Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Срочные публикации в журналах ВАК и зарубежных журналах Скопус (SCOPUS)!




Разделы: Машиностроение, Телекоммуникации, Электроника
Размещена 26.12.2013.

Информационно - управляющая система на базе Беспилотных летательных аппаратов (БЛА)

Ким Александр Георгиевич

Бакалавр ФРТиС и Экономики

NVision Group, СибГУТИ

инженер-стажер филиала ЗАО «Энвижн Груп» Энвижн-Сибирь

Аннотация:
Статья рассматривает проектирование комплекса, направленного на спасение людей, попавших в снежный плен.


Abstract:
The article examines the design of the complex, aimed at rescuing people caught in snowdrift.


Ключевые слова:
БЛА, БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, авиация

Keywords:
UNMANNED AERIAL VEHICLE, aviation



УДК: 629

Отметим, что данная статья рассматривает проектирование комплекса, направленного на спасение людей, попавших в снежный плен. Для этого будет составлена общая схема информационно-управляющей системы на базе БЛА.
 
 
 


Рисунок 1 – Схема ИУС
 
По схеме на рисунке 1 видно, что управление и координирование производится в диспетчерском пункте. БЛА же нужен для передачи телеметрических данных. Также здесь присутствует наземная станция управления и телекоммуникационное оборудование.
 
 
 
Рисунок 2 – Схема мобильного комплекса
 
Теперь опишем работы самой системы, приведенной на рисунке 2.
На место чрезвычайного случая (в нашем случае сход лавин и т.п.) центральный диспетчерский пункт отправляет мобильную оперативную группу, которая должна без какого-либо риска для себя максимально приблизиться к месту происшествия. Мобильная оперативная группа содержит в себе автомобиль высокой проходимости, наземную станцию управления, ПК, спутниковый терминал. Далее, мобильная оперативная группа отправляет на поиски людей БЛА, оснащенной датчиком инфракрасного излучения, тепловизионной камерой, параллельно координирующей        полет аппарата. В случае обнаружения пострадавших, мобильная оперативная группа немедленно передает координаты места обнаружения в центральный диспетчерский пункт, откуда отдается приказ локальным оперативным группам на вызволение людей из снежного плена.
Рассмотрим возможности современных беспилотников. В современных условиях актуальность применения беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в военной и гражданской сферах является вполне очевидной. Воз­можности БЛА во многом зависят от такого параметра, как высота полета. На высоте 20-30 км беспилотный самолет может конкурировать со спутником.
Беспилотные самолеты могут взять на себя функции спутниковой группировки и выполнять их в режиме ре­ального времени в рамках целого региона. Основной критерий выбора типа летательных аппаратов - стои­мость. Благодаря стремительному развитию вычисли­тельной техники существенно подешевела «начинка» - бортовые компьютеры БЛА. На IX международной кон­ференции по «беспилотникам», прошедшей в 2001 г. во Франции, прозвучала мысль о том, что в 2010-2015 годах боевые операции сведутся к войне автоматизированных систем, т.е. к противоборству роботов.
Для выполнения вышеперечисленных задач БЛА должен иметь в своём составе бортовую аппаратуру, с помощью которой он сможет получать информацию и в режиме реального времени передавать её на пункт управления для обработки и принятия адекватных ре­шений.
Особенностью применения БЛА является способность непрерывного наблюдения за поверхностью и воздушным пространством при большом удалении объекта на­блюдения с помощью различных датчиков. Бортовая ап­паратура БЛА вместе с пунктом управления представляет собой информационно-управляющую систему (ИУС).
Информационно-управляющая система использу­ется в робототехнических средствах на БЛА для непре­рывного управления всеми функциями и устройствами с подвижного или неподвижного пункта управления, а также для реализации своих функциональных назначе­ний в автоматическом режиме в соответствии с зало­женными в его систему управления алгоритмом и про­граммами функционирования. При управлении с пунк­та управления все функции управления функциональ­ным поведением летательного аппарата отданы опера­тору на Земле, а при автоматическом режиме все функ­ции управления определены программным комплексом и базой данных.
В состав ИУС входит: наземный пункт управле­ния; блок автопилота; блок инерциальной навигацион­ной системы (ИНС).
Интерес к БЛА вызван устранением риска для жизни экипажа, их экономичностью при эксплуатации, ограничениями по эксплуатационным нагрузкам, способностью вести наблюдение из множества то­чек в течение короткого периода времени, опре­деляемыми физиологическими возможностями челове­ка.

Структура и функционирование информационно-управляющей системы
Аппаратная часть БЛА конструктивно состоит их трех частей: комплексированная навигационная система (КНС); блок управления; элементы управления лета­тельным аппаратом и бортовое оборудование.
Структурная схема аппаратной части БЛА показа­на на рисунке 3

 
  
Рисунок 3 – Структурная схема аппаратной части БПЛА
 
Связь с автоматизированным рабочим местом оператора осуществляется посредством радиоканала. Также по радиоканалу можно управлять бортовой аппаратурой БЛА (фото видеокамера).
Во FLASH-памяти хранится полетное задание БЛА, калибровочный коэффициент и журнал полета.
Конструктивно блок управления и КНС выполнены на отдельных платах и установлены на БПЛА.
Функциональная схема блока управления показана на рисунке 4

 
  
Рисунок 4 – Функциональная схема блока управления
 
Ключевую роль в схеме блока управления играет микроконтроллер. Он выполняет обработку всей информации, поступающей с других функциональных узлов, математические расчеты, а также связывает все остальные элементы схемы.
Спутниковая навигационная система (СНС), представленная GPS приемником, подает на микроконтроллер географические координаты объекта, высоту над уровнем моря, скорость и время по Гринвичу.
Данные выходят с порта GPS приемника и поступают на порт микроконтроллера. В свою очередь, микроконтроллер посылает с порта запросы на порт GPS приемника. С выходов трехосевого акселерометра и датчика угловых скоростей (ДУС) в микроконтроллер поступают соответственно проекции ускорений и угловые скорости аппарата. В свою очередь, микроконтроллер посылает сигналы на порты акселерометра и ДУС, которые получают тактовые импульсы с портов микроконтроллера.
Для обнаружения и определения природы теплового излучения в схему был внедрен тепловизор. Однако, напрямую подключить его к микроконтроллеру не удастся. Это обусловлено маленькой скоростью передачи данных микроконтроллера. Доминирующим устройством остается микроконтроллер. Он будет заниматься обработкой поступившей информации. Полученные приемником управляющие сигналы поступают на микроконтроллер и передаются на сервомашинки и двигатель в режиме автопилота, либо микроконтроллер формирует управляющие сигналы самостоятельно. Кварцевый резонатор необходим микроконтроллеру для обеспечения его работоспособности. Частота импульсов на кварцевом резонаторе подбирается из технических характеристик микроконтроллера. Связь с ЭВМ осуществляется через СОМ порт. Прошивка микроконтроллера осуществляется с помощью программатора.
По результатам проектирования, изготовления и полётных испытаний опытного образца БЛА можно сделать выводы:
-      Блоки ИНС и автопилота должны размещаться в корпусе БЛА, а также иметь самостоятельное крепление на его борту;
-      Пульт управления должен быть выполнен в одном корпусе, быть удобным в использовании, обладать эргономическими характеристиками, а также нести в себе всю необходимую информацию;
-      Все электрические параметры, представленные в техническом задании (ТЗ), должны быть реализованы на схемотехническом уровне, т.е. выходные характеристики выданной схемы, электрической принципиальной должны находиться в допустимых пределах;
-      Согласно требованиям ТЗ, а также проанализировав значения климатических факторов, можно сделать вывод, что все блоки ИУС могут быть выполнены в соответствии с заданным климатическим исполнением для использования в умеренном климате (температура от минус 45 до + 40 °С, относительная влажность 80 % (при температуре + 35 °С)).
-      При разработке конструкций блоков ИУС следует учесть требования по стандартизации, унификации и миниатюризации. Выбор конструктивных решений должен обеспечивать удобство эксплуатации и ремонтопригодности. Эффективным средством достижения этих целей является модульность конструктивного решения.
-      Для подведения в блоки ИУС напряжения питания и подключения шины «земля» рекомендуется использовать крайние контакты электрических соединителей. Тип соединителя в ТЗ не указан, поэтому он должен выбираться с учетом назначения, количества контактов, требований механической и климатической устойчивости, защиты от других внешних воздействий, электрических параметров и стоимости;
-      Информационные линии связи в пределах плат выполняют с помощью печатного монтажа. Проводники, расположенные на различных сторонах платы, должны перекрещиваться под углом 45 ° или 90 °. Проводники должны быть по возможности короткими, для того, чтобы свести к минимуму их сопротивление;
-      Параметры и характеристики применяемой элементной базы и материала печатной платы должны соответствовать климатическому исполнению изделия и выполнять свои функции в заданных условиях эксплуатации;
-      По технико-экономическим требованиям ИУС должна быть конкурентоспособной.
Широкое применение комплексов БЛА открывает возможность оперативного и недорогого способа обследования труднодоступных участков местности, периодического наблюдения заданных районов, цифрового фотографирования для использования в геодезических работах и в случаях чрезвычайных ситуаций. Основными преимуществами разработанного БЛА являются мобильность и компактность; высокая степень готовности к вылету (время подготовки комплекса к вылету, включая развертывание, проверку исправности оборудования и систем, ввод полетного задания и проведение в состояние стартовой готовности не более 30 мин); разнохарактерность выполняемых задач; высокие летно-технические характеристики БЛА; простота в обслуживании и надежность в эксплуатации; быстродействие и качество обработки; подготовка специалистов на тренажерах собственной разработки; гарантийное обслуживание и дальнейшая техническая поддержка.
Беспилотные летательные аппараты (БЛА) уже столь широко распространены в мире, что актуальной становится проблема их совместного применения. Соответственно, необходимы единые стандарты каналов связи с БЛА. Работы над решением этой задачи еще продолжаются, однако уже сейчас можно подвести некоторые итоги, проанализировать общие требования к каналам связи с БЛА и определить наиболее перспективные пути их реализации.

Библиографический список:

1. Илюшко В.М., Нарытник Т.М. Система передачи данных на базе высотного беспилотного летательного аппарата (СПД "Фаэтон"). – Зв’язок, 2004,
№ 7, с. 38–39.
2. Слюсар В., д.т.н. Радиолинии связи с БПЛА. Примеры реализации [Электронный ресурс] // Электронный периодический научный журнал «ЭЛЕКТРОНИКА». 2010. № 3, с. 80–86. URL: http://www.slyusar.kiev.ua/ENTB_5_10.pdf (дата обращения: 1.12.2013).




Рецензии:

19.02.2014, 14:41 Копылов Алексей Филиппович
Рецензия: Тема актуальна. Статья представляет собой, вероятно, часть более общей работы, возможно, будущей выпускной бакалаврской. Написана нормально, понятно. Недостатки: в тексте нет ссылок на литературу, приведенную в конце статьи. Расшифровки аббревиатур (например, БЛА), следует давать не в конце статьи, а при первом упоминании в тексте. Не может быть, чтобы всю эту разработку сделал один бакалавр, но это не наше дело. Статья неплохая, можно публиковать.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх