RU2631966C1 - Method for observing ice situation using telecontrolled unmanned aircrafts - Google Patents
Method for observing ice situation using telecontrolled unmanned aircrafts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631966C1 RU2631966C1 RU2016141238A RU2016141238A RU2631966C1 RU 2631966 C1 RU2631966 C1 RU 2631966C1 RU 2016141238 A RU2016141238 A RU 2016141238A RU 2016141238 A RU2016141238 A RU 2016141238A RU 2631966 C1 RU2631966 C1 RU 2631966C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- hardware
- frequency
- reconnaissance
- complex
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 16
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 6
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 101001064096 Homo sapiens Protein disulfide-thiol oxidoreductase Proteins 0.000 description 2
- 102100030728 Protein disulfide-thiol oxidoreductase Human genes 0.000 description 2
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 101100269977 Arabidopsis thaliana APK2 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D43/00—Arrangements or adaptations of instruments
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
- G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Способ относится к области технических средств обеспечения безопасности мореплавания в условиях сложной ледовой обстановки.The method relates to the field of technical means of ensuring the safety of navigation in difficult ice conditions.
Согласно мировой практике, в большинстве случаях суда попадают в ледовый плен из-за отсутствия надежных данных о ледовой обстановке на пути следования.According to international practice, in most cases, ships are captured by ice due to the lack of reliable data on the ice situation along the route.
В морском льду, как и в любой упругой среде, возможно распространение акустических волн. Это свойство, в случае наличия границ раздела сред с различным акустическим волновым сопротивлением Z, определяемым выражением: Z=ρc, где ρ - плотность какой-либо среды, с - скорость звука в ней, позволяет, при известной скорости звука, измерить толщину этой среды. Требование учета различия волновых сопротивлений сред при оценке результата связано с необходимостью получения сигнала, отраженного от границы их раздела. В этом случае возможно измерение толщины при наличии доступа только к одной границе раздела. Измерения толщины могут проводить путем излучения акустического импульса в исследуемую среду с последующим измерением времени распространения звука от одной границы раздела до другой и обратно. Тогда толщина исследуемой среды "h" определяется как h=ct/2, где t - время распространения звука. Измерение толщины льда таким способом из воздушной среды требует непосредственного контакта акустического излучателя со льдом. Это связано с несравнимо большим волновым сопротивлением льда по сравнению с воздушной средой. При больших отличиях волновых сопротивлений первой и второй сред модуль коэффициента отражения звука "К" равен K=(ρ1c1-ρ2c2)/(ρ1c1+ρ2c2) и близок к единице, т.е. звук практически полностью отражается от границы раздела и не проникает во вторую среду.In sea ice, as in any elastic medium, the propagation of acoustic waves is possible. This property, in the presence of interfaces between media with different acoustic wave impedances Z, defined by the expression: Z = ρc, where ρ is the density of a medium, c is the speed of sound in it, at a known speed of sound, it is possible to measure the thickness of this medium . The requirement to take into account the differences in the wave resistance of the media when evaluating the result is associated with the need to obtain a signal reflected from their interface. In this case, it is possible to measure the thickness with access to only one interface. Thickness measurements can be carried out by emitting an acoustic pulse into the medium under study, followed by measuring the propagation time of sound from one interface to another and vice versa. Then the thickness of the investigated medium “h” is defined as h = ct / 2, where t is the propagation time of sound. Measuring the thickness of ice in this way from the air requires direct contact of the acoustic emitter with ice. This is due to the incomparably greater wave drag of ice compared to the air. With large differences in wave impedances of the first and second media, the sound reflection coefficient "K" is equal to K = (ρ 1 c 1 -ρ 2 c 2 ) / (ρ 1 c 1 + ρ 2 c 2 ) and is close to unity, i.e. . sound is almost completely reflected from the interface and does not penetrate into the second medium.
Погрешность измерения толщины льда определяется, в основном, изменчивостью скорости звука. Известно [Г.А. Лебедев, К.К. Сухоруков Распространение электромагнитных и акустических волн в морском льду. Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 2001], что величина скорости звука в морском льду зависит, в основном, от его плотности, температуры и солености. Диапазон ее изменчивости составляет ≈3800÷3200 м/с, что позволяет измерять толщину льда с погрешностью ≈15%. С привлечением данных о температуре поверхности льда ошибка уменьшится до 10%, а при известном возрасте льда станет еще меньше.The error in measuring the thickness of ice is determined mainly by the variability of the speed of sound. It is known [G.A. Lebedev, K.K. Sukhorukov Propagation of electromagnetic and acoustic waves in sea ice. St. Petersburg, Gidrometeoizdat, 2001] that the speed of sound in sea ice depends mainly on its density, temperature and salinity. The range of its variability is ≈3800 ÷ 3200 m / s, which allows one to measure the thickness of ice with an error of ≈15%. With the use of data on ice surface temperature, the error will decrease to 10%, and with a known age of ice will become even less.
Общеизвестным способом определения ледовой обстановки является непосредственно визуальный, фотокиносъемка, радиолокационное зондирование, а также пассивное инфракрасное видение, проводимые с борта пилотируемого вертолета. Техническими средствами и наблюдением можно определить такие важные для плавания во льдах параметры, как сплоченность льда, торосистость, возраст, а также направление и скорость его дрейфа. Основными недостатками последнего способа определения ледовой обстановки является необходимость применения пилотируемого вертолета, базирующегося на борту судна. Использование пилотируемого летательного аппарата, базирующегося на судне, в сложных погодных условиях высоких широт сопряжено с риском для жизни экипажа и утратой дорогостоящей техники. Кроме того, содержание летного экипажа и высокая стоимость технического обслуживания вертолета существенно снижают экономическую эффективность ледовой разведки.A well-known method for determining the ice situation is directly visual, photo shooting, radar sensing, as well as passive infrared vision, carried out from the side of a manned helicopter. By technical means and observation, it is possible to determine such important parameters for swimming in ice as ice concentration, hummocking, age, as well as the direction and speed of its drift. The main disadvantages of the latter method of determining the ice situation is the need to use a manned helicopter based on board the vessel. The use of a manned aircraft based on a ship in difficult weather conditions at high latitudes is associated with a risk to the life of the crew and the loss of expensive equipment. In addition, the maintenance of the flight crew and the high cost of helicopter maintenance significantly reduce the economic efficiency of ice reconnaissance.
Известен способ, приведенный в патенте РФ №2442106, заключающийся в том, что с помощью ультразвукового преобразователя возбуждают в изделии ультразвуковой импульс, принимают эхо-импульсы, многократно отраженные от противоположных поверхностей материала изделия, вычисляют нормированную автокорреляционную функцию от стробированной части принятой последовательности импульсов, искомую толщину изделия определяют путем умножения половины аргумента автокорреляционной функции, при котором она принимает максимальное значение, на известную скорость ультразвука в материале изделия.The known method described in RF patent No. 2442106, which consists in the fact that using an ultrasonic transducer, an ultrasonic pulse is excited in the product, echo pulses are repeatedly reflected from opposite surfaces of the product material, the normalized autocorrelation function from the gated part of the received pulse sequence is calculated, and the desired the thickness of the product is determined by multiplying half the argument of the autocorrelation function, in which it takes the maximum value, by a known nd the speed of ultrasound in the material of the product.
Недостатком вышеприведенного способа является ограничение по способу перемещения оборудования к месту измерений, поскольку требуется измерять толщину льда по ходу движения судна в ледовых условиях.The disadvantage of the above method is the limitation on the method of moving the equipment to the place of measurement, since it is necessary to measure the thickness of the ice along the course of the vessel in ice conditions.
Известен способ использования беспилотного аппарата вертолетного типа для определения ледовой обстановки, приведенный в патенте РФ №2425400 «Способ разведки ледовой обстановки с авиасредств», принятый за прототип, сущность которого заключается в следующем: с обеспечивающего судна, например, лидирующего в транспортном караване ледокола, высылают по планируемому маршруту движения каравана два беспилотных летательных аппарата - ведущий аппарат №2, которому задают верхний эшелон полета, и ведомый аппарат №1 с нижним эшелоном полета. Ведомый аппарат ведет разведку при помощи установленного на нем оборудования видеофотосъемки и радара. Необходимость использования аппарата №2 обоснована малой высотой полета аппарата №1, прямая связь которого с судном на удалениях более нескольких десятков километров затруднительна. Аппарат №2, используемый в качестве ретранслятора, решает проблему дальней связи. Генеральное направление полета аппаратов задают с обеспечивающего судна в соответствии с планируемым маршрутом его движения и оперативными данными разведки, получаемыми по радиоканалу.A known method of using an unmanned helicopter-type apparatus for determining ice conditions is given in RF patent No. 2425400 "Method for reconnaissance of ice conditions from aircraft", adopted as a prototype, the essence of which is as follows: from a supporting vessel, for example, an icebreaker leading in a transport caravan, send along the planned route of the caravan movement there are two unmanned aerial vehicles - the leading vehicle No. 2, which is assigned the upper flight level, and the driven vehicle No. 1 with the lower flight level. The slave unit conducts reconnaissance using the video equipment and radar installed on it. The need to use apparatus No. 2 is justified by the low flight altitude of apparatus No. 1, the direct connection of which with the vessel at distances of more than several tens of kilometers is difficult. The apparatus No. 2, used as a repeater, solves the problem of long-distance communication. The general direction of the flight of the vehicles is set from the supplying vessel in accordance with the planned route of its movement and operational intelligence data received via the radio channel.
Недостатком в данном способе ледовой разведки является отсутствие возможности объективной оценки такого важного для судоходства параметра, как толщина льда. При использовании традиционных методов оптической и радарной съемки данные о толщине льда получают из оценок возраста льда. При этом принципиально не могут быть учтены многие факторы, влияющие на скорость льдообразования. Полученные таким способом данные о толщине льда содержат долю субъективной составляющей, зависящей от опыта и профессионализма исследователя, обрабатывающего данные видеорадарной съемки.The disadvantage in this method of ice reconnaissance is the lack of the possibility of an objective assessment of such an important parameter for shipping as ice thickness. Using traditional optical and radar techniques, ice thickness data are derived from estimates of ice age. At the same time, many factors affecting the rate of ice formation cannot fundamentally be taken into account. The data on ice thickness obtained in this way contain a fraction of the subjective component, which depends on the experience and professionalism of the researcher who processes the data of video radar.
Технической задачей заявляемого способа является устранение указанного недостатка, а именно: увеличение достоверности данных о толщине льда при ледовой разведке путем непосредственного контактного измерения этого параметра, т.е. увеличение информативности и точности известного способа разведки ледовой обстановки с авиасредств путем исключения субъективности при интерпретации получаемых данных.The technical task of the proposed method is to eliminate this drawback, namely: increasing the reliability of data on the thickness of the ice during ice reconnaissance by direct contact measurement of this parameter, i.e. increasing the information content and accuracy of the known method of reconnaissance of ice conditions from aircraft by eliminating subjectivity in interpreting the data obtained.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе разведки ледовой обстановки с использованием телеуправляемых беспилотных летательных аппаратов, включающем передачу от них на обеспечивающее судно по радиоканалу связи полученных ими данных о ледовой обстановке по курсу движения каравана судов, при этом указанную разведку выполняют двумя беспилотными летательными аппаратами, первым из которых, оборудованным видео/радио аппаратным комплексом, производят непосредственное определение характеристик ледовой обстановки по курсу судов и передачу по каналу связи полученных данных на обеспечивающее судно через второй беспилотный летательный аппарат, являющийся летательным аппаратом-ретранслятором, в отличие от него, в заявляемом способе первый беспилотный летательный аппарат используют с установленным дополнительно на нем измерительным акустическим аппаратно-программным комплексом с излучающими акустическими антеннами для выполнения измерений ультразвуковым методом толщины льда путем непосредственного контакта антенн этого летательного аппарата со льдом, при этом, поднимая с борта судна данные летательные аппараты и выводя их посредством использования радиоканала на курс движения судов, задают высотные эшелоны полета, отвечающие требованиям по качеству связи и получаемых данных. Устанавливают посредством видео/радио аппаратного комплекса данного первого беспилотного летательного аппарата характеристики масштабов неоднородности ледовых полей, данные о которых через аппарат-ретранслятор передают на обеспечивающее судно и при необходимости производства измерений толщины льда намечают требуемое число точек его непосредственного контактного измерения, а также и их распределение по курсу движения судов в реальном времени, и при осуществлении измерений телеуправляемо подводят первый беспилотный летательный аппарат к необходимой точке измерений, производят его посадку на поверхность льда, осуществляют непосредственный контакт со льдом излучающих антенн его аппаратно-программного комплекса и начинают измерения. Процесс измерения осуществляют двумя режимами, в первом из которых посредством аппаратно-программного комплекса производят зондирование короткими акустическими импульсами с высокочастотным заполнением, осуществляя режим прямого высокочастотного зондирования, и производят прием отраженных импульсов высокочастотной антенной, при этом аппаратно измеряют время пробега высокочастотного импульса от верхней поверхности льда и обратно, получая при этом в аппаратно-программном комплексе величину двойной толщины льда, в случае же отсутствия в аппаратно-программном комплексе сигнального импульса от нижней поверхности льда включают второй, параметрический режим измерений, в котором двумя задействованными, контактирующими со льдом высокочастотной и низкочастотной акустическими антеннами с совмещенными их диаграммами направленности излучают два радиоимпульса, из которых первый используют заполненным немодулированной высокой частотой, а несущую низкую частоту второго радиоимпульса используют модулированной сложным, шумоподобным сигналом, получая таким путем параметрические гармоники и суммарные и разностные частоты, и при этом, при происходящем затухании высокочастотных составляющих, низкочастотные составляющие, модулированные сложным сигналом, которые распространяются до нижней поверхности льда, в этом режиме аппаратно воспринимают, осуществляя их прием низкочастотной антенной, а информационный параметр в аппаратно-программном комплексе, выраженный в виде показания задержки времени сигнала на распространение в толще льда, определяют корреляционной его обработкой, результаты которой фиксируют в аппаратно-программном комплексе измеряемую толщину льда в этом режиме. Затем отправляют полученные результаты измерений по каналу связи оператору на судно, при этом результаты измерений представляют в виде карты толщин ледового поля либо в виде единичного результата, который используют при ледовой проводке судов по данному курсу.The problem is achieved in that in the known method of reconnaissance of the ice situation using remote-controlled unmanned aerial vehicles, including transmitting from them to the supplying vessel via a radio channel communication data they received about the ice situation at the heading of the caravan of ships, while the said reconnaissance is performed by two unmanned aerial vehicles , the first of which, equipped with a video / radio hardware complex, directly determines the characteristics of the ice situation by RSU of vessels and transmission of the received data via a communication channel to a supporting vessel through a second unmanned aerial vehicle, which is a repeater aircraft, in contrast to it, in the claimed method, the first unmanned aerial vehicle is used with an additional acoustic measuring hardware-software complex with radiating acoustic antennas for performing ultrasound measurements of ice thickness by direct contact of the antennas of this aircraft with house, thus, raising the data from the board aircraft ship and taking them through the use of radio in the course of movement of ships, set altitude flight levels that meet the requirements for the quality of connection and the data. Using the video / radio hardware complex of this first unmanned aerial vehicle, the characteristics of the scale of ice field inhomogeneity are established, the data of which are transmitted through the repeater to the supplying vessel and, if necessary, measurements of the ice thickness are made, the required number of points of its direct contact measurement, as well as their distribution at the course of the movement of ships in real time, and when taking measurements, the first unmanned aerial Paratov to the desired measurement point, producing its landing on the ice surface, is carried out in direct contact with ice radiating antennas its hardware and software and start measurement. The measurement process is carried out in two modes, in the first of which, by means of a hardware-software complex, sounding is performed with short acoustic pulses with high-frequency filling, direct high-frequency sounding is performed, and reflected pulses are received by a high-frequency antenna, while the travel time of a high-frequency pulse from the upper ice surface is measured by hardware and vice versa, while receiving in the hardware-software complex the value of the double ice thickness, in the case of absence In the hardware-software complex of the signal pulse from the lower surface of the ice, a second, parametric measurement mode is switched on, in which two radio pulses emit two radio pulses that are used by two high-frequency and low-frequency acoustic antennas connected with ice and combined with their radiation patterns, of which the first is used filled with unmodulated high frequency, and the carrier low frequency of the second radio pulse is used modulated by a complex, noise-like signal, thus obtaining the parameter The harmonic harmonics and the sum and difference frequencies, and at the same time, with the attenuation of the high-frequency components, the low-frequency components modulated by a complex signal that propagate to the lower surface of the ice are perceived in the hardware mode by receiving them with a low-frequency antenna, and the information parameter in the hardware the software complex, expressed as an indication of the time delay of the signal for propagation in the ice thickness, is determined by its correlation processing, the results of which are fixed in the hardware-software complex measured ice thickness in this mode. Then, the obtained measurement results are sent via the communication channel to the operator on the vessel, while the measurement results are presented in the form of a map of the thickness of the ice field or in the form of a single result, which is used for ice navigation of vessels at this rate.
Целесообразно использовать беспилотный летательный аппарат в виде телеуправляемого аппарата вертолетного типа, в форме обычного квадрокоптера, выполненного на традиционной Х-образной раме с 8-ю стандартными несущими винтами и со схемой управления полетом аппарата типа DJI А-2, обладающего временем автономного полета до 50 мин, который хорошо зарекомендовал себя в научно-практической экспедиции Дальневосточного плавучего университета в 2013 г.It is advisable to use an unmanned aerial vehicle in the form of a helicopter-type remote control device, in the form of a conventional quadrocopter, made on a traditional X-shaped frame with 8 standard rotors and with a flight control scheme of the DJI A-2 type, with an autonomous flight time of up to 50 min , which has established itself well in the scientific and practical expedition of the Far Eastern Floating University in 2013.
Частоту радиоканала для управления полетом аппаратов надежно используют размером F-2,4 ГГц, частоту радиоканала для качественной видеосвязи используют размером F-1,2 ГГц. Причем первая частота радиоканала выбрана исходя из списка существующих радиочастот, а видеотракт выбран более низкого диапазона, в отличие от тракта радиоуправления, чтобы максимально повысить дальность передачи видеоизображения, передаваемого как при телеуправляемом полете, так и автономном.The frequency of the radio channel for controlling the flight of devices is reliably used in the size of F-2.4 GHz, the frequency of the radio channel for high-quality video communication is used in the size of F-1.2 GHz. Moreover, the first frequency of the radio channel is selected based on the list of existing radio frequencies, and the video path is selected in a lower range, in contrast to the radio control path, in order to maximize the transmission range of the video image transmitted both during remote control and autonomous.
Частоту ультразвуковых излучений аппаратно-программного комплекса применяют величиной F-120 кГц, которая соответствует техническим характеристикам используемой аппаратуры.The frequency of ultrasonic radiation of the hardware-software complex is used with an F-120 kHz value, which corresponds to the technical characteristics of the equipment used.
При использовании прямого высокочастотного зондирования режима измерений применяют такое измерительное оборудование, при котором измеряют толщину льда «Н» вплоть до значений Н≤0,5 м, а погрешность измерений при этом не превышает 10%.When using direct high-frequency sounding of the measurement mode, such measuring equipment is used in which the ice thickness “N” is measured up to the values of H ≤ 0.5 m, and the measurement error does not exceed 10%.
При использовании параметрического режима измерений применяют такое измерительное оборудование, при котором измеряют толщину льда «Н» до значений, равных и превышающих величину Н≥3 м, а погрешность измерений при этом также не превышает 10%.When using the parametric measurement mode, such measuring equipment is used in which the ice thickness "N" is measured to values equal to and greater than the value of H≥3 m, and the measurement error also does not exceed 10%.
Вес установленного на первом беспилотном летательном аппарате акустического измерителя толщины льда «М» не превышает величину М≤2 кг, что является минимальной массой для используемого измерителя.The weight of the acoustic thickness meter “M” installed on the first unmanned aerial vehicle does not exceed M≤2 kg, which is the minimum weight for the meter used.
Заявляемые ограничительные и отличительные признаки обеспечивают достижение поставленной технической задачи.The claimed restrictive and distinctive features ensure the achievement of the technical task.
Использование первого беспилотного летательного аппарата, снабженного измерительным акустическим аппаратно-программным комплексом с излучающими акустическими антеннами, обеспечивает выполнение измерений ультразвуковым методом толщины льда при непосредственном, в отличие от известного решения-прототипа, контакте со льдом антенн этого аппаратно-программного комплекса посаженного на лед данного телеуправляемого летательного аппарата, передающего через второй беспилотный летательный аппарат полученные и корреляционно обработанные его аппаратно-программным комплексом результаты излучающих измерений на обеспечивающее судно. Этим достигается увеличение достоверности данных о толщине льда, в отличие от неконтактных ее оценок, увеличение информативности и точности ледовой разведки с авиасредств. При этом сами измерения в намечаемых предварительно точках производят по необходимости в зависимости от результатов предварительного определения характеристик масштабов неоднородности ледовых полей, определяемых посредством видео/радио аппаратного комплекса первого летательного аппарата и передаваемых через аппарат ретранслятор на обеспечивающее судно. Это предотвращает излишние неоправданные экономические затраты заявляемого способа ледовой разведки, использующего видео/радио, аппаратно-программный комплекс беспилотного телеуправляемого аппарата.The use of the first unmanned aerial vehicle equipped with a measuring acoustic hardware-software complex with emitting acoustic antennas ensures ultrasonic measurements of the ice thickness with direct, in contrast to the known prototype solution, contact of the antennas of this hardware-software complex with ice of this remote control an aircraft transmitting received and correlation processed through a second unmanned aerial vehicle ie its hardware-software complex of emitting measurement on the support vessel. This achieves an increase in the reliability of data on the thickness of ice, in contrast to its non-contact estimates, an increase in the information content and accuracy of ice reconnaissance from aircraft. At the same time, the measurements themselves at preplanned points are made, if necessary, depending on the results of a preliminary determination of the characteristics of the scale of the ice field heterogeneity, determined by the video / radio hardware complex of the first aircraft and transmitted through the apparatus to the relay ship. This prevents unnecessary unnecessary economic costs of the proposed method of ice reconnaissance using video / radio, a hardware-software complex of an unmanned telecontrol vehicle.
Беспилотный летательный аппарат в виде телеуправляемого аппарата вертолетного типа в форме обычного квадрокоптера, выполненного на традиционной Х-образной раме с 8-ю стандартными несущими винтами и со схемой управления полетом аппарата типа DJI А-2, обладающего временем автономного полета до 50 мин, выбран, поскольку 8 винтов обеспечивают наиболее большее тяговое усилие по сравнению с вариантами с меньшим количеством винтов, а полетный контроллер имеет проверенные на практике все возможности, необходимые для практического осуществления поставленной задачи.An unmanned aerial vehicle in the form of a helicopter-type telecontrol device in the form of a conventional quadrocopter, made on a traditional X-shaped frame with 8 standard rotors and with a flight control scheme of a DJI A-2 device with an autonomous flight time of up to 50 minutes, is selected, since 8 propellers provide the greatest traction force compared to the options with fewer propellers, and the flight controller has proven in practice all the capabilities necessary for the practical implementation of abandoned task.
Частоту радиоканала для управления полетом аппаратов надежно используют размером F - 2,4 ГГц, которая выбрана из стандартной сетки частот и имеет достаточную ширину канала для осуществления наиболее точного управления БЛА, а частоту радиоканала для обеспечения наиболее качественной видеосвязи используют размером F - 1,2 ГГц, которая выбрана из стандартной сетки частот и имеет достаточную ширину канала для осуществления надежной видеосвязи. Видеотракт выбран более низкого диапазона, в отличие от тракта радиоуправления, чтобы максимально повысить дальность передачи видеоизображения, передаваемого как при телеуправляемом полете, так и автономном, т.е. обеспечить экономическую эффективность способа.The frequency of the radio channel for controlling the flight of devices is reliably used with a size of F - 2.4 GHz, which is selected from a standard frequency grid and has a sufficient channel width for the most accurate UAV control, and the frequency of the radio channel for the most high-quality video communication is used with a size of F - 1.2 GHz , which is selected from a standard frequency grid and has a sufficient channel width for reliable video communications. The video path is selected in a lower range, in contrast to the radio control path, in order to maximize the transmission range of the video image transmitted both during telecontrolled flight and autonomous, i.e. to ensure the economic efficiency of the method.
Частоту ультразвуковых излучений аппаратно-программного комплекса применяют величиной F - 120 кГц, которая соответствует техническим характеристикам используемой аппаратуры и обеспечивает наиболее качественное измерение требуемых параметров льда.The frequency of ultrasonic radiation of the hardware-software complex is used with a value of F - 120 kHz, which corresponds to the technical characteristics of the equipment used and provides the highest quality measurement of the required ice parameters.
При использовании прямого высокочастотного зондирования режима измерений применяют такое измерительное оборудование, которое позволяет измерять толщину льда «Н», покрывающего значительную северную акваторию страны, вплоть до значений Н≤0,5 м, а погрешность измерений при этом не превышает 10%.When using direct high-frequency sounding of the measurement mode, such measuring equipment is used that allows you to measure the thickness of the ice "H" covering a significant northern water area of the country, up to values of N≤0.5 m, and the measurement error does not exceed 10%.
При использовании параметрического режима измерений применяют такое измерительное оборудование которое позволяет измерять толщину льда «Н» до значений, характерных для полярных широт страны (северно-морской путь), равных и превышающих величину Н≥3 м, а погрешность измерений при этом также не превышает 10%.When using the parametric measurement mode, such measuring equipment is used that allows you to measure the ice thickness "N" to values characteristic of the polar latitudes of the country (the North Sea Route), equal to and greater than H≥3 m, and the measurement error also does not exceed 10 %
Вес установленного на первом беспилотном летательном аппарате акустического измерителя толщины льда «М» не превышает величину М≤2 кг, что является минимальной массой для используемого измерителя, а летно-технические характеристики БЛА позволяют доставлять его к точке измерений без каких-либо проблем.The weight of the acoustic meter of ice thickness “M” installed on the first unmanned aerial vehicle does not exceed M≤2 kg, which is the minimum weight for the meter used, and the flight technical characteristics of the UAV allow it to be delivered to the measurement point without any problems.
На чертеже представлена структурная схема комплекса, реализующего заявляемый способ ледовой разведки.The drawing shows a structural diagram of a complex that implements the inventive method of ice reconnaissance.
Комплекс ледовой разведки, реализующей заявленный способ, содержит телеуправляемый беспилотный летательный аппарат вертолетного типа (далее БЛА1) (1), который используют в форме традиционного квадрокоптера (не показано), выполненного на традиционной "Х"-образной раме с 8-ю стандартными несущими винтами и со схемой управления полетом аппарата типа DJI А-2 (не показано), обладающего временем автономного полета до 50 мин. Он несет традиционный для авиаразведки видео/радио аппаратно-программный комплекс (далее АПК1) (2), дополненный измерительным акустическим аппаратно-программным комплексом 2 (АПК2) (3), вес которого не превышает 2 кг, для измерения толщины льда, характеризующийся глубиной измеряемой толщины льда "Н" Н≥3 м. Для управления полетом БЛА1 (1) связан радиоканалом с частотой F - 2.4 ГГц, с БЛА2 (4), выполняющим роль ретранслятора. БЛА2 (4) осуществляет также двухстороннюю радиосвязь с этой же частотой с судном обеспечения (5) в реальном времени.The ice reconnaissance complex that implements the claimed method contains a remote-controlled helicopter-type unmanned aerial vehicle (hereinafter BLA1) (1), which is used in the form of a traditional quadrocopter (not shown), made on a traditional "X" -shaped frame with 8 standard rotors and with a flight control circuit of an apparatus of the type DJI A-2 (not shown) having an autonomous flight time of up to 50 minutes. It carries the traditional for airborne reconnaissance video / radio hardware-software complex (hereinafter APK1) (2), supplemented by a measuring acoustic hardware-software complex 2 (APK2) (3), the weight of which does not exceed 2 kg, for measuring the thickness of ice, characterized by the depth of the measured ice thickness "N" N≥3 m. To control the flight, UAV1 (1) is connected by a radio channel with a frequency of F - 2.4 GHz, with UAV2 (4), which acts as a repeater. BLA2 (4) also provides two-way radio communication with the same frequency with the supply vessel (5) in real time.
Судно (5) обеспечения телеуправляет маршрутом движения БЛА1 (1) и БЛА2 (4), используя видеосвязь с частотой F - 1.2 ГГц, и определяет, в соответствии с предварительно получаемыми данными АПК1 (2) о ледовой обстановке по курсу судов, точки трассы, в которых совершенно определенно требуется измерить толщину льда с использованием АПК2 (3). При этом частота радиоканала "F", равная 2.4 ГГц, выбрана исходя из списка существующих радиочастот, а видеотракт F - 1,2 ГГц выбран более низкого диапазона, в отличие от тракта радиоуправления, чтобы максимально повысить дальность передачи видеоизображения, передаваемого как при телеуправляемых полетах, так и при автономном.The support vessel (5) telecontrols the BLA1 (1) and BLA2 (4) motion path using video communication with a frequency of F - 1.2 GHz, and determines, in accordance with preliminary data from APK 1 (2) on ice conditions at the heading of the vessels, the route points, in which it is definitely required to measure the thickness of ice using AIC2 (3). Moreover, the frequency of the radio channel "F", equal to 2.4 GHz, is selected on the basis of the list of existing radio frequencies, and the video path F - 1.2 GHz is selected in the lower range, unlike the radio control path, in order to maximize the transmission range of the video image transmitted as during remote control flights , and when offline.
Работу комплекса ледовой разведки осуществляют следующим порядком. При следовании судна (каравана судов) в сложной ледовой обстановке, требующей ледовой разведки, с борта соответствующего судна поднимают телеуправляемые БЛА1 (1) и БЛА2 (4), выводят их на маршрут и задают высотные эшелоны полета, отвечающие, благодаря используемым частотам радиосвязи, требованиям по качеству связи и получаемых данных. Устанавливают посредством видео/радио АПК1 (2) характеристики масштабов неоднородности ледовых полей, данные о которых через БЛА 2 (4) передают на обеспечивающее судно (5), и при необходимости определения толщины льда производят посадку БЛА1 (1) на лед для осуществления непосредственного акустического контакта с ним акустической антенны (не показано). При этом требуемое число точек с измерениями толщины льда и их распределение по маршруту устанавливают по необходимости в зависимости от масштабов неоднородностей ледовых полей, определяемых предварительно, причем их устанавливают в реальном времени.The operation of the ice reconnaissance complex is carried out in the following order. When navigating a ship (caravan of ships) in difficult ice conditions requiring ice reconnaissance, the remote-controlled UAV1 (1) and UAV2 (4) are lifted from the board of the corresponding vessel, put them on the route and set altitude flight levels that meet, thanks to the radio frequencies used, the requirements on the quality of communication and data received. Using the video / radio APK1 (2), the characteristics of the extent of ice field inhomogeneity are established, the data of which are transmitted through the UAV 2 (4) to the supporting vessel (5), and if necessary, the thickness of the ice is determined by UAV1 (1) landing on ice for direct acoustic contact with an acoustic antenna (not shown). At the same time, the required number of points with measurements of ice thickness and their distribution along the route are set as necessary depending on the scale of the inhomogeneities of the ice fields determined previously, and they are set in real time.
При необходимости данного производства измерений толщины льда намечают требуемое число точек его непосредственного контактного измерения, а также и их распределение по курсу движения судов в реальном времени, и при осуществлении измерений телеуправляемо подводят первый беспилотный летательный аппарат (БЛА1) (1) к необходимой точке измерений (не показано), производят его посадку на поверхность льда, осуществляют непосредственный контакт со льдом излучающих антенн (не показано) его аппаратно-программного комплекса (АПК2) (3) и начинают измерения. Процесс измерения осуществляют двумя режимами, в первом из которых посредством данного аппаратно-программного комплекса производят зондирование короткими акустическими импульсами с высокочастотным заполнением, осуществляя режим прямого высокочастотного зондирования, и производят прием отраженных импульсов высокочастотной антенной (не показано), при этом аппаратно измеряют время пробега высокочастотного импульса от верхней поверхности льда (не показано) и обратно, получая при этом в данном аппаратно-программном комплексе величину двойной толщины льда. В случае же отсутствия в аппаратно-программном комплексе сигнального импульса от нижней поверхности льда (не показано) включают второй, параметрический режим измерений, в котором двумя задействованными, контактирующими со льдом указанными высокочастотной и низкочастотной акустическими антеннами с совмещенными их диаграммами направленности излучают два радиоимпульса, из которых первый используют заполненным немодулированной высокой частотой, а несущую низкую частоту второго радиоимпульса используют модулированной сложным, шумоподобным сигналом, получая таким путем параметрические гармоники и суммарные и разностные частоты. И при этом, при происходящем затухании высокочастотных составляющих, низкочастотные составляющие, модулированные сложным сигналом, которые распространяются до нижней поверхности льда, в этом режиме аппаратно воспринимают, осуществляя их прием низкочастотной антенной, а информационный параметр в аппаратно-программном комплексе, выраженный в виде показания задержки времени сигнала на распространение в толще льда, определяют корреляционной его обработкой, результаты которой фиксируют в аппаратно-программном комплексе измеряемую толщину льда в этом режиме. Затем отправляют полученные результаты измерений по каналу связи оператору на судно (5), при этом результаты измерений представляют в виде карты толщин ледового поля (не показано) либо в виде единичного результата, который используют при ледовой проводке судов по данному курсу.If this measurement is necessary, the thickness of the ice is determined by the required number of points of direct contact measurement, as well as their distribution according to the course of the vessels in real time, and when performing measurements, the first unmanned aerial vehicle (UAV1) is telecontrolled (1) to the required measurement point ( not shown), make its landing on the ice surface, make direct contact with the ice of the radiating antennas (not shown) of its hardware-software complex (AIC2) (3) and begin to change rhenium. The measurement process is carried out in two modes, in the first of which, through this hardware-software complex, sounding is performed with short acoustic pulses with high-frequency filling, implementing direct high-frequency sounding, and receiving reflected pulses by a high-frequency antenna (not shown), while the high-frequency travel time is measured by hardware pulse from the top surface of the ice (not shown) and vice versa, while receiving in this hardware-software complex the value double thickness of ice. In the absence of a signal pulse from the bottom surface of the ice (not shown) in the hardware-software complex, a second, parametric measurement mode is switched on, in which two radio pulses emitted by the high-frequency and low-frequency acoustic antennas with their radiation patterns combined with ice are emitted from two which the first is used filled with unmodulated high frequency, and the carrier low frequency of the second radio pulse is used modulated by a complex, noise obnym signal, thus providing the parametric harmonic and sum and difference frequency. And at the same time, with the attenuation of the high-frequency components, the low-frequency components modulated by a complex signal that propagate to the lower surface of the ice are perceived in this mode by receiving them with a low-frequency antenna, and the information parameter in the hardware-software complex, expressed as a delay indication the signal propagation time in the ice thickness is determined by its correlation processing, the results of which fix the measured thickness in the hardware-software complex inu ice in this mode. Then, the obtained measurement results are sent via the communication channel to the operator on the vessel (5), while the measurement results are presented in the form of a map of the thickness of the ice field (not shown) or in the form of a single result, which is used for ice navigation of vessels at this rate.
Таким порядком осуществляют заявленный способ. Достигается возможность увеличения достоверности данных о толщине льда при ледовой разведке и исключается субъективность при интерпретации получаемых данных и излишние неоправданные экономические затраты.In this manner, the claimed method is carried out. The possibility of increasing the reliability of data on the thickness of the ice during ice reconnaissance is achieved, and subjectivity in the interpretation of the data obtained and unnecessary unjustified economic costs are eliminated.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016141238A RU2631966C1 (en) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | Method for observing ice situation using telecontrolled unmanned aircrafts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016141238A RU2631966C1 (en) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | Method for observing ice situation using telecontrolled unmanned aircrafts |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2631966C1 true RU2631966C1 (en) | 2017-09-29 |
Family
ID=60040683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016141238A RU2631966C1 (en) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | Method for observing ice situation using telecontrolled unmanned aircrafts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2631966C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2778158C1 (en) * | 2021-04-01 | 2022-08-15 | Владимир Васильевич Чернявец | Method for exploration of ice situation, using remotely controlled unmanned aerial vehicles, and device for its implementation |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU83140U1 (en) * | 2008-12-18 | 2009-05-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR |
| WO2012162310A1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-11-29 | Ion Geophysical Corporation | Marine threat monitoring and defense system |
| RU123393U1 (en) * | 2012-04-23 | 2012-12-27 | Закрытое акционерное общество "Компания Безопасность" | Unmanned aerial vehicle and aerial surveillance system for it |
| US20140062764A1 (en) * | 2012-09-04 | 2014-03-06 | Fugro Earthdata, Inc. | Method and apparatus for mapping and characterizing sea ice from airborne simultaneous dual frequency interferometric synthetic aperture radar (ifsar) measurements |
| RU153808U1 (en) * | 2014-11-05 | 2015-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) | PARAMETRIC ECHO DEDOMETER |
| RU2014141127A (en) * | 2014-10-13 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | Small-sized multicopter with remote control |
-
2016
- 2016-10-19 RU RU2016141238A patent/RU2631966C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU83140U1 (en) * | 2008-12-18 | 2009-05-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR |
| WO2012162310A1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-11-29 | Ion Geophysical Corporation | Marine threat monitoring and defense system |
| RU123393U1 (en) * | 2012-04-23 | 2012-12-27 | Закрытое акционерное общество "Компания Безопасность" | Unmanned aerial vehicle and aerial surveillance system for it |
| US20140062764A1 (en) * | 2012-09-04 | 2014-03-06 | Fugro Earthdata, Inc. | Method and apparatus for mapping and characterizing sea ice from airborne simultaneous dual frequency interferometric synthetic aperture radar (ifsar) measurements |
| RU2014141127A (en) * | 2014-10-13 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | Small-sized multicopter with remote control |
| RU153808U1 (en) * | 2014-11-05 | 2015-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) | PARAMETRIC ECHO DEDOMETER |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2778158C1 (en) * | 2021-04-01 | 2022-08-15 | Владимир Васильевич Чернявец | Method for exploration of ice situation, using remotely controlled unmanned aerial vehicles, and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108955678B (en) | A kind of deep-sea vehicle communication location navigation time service integral method and system | |
| CN109116360B (en) | A kind of deep-sea real-time high-precision locating method and system | |
| JP5093451B2 (en) | Aircraft surface and ground observation equipment | |
| US11511835B2 (en) | Operating method of multiple underwater vehicles and operating system of multiple underwater vehicles | |
| WO2016017358A9 (en) | Vessel characteristic estimation device and automatic steering device | |
| US20210109517A1 (en) | Control method of underwater vehicle, introducing method of underwater vehicle, recovering method of underwater vehicle, control system of underwater vehicle, introducing/recovering equipment of control system of underwater vehicle | |
| NO158900B (en) | ACOUSTIC POSITIONING SYSTEM. | |
| US20170082593A1 (en) | Detecting Oil Under Ice | |
| RU2516244C2 (en) | Method for helicopter landing and device for its realisation | |
| KR20190141341A (en) | Method for Inspection Underwater Structures Using Drone and Sonar | |
| RU2631966C1 (en) | Method for observing ice situation using telecontrolled unmanned aircrafts | |
| RU2689281C1 (en) | Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle | |
| RU190804U1 (en) | Device for providing navigation and landing of shipboard aircraft | |
| CN104627334B (en) | Side-mounted draft detection system and operating method thereof | |
| JPS61142488A (en) | Marine probing method by utilizing one or more of remote control ship | |
| CN108226913B (en) | A kind of full resolution pricture navigation system for second-mission aircraft All Weather Landing | |
| US20180011185A1 (en) | Method and system for locating underground targets | |
| RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
| RU2489721C1 (en) | Speed metre for ice ships | |
| Ferguson et al. | Acoustic detection and localization of a turboprop aircraft by an array of hydrophones towed below the sea surface | |
| US6215732B1 (en) | Expendable device for measurement of sound velocity profile | |
| RU2778158C1 (en) | Method for exploration of ice situation, using remotely controlled unmanned aerial vehicles, and device for its implementation | |
| KR101561138B1 (en) | Depth Measurement System | |
| CN219475828U (en) | Submarine pipeline internal inspection system | |
| RU2756596C1 (en) | Apparatus for selecting a landing site for a helicopter-type aerial vehicle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181020 |