pipelines; that height is equal to approximately 50 m; the second UAV is higher than the leading UAV by another 50 m and the third UAV is higher than second by another 50 m, wherein the second UAV relays data on a radio channel from the first UAV to the third UAV, which is also connected by a radio channel to a ground control base station, transmits the obtained observation data of the leading UAV and receives commands for flight control or changing the flight program; if the flight altitude of the third UAV is approximately 150 m and the length of the gas or oil pipeline between pump stations is equal to 300 km, the top third UAV is in the range of direct visibility with the ground base station, which enables to maintain stable communication with it.

EFFECT: high efficiency of controlling an unmanned aerial vehicle.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), и может быть использовано для их применения и управления БПЛА как самолетного, так и вертолетного типов.The invention relates to aircraft heavier than air, in particular to unmanned aerial vehicles (UAVs), and can be used for their use and control of UAVs of both aircraft and helicopter types.

В результате развития мирового топливно-энергетического комплекса (ТЭК) количество и масштаб объектов этой отрасли достигли поистине глобального уровня, многократно возросла и сложность эксплуатируемой на них техники и различного специализированного оборудования. Все это привело не только к росту объемов добычи, переработки и транспортировки природных источников энергии - углеводородного сырья, но и повлекло за собой постоянный рост уровня ущерба, наносимого промышленности и экологии в результате неизбежно происходящих в ТЭК аварий разного рода. Кроме того, чрезвычайно высокая степень зависимости национальных экономик и общества большой части государств мира от нормального функционирования топливно-энергетического комплекса сделало его инфраструктуру одной из приоритетных целей для атак террористов и экстремистов.As a result of the development of the world fuel and energy complex (FEC), the number and scale of facilities in this industry have reached a truly global level, and the complexity of the equipment and various specialized equipment used on them has increased significantly. All this led not only to an increase in the production, processing and transportation of natural energy sources - hydrocarbon raw materials, but also led to a constant increase in the level of damage caused to industry and the environment as a result of accidents of various kinds inevitably occurring in the fuel and energy complex. In addition, the extremely high degree of dependence of national economies and society of most countries on the normal functioning of the fuel and energy complex has made its infrastructure one of the priority targets for attacks by terrorists and extremists.

Наиболее уязвимы при этом оказываются элементы продуктопроводной системы - магистральные нефте- и газопроводы, компрессорные подстанции, газораспределительные станции и крановые площадки, а также хранилища, склады с оборудованием и другие здания, сооружения и объекты. Повреждения, наносимые таким объектам, могут приводить к аварийным ситуациям, крупному экономическому ущербу и серьезному загрязнению окружающей среды. В том числе - сопровождающихся человеческими жертвами.The most vulnerable are the elements of the product pipeline system - oil and gas pipelines, compressor substations, gas distribution stations and crane platforms, as well as storages, warehouses with equipment and other buildings, structures and facilities. Damage caused to such facilities can lead to emergencies, major economic damage and serious environmental pollution. Including those accompanied by human victims.

В этой связи постоянно растет необходимость обеспечения непрерывного мониторинга объектов ТЭК. Однако системы подобного назначения, применяемые сегодня, - наземные, авиационные и космические - не удовлетворяют потребностям потенциальных заказчиков в полном объеме по целому ряду параметров. В частности, по непрерывности наблюдения и разрешающей способности бортовой аппаратуры.In this regard, the need to ensure continuous monitoring of fuel and energy facilities is constantly growing. However, the systems of this purpose used today - ground, aviation and space - do not satisfy the needs of potential customers in full for a number of parameters. In particular, by the continuity of observation and the resolution of the on-board equipment.

По мнению экспертов, задачи диагностики, охраны и защиты объектов ТЭК могут вполне решить беспилотные авиационные комплексы. Именно современные беспилотные авиационные комплексы (БАК), созданные на базе беспилотных и пилотно-беспилотных летательных аппаратов, вполне могли бы стать экономически и технически приемлемым средством мониторинга наземных объектов на достаточно значительной площади и на большом удалении, да еще и в течение весьма длительного времени. В том числе - круглосуточно и практически в любых климатических условиях.According to experts, the problems of diagnostics, protection and protection of fuel and energy facilities can be completely solved by unmanned aerial systems. It is modern unmanned aerial systems (LHC), created on the basis of unmanned and pilot-unmanned aerial vehicles, that could well become an economically and technically acceptable means of monitoring ground objects over a fairly large area and at a great distance, and even for a very long time. Including - around the clock and in almost any climate.

Все это налагает на БПЛА специфические требования на системы их управления, в частности на подсистемы устойчивости и управляемости, точного определения координат полета, непрерывного мониторинга наблюдаемой поверхности и передачи этих данных на землю.All this imposes specific requirements on UAVs for their control systems, in particular for stability and controllability subsystems, accurate determination of flight coordinates, continuous monitoring of the observed surface and the transmission of these data to the ground.

Дополнительным условием является низкая себестоимость БПЛА, включая систему управления, также надежность в эксплуатации при низкой стоимости обслуживания.An additional condition is the low cost of the UAV, including the control system, as well as reliability in operation at a low cost of maintenance.

Широко известны израильские БПЛА фирмы Aeronautics двойного назначения, в настоящее время подписан большой контракт на их поставку в Россию.Aeronautics dual-use Israeli UAVs are widely known, and a large contract has been signed for their delivery to Russia.

Их недостатки. Т.к. эти БПЛА двойного назначения, то не могут быть эффективно применены требования по кратности применения, ресурсу и эксплуатационному совершенству.Their flaws. Because Since these dual-purpose UAVs, the requirements on the frequency of application, resource and operational excellence cannot be effectively applied.

Известен комплекс бортового оборудования БПЛА фирмы TRANSAS, см. www.TRANSAS.RU, включающий в себя: пилотажно-навигационное оборудование в составе: спутниковую навигационно-инерциальную систему «БИСНС-11», датчик магнитного курса, систему воздушных сигналов, ультразвуковой высотомер;A well-known complex of onboard equipment UAVs company TRANSAS, see www.TRANSAS.RU, which includes: flight-navigation equipment consisting of: satellite navigation and inertial system "BISNS-11", magnetic heading sensor, air signal system, ultrasonic altimeter;

систему автоматического управления, включающую в себя: автопилот, систему управления полезной нагрузкой, блок управления двигателем;automatic control system, including: autopilot, payload control system, engine control unit;

радиосвязное оборудование, включающее в себя: командную радиолинию и радиолинию передачи данных;radiocommunication equipment, including: command radio link and data radio link;

систему электроснабжения, включающую в себя: блок аккумуляторных батарей, электрогенератор, стабилизатор напряжения и выпрямитель тока.power supply system, including: a battery pack, an electric generator, a voltage stabilizer and a current rectifier.

Недостатки: при приемлемых габаритно-массовых характеристиках (ГМХ) не очень высокая точность, так, например, выдача угла курса = 5°, координат = 20 м, накопление погрешности определения координат = 12 м за время полета. Далее довольно приличный вес, в сумме 4,5 кг, что годится для БПЛА средних и более размеров. Если же добавить ИК-камеру, тепловизор, блок ночного наблюдения, то это уже слишком.Disadvantages: with acceptable overall mass characteristics (GMC), the accuracy is not very high, for example, yielding heading angle = 5 °, coordinates = 20 m, accumulation of errors in determining coordinates = 12 m during the flight. Further, a pretty decent weight, in the amount of 4.5 kg, which is suitable for UAVs of medium and larger sizes. If you add an infrared camera, thermal imager, night observation unit, then this is already too much.

Также известен бортовой комплекс БПЛА навигации и управления, см. www.teknol.ru, включающий в себя:Also known is the onboard UAV complex of navigation and control, see www.teknol.ru, which includes:

ИНС/СНС интегрированная система: полностью автоматический полет по заданному маршруту;ANN / SNA integrated system: fully automatic flight on a given route;

эффективное парирование ветровых воздействий;effective parry of wind effects;

стабилизация углов ориентации БПЛА в полете;stabilization of UAV orientation angles in flight;

стабилизация видеокамеры;camcorder stabilization;

выдача телеметрической информации о параметрах полета и состояния бортового оборудования;issuing telemetric information on flight parameters and on-board equipment status;

автоматическое пилотирование вне зоны визуальной видимости;automatic piloting out of sight;

оперативное изменение маршрута в полете (при наличии канала радиосвязи);operational change of route in flight (in the presence of a radio channel);

программное управление бортовым оборудованием;software control of on-board equipment;

запись параметров движения БПЛА в бортовой накопитель.recording UAV motion parameters in the on-board drive.

Комплекс содержит: инерциальную навигационную систему; приемник спутниковой навигации GPS или ГЛОНАСС; автопилот; накопитель летных данных (опция), датчик воздушной скорости (опция).The complex contains: inertial navigation system; GPS or GLONASS satellite navigation receiver; autopilot; flight data storage (option), airspeed sensor (option).

Недостатки: набор комплекса не оптимизирован, предназначен для решения очень многих задач, некоторые вообще редко применены, поэтому для решения конкретных задач не нужны.Disadvantages: the set of the complex is not optimized, designed to solve very many problems, some are rarely used, therefore, they are not needed to solve specific problems.

Известен БПЛА «Пантера» и его система управления, впервые показанный на экране РЕH TV 28.01.10 в программе «Военная тайна».The Panther UAV and its control system, first shown on the REH TV screen on January 28, 10.10 in the Military Secret program, are known.

Этот БПЛА по конструкции интересен тем, что является конвертопланом, т.е. может взлетать и садиться как вертолет и летать как самолет за счет поворота двигателей. Система управления выполнена следующим образом. Оператор на мониторе отслеживает параметры полета: высоту, скорость, текущие координаты полета и наблюдает с помощью видеокамеры и тепловизора, что происходит на поверхности земли, и по их результатам принимает решение о дальнейшем маршруте полета.This UAV by design is interesting in that it is a tiltrotor, i.e. can take off and land like a helicopter and fly like a plane by turning engines. The control system is as follows. The operator on the monitor monitors the flight parameters: altitude, speed, current flight coordinates and observes with the help of a video camera and thermal imager what is happening on the surface of the earth and, based on their results, makes a decision about the further flight route.

Недостатки очевидны: никакой самостоятельности (автономности) полета и в случае выхода из строя радиоканала возвращение в точку взлета проблематично, если вообще возможно, т.к. отсутствует инерциальная система.The disadvantages are obvious: there is no independence (autonomy) of the flight and in the event of a radio channel failure, returning to the take-off point is problematic, if at all possible, because there is no inertial system.

Известен БПЛА «Турман» производства республика Беларусь и способ его применения в составе комплекса «ФИЛИН-1», см. ж. «АвиаСоюз» № ноябрь-декабрь 2007 г., стр.50, также см. www.avia.tion.union.ru. - ПРОТОТИП.Known UAV "Turman" production of the Republic of Belarus and the method of its use in the complex "FILIN-1", see. AviaSoyuz No. November-December 2007, p. 50, also see www.avia.tion.union.ru. - PROTOTYPE.

Беспилотник «Турман» выполнен из композита по нормальной аэродинамической схеме с прямым крылом и двумя двухбалочными независимыми V-образными стабилизаторами. В хвостовой части фюзеляжа установлен бензиновый поршневой двигатель с толкающим винтом. Универсальность БПЛА «Турман» обусловлена модульной конструкцией аппарата, что позволяет использовать различную по массогабаритным характеристикам и целям нагрузку во внешних сменяемых контейнерах. Это увеличивает возможность многоцелевого применения БПЛА.The Turman UAV is made of composite according to the normal aerodynamic scheme with a direct wing and two two-beam independent V-shaped stabilizers. At the rear of the fuselage is a gasoline piston engine with a pushing screw. The versatility of the Turman UAV is due to the modular design of the device, which allows the use of a load that is different in terms of weight and size characteristics and goals in external removable containers. This increases the possibility of multi-use UAVs.

Особенностью БПЛА «Турман» является способность взлета с помощью катапульты и парашютной управляемой посадки в перевернутом положении, сохраняя тем самым целевую нагрузку в наружном контейнере в случае неудачного взлета и посадки. При снижении на парашюте типа «крыло» включается система складывания крыла, что улучшает управляемость и сохранность БПЛА «Турман» при посадке.A feature of the Turman UAV is the ability to take off with the help of a catapult and a parachute-controlled landing in an inverted position, thereby preserving the target load in the outer container in case of unsuccessful take-off and landing. When the wing-type parachute is lowered, the wing folding system is activated, which improves the controllability and safety of the Turman UAV during landing.

Комплекс «ФИЛИН-1» предназначен для выполнения задач по оперативно-тактической разведке техническими средствами, обладает большой автономностью и мобильностью. Наличие шести БПЛА в составе комплекса позволяет вести постоянную разведку или целеуказание в районе объекта наблюдения. Комплекс «ФИЛИН-1» решает ряд боевых задач: патрулирование местности в любое время суток; обнаружение и идентификация объектов; передача информации о представляющих угрозу обнаруженных объектах; подавление средств ПВО.The FILIN-1 complex is designed to carry out operational tactical reconnaissance missions by technical means, has great autonomy and mobility. The presence of six UAVs in the complex allows constant reconnaissance or target designation in the area of the object under observation. Complex "FILIN-1" solves a number of combat tasks: patrolling the area at any time; detection and identification of objects; transmitting information about threatened detected objects; suppression of air defense systems.

Мониторинг воздушной и наземной обстановки БПЛА связан с просмотром некоторого участка местности и получением информации с помощью фото-, теле-, и видеосистем с сохранением ее на бортовом накопителе. В процессе полета в заданном районе БПЛА по радиоканалу в реальном масштабе времени может передавать разведывательную информацию на модуль системы связи, управления и обработки информации.Monitoring of the air and ground conditions of UAVs involves viewing a certain area of the terrain and obtaining information using photo, television, and video systems and storing it on the on-board storage device. During a flight in a given area, a UAV can transmit intelligence information to a module of a communication, control, and information processing system via a real-time radio channel.

Оператор БПЛА оценивает поступающую информацию и по командному радиоканалу управляет самим БПЛА и его целевой нагрузкой, например телевизионной камерой, с целью наилучшего наблюдения неподвижных или движущихся объектов и определения их типа и координат.The UAV operator evaluates the incoming information and, through the command radio channel, controls the UAV itself and its target load, for example, a television camera, in order to best observe stationary or moving objects and determine their type and coordinates.

Его недостатки: военная направленность, работа по площадям и в пределах прямой радиовидимости каждого БПЛА со станцией управления и наведения, нет связи с GPS или ГЛОНАСС, что не позволяет с высокой точностью лететь по заданному маршруту.Its shortcomings: military orientation, work on areas and within the direct radio visibility of each UAV with a control and guidance station, there is no connection with GPS or GLONASS, which does not allow flying with high accuracy along a given route.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности безусловного выполнения полетного задания БПЛА.An object of the invention is to increase the efficiency of unconditional execution of a UAV flight mission.

Для решения поставленной задачи предлагается Способ применения беспилотных летательных аппаратов, основанный на их адаптации режимов полета, отличающийся тем, что берется "n" БПЛА, где n>3, образующих в полете так называемую "этажерку", первый БПЛА является ведущим, второй и третий ведомыми, причем ведущий БПЛА занимает нижний высотный эшелон, второй БПЛА - промежуточный, третий - верхний, расстояние ведущего БПЛА от земной поверхности определяется безопасностью полета и безусловного выполнения поставленной задачи, например, для контроля газо и нефтепроводов, эта высота равна приблизительно 50 м, второй БПЛА выше ведущего еще на 50 м, третий БПЛА выше второго еще на 50 м; второй БПЛА является ретранслятором данных по радиоканалу от первого БПЛА третьему БПЛА, который также по радиоканалу связан с наземной базовой станцией управления, передавая полученные данные наблюдения ведомого БПЛА и получая команды управления полетом или изменения программы полета; при высоте полета третьего БПЛА≈150 м и при принятой длине газо- нефтепровода между насосными станциями, равной 300 км, верхний третий БПЛА находится в пределах прямой видимости с наземной базовой станцией, что позволяет поддерживать с ним устойчивую связь; при потере одного БПЛА в результате отказа двигателя, столкновения с птицей и пр., оставшиеся два БПЛА успешно выполнят поставленную задачу контроля, при этом любой из оставшихся БПЛА может стать ведомым, а другой займет верхний эшелон 150 м; при достижении половины или более связь "этажерки" передается на соседнюю наземную станцию управления; содержит канал наземного оборудования и канал бортового оборудования, причем канал наземного оборудования содержит: персональный компьютер, модем GSM/GPRS и приемо-передающую антенну, соединенные последовательно; канал бортового оборудования содержит приемники GPS/Глонасс, инерциальную систему, соединенные следующим образом: выходы приемников GPS и Глонасс соединены с первым и вторым входами модема, первый выход инерциальной системы соединен двунаправленной шиной с третьим входом модема, второй выход - с входами управляющих поверхностей БПЛА, выходы специального оборудования - с четвертым входом модема, выход которого через приемо-передающую антенну и радиоканал соединен с каналом наземного оборудования; при "n" БПЛА число радиоканалов связи БПЛА с каналом наземного оборудования также = "n", при этом разделение каналов временное, а управление БПЛА происходит в реальном масштабе времени с каналом наземного оборудования.To solve this problem, a method for the use of unmanned aerial vehicles based on their adaptation of flight modes is proposed, characterized in that the "n" UAV is taken, where n> 3, forming the so-called "whatnot" in flight, the first UAV is leading, the second and third guided, and the leading UAV occupies the lower altitude level, the second UAV is intermediate, the third is the upper, the distance of the leading UAV from the earth's surface is determined by flight safety and the unconditional fulfillment of the task, for example, to control ha AU and oil pipelines, this height is approximately 50 m, the second UAV is 50 m higher than the lead, the third UAV is another 50 m higher than the second; the second UAV is a repeater of radio channel data from the first UAV to the third UAV, which is also connected via radio to the ground-based control base station, transmitting the received surveillance data from the slave UAV and receiving flight control commands or changes to the flight program; at a flight altitude of the third UAV of ≈150 m and with the accepted length of the gas and oil pipeline between pumping stations equal to 300 km, the upper third UAV is within direct line of sight with the ground base station, which allows maintaining stable communication with it; in case of loss of one UAV as a result of engine failure, collision with a bird, etc., the remaining two UAVs will successfully fulfill the monitoring task, while any of the remaining UAVs can become guided, and the other will occupy the upper level of 150 m; when half or more is reached, the communication of the “whatnot” is transmitted to a neighboring ground control station; comprises a ground equipment channel and an airborne equipment channel, the ground equipment channel comprising: a personal computer, a GSM / GPRS modem, and a transceiver antenna connected in series; the onboard equipment channel contains GPS / Glonass receivers, an inertial system connected as follows: the outputs of GPS and Glonass receivers are connected to the first and second inputs of the modem, the first output of the inertial system is connected by a bi-directional bus to the third input of the modem, the second output is connected to the inputs of the UAV control surfaces, outputs of special equipment - with the fourth input of the modem, the output of which is connected to the channel of the ground equipment through a transmitting and receiving antenna and a radio channel; with "n" UAVs, the number of radio channels of communication between the UAV and the ground equipment channel is also = "n", while the separation of the channels is temporary, and the UAV is controlled in real time with the ground equipment channel.

На фиг.1 показана структурная схема способа управления БПЛА, которая содержит: 1 и 2 - первая и вторая станции управления БПЛА соответственно, 3 и 4 - первая и вторая насосо-перекачивающие станции, 5, 6 и 7 - первый, второй и третий БПЛА соответственно, 8 - нефтепровод или газопровод (или оба одновременно, назовем трубопровод), 9, 10 и 11 - каналы наблюдения состояния трубопровода первым, вторым или третьим БПЛА соответственно, 12, 13 и 14 - радиоканалы связи второй станции наблюдения с первым, вторым и третьим БПЛА соответственно, 15, 16 и 17 - радиоканалы связи первой станции наблюдения с первым, вторым и третьим БПЛА соответственно, 18 - радиоканал связи первого БПЛА со вторым, 19 - второго с третьим, 20 - первого с третьим, 21 - радиорелейная линия связи между первой и второй станциями наблюдения и между первой и второй насосо-перекачивающими станциями.Figure 1 shows a structural diagram of a UAV control method, which contains: 1 and 2 - the first and second UAV control stations, respectively, 3 and 4 - the first and second pumping stations, 5, 6 and 7 - the first, second and third UAVs respectively, 8 - oil pipeline or gas pipeline (or both at the same time, let's call the pipeline), 9, 10 and 11 - channels for monitoring the state of the pipeline as the first, second or third UAVs, respectively, 12, 13 and 14 - radio channels of communication of the second observation station with the first, second the third UAV, respectively, 15, 16 and 17 - radio communication channels n the first observation station with the first, second and third UAVs, respectively, 18 - the radio link of the first UAV with the second, 19 - the second with the third, 20 - the first with the third, 21 - the relay link between the first and second observation stations and between the first and second pumps - pumping stations.

На фиг.2 показана структурная схема устройства управления одного БПЛА (УУ БПЛА) и его связь с наземной станцией управления, где изображено: 22 - оператор наземной станцией управления 1, 23 - персональный компьютер (ПС), 24 и 25 - модемы наземной станции и БПЛА соответственно, 26 - микроконтроллер (МС) БПЛА, 27 - инерциальная система БПЛА, 28 - приводы управляющих поверхностей БПЛА (элероны, руль высоты и т.д., также тягой двигателя), 29 и 30 - приемники навигационных сигналов систем GPS и ГЛОНАСС соответственно, 31 - спецоборудование БПЛА: видеокамера, тепловизор, лазерный газоанализатор и др. (может быть самая различная комплектация в зависимости от назначения), связи МС 26 с блоками БПЛА условно не показаны. Модем 25 БПЛА соединен с приемопередающей антенной А2 для связи с наземной станцией управления 1 или 2.Figure 2 shows the structural diagram of the control device of one UAV (UA UAV) and its connection with the ground control station, which shows: 22 - operator of the ground control station 1, 23 - personal computer (PS), 24 and 25 - modems of the ground station and UAVs respectively, 26 - UAV microcontroller (MS) UAV, 27 - UAV inertial system, 28 - UAV control surfaces drives (ailerons, elevator, etc., also engine thrust), 29 and 30 - GPS and GLONASS navigation signals receivers respectively, 31 - UAV special equipment: video camera, thermal imager, a laser gas analyzer, etc. (there may be a very different configuration depending on the purpose), communications of the MS 26 with UAV units are not conventionally shown. The UAV modem 25 is connected to the A2 transceiver antenna for communication with the ground control station 1 or 2.

Структурная схема на фиг.1 имеет следующие соединения.The block diagram of figure 1 has the following connections.

Первая наземная станция управления 1 соединена со второй наземной станцией управления 2 шиной связи 21, например, радиорелейной, также как и соседние насосо-перекачивающие станции 3 и 4. Первый 5, второй 6 и третий 7 БПЛА соединены между собой радиоканалами 18, 19 и 20, а с наземными базовыми станциями 1 и 2 радиоканалами 15, 16 и 17 (с станцией 1) и радиоканалами 12, 13 и 14 (с станцией 2). Также БПЛА 5, 6 и 7 соединены каналами 9, 10 и 11 (средствами) наблюдения с трубопроводом 8.The first ground control station 1 is connected to the second ground control station 2 of the communication bus 21, for example, a relay, as well as neighboring pumping stations 3 and 4. The first 5, second 6 and third 7 UAVs are interconnected by radio channels 18, 19 and 20 , and with ground base stations 1 and 2, radio channels 15, 16, and 17 (with station 1) and radio channels 12, 13, and 14 (with station 2). Also, UAVs 5, 6 and 7 are connected by channels 9, 10 and 11 (means) of observation with the pipeline 8.

Устройство управления на фиг.2 имеет следующие соединения. Наземная станция наблюдения 1 (также и станция 2) содержит соединенные последовательно - оператор 22, ПС23, модем 24, приемопередающую антенну А1. БПЛА 5 (также 6 и 7) имеет следующий состав аппаратуры и соединения: МС26 (соединения условно не показаны), выходы приемников GPS29 и ГЛОНАСС 30 соединены с входами модема 25 и с инерциальной системой 27, который двунаправленными шинами соединен с блоком специальной аппаратуры 31 и инерциальной системой 27, выход ее через приводы 28 соединены с управляющими поверхностями БПЛА (элероны, руль направления и пр.).The control device in figure 2 has the following connections. Ground observation station 1 (also station 2) contains connected in series - operator 22, PS23, modem 24, transceiver antenna A1. UAV 5 (also 6 and 7) has the following composition of equipment and connections: MC26 (connections not shown conventionally), the outputs of GPS29 and GLONASS 30 receivers are connected to the inputs of the modem 25 and to the inertial system 27, which is connected by bidirectional buses to the unit of special equipment 31 and inertial system 27, its output through the drives 28 is connected to the control surfaces of the UAV (ailerons, rudder, etc.).

Известным недостатком существующих систем с одиночным БПЛА является тот факт, что при потере связи с БПЛА, либо самого БПЛА появляются три проблемы:A known drawback of existing systems with a single UAV is the fact that when you lose contact with the UAV, or the UAV itself, there are three problems:

1. Остается невыполненной поставленная задача.1. The task remains unfulfilled.

2. Непонятна причина случившегося.2. The reason for the incident is not clear.

3. Потерян сам БПЛА.3. The UAV itself is lost.

Проблемы 2 и 3 серьезных последствий не имеют - это всего лишь технические проблемы. Проблема 1 имеет существенное значение, поскольку является проблемой для заказчика.Problems 2 and 3 have no serious consequences - these are just technical problems. Problem 1 is significant because it is a problem for the customer.

В случаях, когда выполнение задачи БПЛА имеет приоритетное по отношению к затратам значение, целесообразно создание «облака» - то есть звена из нескольких БПЛА, связанных между собой определенным алгоритмом поддержки и функционирования. Ранее, когда БПЛА обладали высокой стоимостью, концепция «облака» была труднореализуема. Сейчас стоимость отдельного БПЛА имеет устойчивую тенденцию к снижению, поэтому применение «облака» выгодно - во-первых, потому, что вероятность выполнения задачи увеличивается, а во-вторых, потому, что увеличение этой вероятности не приводит к существенному увеличению стоимости решения.In cases where the UAV task fulfillment has priority over costs, it is advisable to create a “cloud” - that is, a link from several UAVs connected by a certain support and operation algorithm. Previously, when UAVs were expensive, the concept of a “cloud” was difficult to implement. Now the cost of an individual UAV has a steady downward trend, therefore, the use of the “cloud” is beneficial - firstly, because the probability of completing a task increases, and secondly, because an increase in this probability does not lead to a significant increase in the cost of the solution.

Система управления беспилотным летательным аппаратом (СУ БПЛА) предназначена для контроля и управления БПЛА, а также решения остальных задач, связанных с выполнением БПЛА задания оператора.The control system of an unmanned aerial vehicle (SU UAV) is intended for the control and management of UAVs, as well as the solution of other tasks associated with the implementation of UAV operator tasks.

СУ БПЛА состоит из наземного и бортового оборудования. В состав наземного оборудования входит персональный компьютер 23 с установленным специализированным ПО и модем 24 GSM/GPRS для приема телеметрической и передачи управляющей информации. Бортовое оборудование состоит из приемника GPS 29/ГЛОНАСС 30, инерциальной системы 27, системы комплексирования, бортового вычислителя МС26, GSM/GPRS модема 25, также спецоборудования 31, управления поверхностями 28.SU UAV consists of ground and airborne equipment. The ground equipment includes a personal computer 23 with installed specialized software and a GSM / GPRS modem 24 for receiving telemetry and transmitting control information. The on-board equipment consists of a GPS receiver 29 / GLONASS 30, an inertial system 27, an integration system, an on-board computer MC26, GSM / GPRS modem 25, as well as special equipment 31, and surface control 28.

Основные задачи наземного оборудования СУ БПЛА:The main tasks of ground equipment SU UAV:

1. Прием GPS/ГЛОНАСС координат от БПЛА и индикация положения БПЛА на мониторе оператора.1. Reception of GPS / GLONASS coordinates from the UAV and indication of the UAV position on the operator’s monitor.

2. Задание оператором координат цели (маршрута), высоты и скорости полета и передача этих данных на БПЛА.2. The operator sets the target (route) coordinates, altitude and speed, and transfers this data to the UAV.

3. Передача команды «Взлет» на БПЛА.3. The transfer of the command "Takeoff" to the UAV.

4. Обмен информацией с БПЛА в процессе полета.4. Exchange of information with UAVs during the flight.

5. Изменение цели (маршрута) полета в процессе полета.5. Change of the purpose (route) of the flight during the flight.

Назначение бортового оборудования БПЛА:Purpose of the UAV onboard equipment:

1. Определение GPS/ГЛОНАСС координат и их передача на наземное оборудование.1. Determination of GPS / GLONASS coordinates and their transmission to ground equipment.

2. Прием целевой информации от наземного оборудования.2. Reception of target information from ground equipment.

3. Выполнение команд оператора наземного оборудования.3. The execution of the commands of the operator of ground equipment.

4. Определение с помощью инерциальной системы своего положения в пространстве, комплексирование полученных данных с показаниями GPS/ГЛОНАСС приемника с целью выполнения полета в автоматическом режиме.4. Determination of the position in space using an inertial system, integration of the received data with the GPS / GLONASS receiver indications in order to carry out the flight in automatic mode.

5. Возврат к месту старта при потере сигнала GPS/ГЛОНАСС либо другой неисправности.5. Return to the starting point in case of loss of GPS / GLONASS signal or other malfunction.

Дополнительные возможности использования БПЛА.Additional features of UAV use.

1. Поиск лиц, занимающихся террористической либо экстремистской деятельностью.1. Search for persons engaged in terrorist or extremist activities.

2. В интересах пограничников - поиск и обнаружение нарушителей границы.2. In the interests of border guards - the search and detection of border violators.

3. В интересах миграционной службы - поиск и обнаружение нелегальных мигрантов, работающих на закрытых объектах.3. In the interests of the migration service - the search and detection of illegal migrants working in closed facilities.

4. В интересах ГИБДД - обнаружение и предупреждение транспортных коллапсов, оперативный поиск машин, виновных в ДТП.4. In the interests of the traffic police - the detection and prevention of traffic collapses, the operational search for vehicles responsible for road accidents.

5. В интересах Госрыбнадзора - поиск браконьеров.5. In the interests of Gosrybnadzor - the search for poachers.

6. В интересах министерства лесного хозяйства - раннее обнаружение и предупреждение пожаров.6. In the interests of the Ministry of Forestry - early detection and prevention of fires.

7. Поиск, обнаружение и обезвреживание других БПЛА. Известны случаи, когда БПЛА используются террористами для контрабанды или доставки оружия и боеприпасов. Необходимы БПЛА противодействия другим БПЛА.7. Search, detection and clearance of other UAVs. There are cases when UAVs are used by terrorists to smuggle or deliver weapons and ammunition. UAVs are required to counter other UAVs.

Claims (5)

1. Способ применения беспилотных летательных аппаратов, основанный на их адаптации режимов полета, отличающийся тем, что берется n БПЛА, где n>3, образующих в полете так называемую "этажерку", первый БПЛА является ведущим, второй и третий ведомыми, причем ведущий БПЛА занимает нижний высотный эшелон, второй БПЛА - промежуточный, третий - верхний, расстояние ведущего БПЛА от земной поверхности определяется безопасностью полета и безусловного выполнения поставленной задачи, например для контроля газо- и нефтепроводов, эта высота равна приблизительно 50 м, второй БПЛА выше ведущего еще на 50 м, третий БПЛА выше второго еще на 50 м, при этом второй БПЛА является ретранслятором данных по радиоканалу от первого БПЛА третьему БПЛА, который также по радиоканалу связан с наземной базовой станцией управления, передавая полученные данные наблюдения ведомого БПЛА и получая команды управления полетом или изменения программы полета, при высоте полета третьего БПЛА≈150 м и при принятой длине газонефтепровода между насосными станциями, равной 300 км, верхний третий БПЛА находится в пределах прямой видимости с наземной базовой станцией, что позволяет поддерживать с ним устойчивую связь.1. The method of application of unmanned aerial vehicles, based on their adaptation of flight modes, characterized in that n UAVs are taken, where n> 3, forming the so-called "whatnot" in flight, the first UAV is leading, the second and third are driven, and the leading UAV occupies the lower altitude level, the second UAV is intermediate, the third is the upper, the distance of the leading UAV from the earth's surface is determined by flight safety and unconditional fulfillment of the task, for example, for monitoring gas and oil pipelines, this height is approximately 50 m, the second UAV is another 50 m higher than the leading one, the third UAV is 50 m higher than the second, while the second UAV is a radio data relay from the first UAV to the third UAV, which is also connected via radio to the ground control base station, transmitting the received observation data of the slave UAV and receiving flight control commands or changing the flight program, at a flight altitude of the third UAV of ≈150 m and with an accepted gas and oil pipeline length between pumping stations of 300 km, the upper third UAV is directly within visibility from a ground base station that allows you to maintain a stable relationship with him. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при потере одного БПЛА в результате отказа двигателя, столкновения с птицей и пр. оставшиеся два БПЛА успешно выполнят поставленную задачу контроля, при этом любой из оставшихся БПЛА может стать ведомым, а другой займет верхний эшелон 150 м.2. The method according to claim 1, characterized in that in case of loss of one UAV as a result of engine failure, collision with a bird, etc., the remaining two UAVs will successfully complete the control task, while any of the remaining UAVs can become slave, and the other will take the top level 150 m. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при достижении половины или более пути между наземными соседними станциями связь "этажерки" передается на соседнюю наземную станцию управления.3. The method according to claim 1, characterized in that when reaching half or more of the path between neighboring ground stations, the communication of the "whatnot" is transmitted to the neighboring ground control station. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержит канал наземного оборудования и канал бортового оборудования, причем канал наземного оборудования содержит: персональный компьютер, модем GSM/GPRS и приемопередающую антенну, соединенные последовательно; канал бортового оборудования содержит приемники GPS/Глонасс, инерциальную систему, соединенные следующим образом: выходы приемников GPS и Глонасс соединены с первым и вторым входами модема, первый выход инерциальной системы соединен двунаправленной шиной с третьим входом модема, второй выход - с входами управляющих поверхностей БПЛА, выходы специального оборудования - с четвертым входом модема, выход которого через приемопередающую антенну и радиоканал соединен с каналом наземного оборудования.4. The method according to claim 1, characterized in that it comprises a ground equipment channel and an airborne equipment channel, the ground equipment channel comprising: a personal computer, a GSM / GPRS modem, and a transceiver antenna connected in series; the onboard equipment channel contains GPS / Glonass receivers, an inertial system connected as follows: the outputs of GPS and Glonass receivers are connected to the first and second inputs of the modem, the first output of the inertial system is connected by a bi-directional bus to the third input of the modem, the second output is connected to the inputs of the UAV control surfaces, outputs of special equipment - with the fourth input of the modem, the output of which is connected to the channel of the ground equipment through a transceiver antenna and a radio channel. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при n БПЛА число радиоканалов связи БПЛА с каналом наземного оборудования также равно n, при этом разделение каналов временное, а управление БПЛА происходит в реальном масштабе времени с каналом наземного оборудования. 5. The method according to claim 1, characterized in that for n UAVs, the number of radio communication channels between the UAV and the ground equipment channel is also n, while the separation of the channels is temporary, and the UAV is controlled in real time with the ground equipment channel.

Images