x
,
N
i
,
1
, а так же траектории движения БЛА
)
(i
k
x
,
N
i
,
1
и ПП
)
( p
k
x
. С использова- нием (8) – рассчитываются значения отношений «сигнал/шум» в КС сети
)
( j
i
q
и далее – значения вероятностей ошибок передачи информации в КС
)
,
( j
i
e
P
(2) , на основе которых формируется матрица весов
)
,
(
)
,
(
j
i
j
i
e
w
P
,
||
||
)
,
( j
i
w
W
графа
G
Выражения (3), (4) определяют правило формирования оптимального маршрута передачи информации по сети.
261
На основе полученной модели (2) – (8) проводилось моделирование воздей- ствия помех на КС группы БЛА
4
N
в соответствии с тактической ситуацией, представленной на рисунке 2.
Рисунок 2 – Вариант подавления КС БЛА с использованием ЛА ПП
При моделировании рассматривается процесс передачи информации от БЛА
1
к БЛА
4
, то есть от УС
1
к УС
4
по маршрутам: 1 – (УС
1
– УС
4
); 2 –(УС
1
– УС
2
– УС
4
);
3 – (УС
1
– УС
3
– УС
4
); 4 – с использованием оптимального маршрута. Предполага- ется, что энергетический потенциал (ЭП) ПП превышает БЛА в 3 раза. Параметры аппаратуры передачи данных всех БЛА равны. Расстояние между БЛА
3 10 7
а) б)
Рисунок 3 – Зависимости вероятностей ошибок от дальности до ПП: а) – в каналах связи сети (1 – КС12; 2 – КС13; 3 – КС14; 4 – КС24; 5 – КС34); б) – на маршрутах (1; 2; 3; 4 – оптимальный)
Анализ зависимостей на рисунке 3а показывает, что только при расположе- нии ПП на дальности
п
D
92 до км относительно БЛА
1
обеспечиваются требуемые характеристики передачи информации (
3 10
e
P
) по прямому КС
14
. Подавление
КС
13
и КС
24
осуществляется на дальностях
65 60
п
D
км, КС
12
и КС
34 на
35 30
п
D
км.
При организации связи между БЛА
1
и БЛА
4
с использованием транзитных уз- лов (маршруты 2 и 3), обеспечивается передача информации с требуемыми характе- ристиками на
п
D
30 км (кривая 3) и 35 км (кривая 2) рисунок 3б. Кривая 4 на ри- сунке 3б отображает значение ошибки при оптимальном формировании маршрута с
262 использованием критерия (3). На дальности до ПП от 100 до 20 км используется маршрут 3, далее маршрут – 2.
Выводы
Разработанная модель маршрутизации обеспечивает формирование маршру- тов передачи данных с минимальными ошибками из возможных. Анализ получен- ных зависимостей показывает, что использование протоколов оптимальной марш- рутизации позволяет снизить дальность подавления БЛА
4
с 92 до 30 км (дальность между БЛА
4
и ПП при этом составляет порядка 25 км).
Вхождение ПП в боевые прядки БЛА или их сопровождение на удалении порядка на
30 20
п
D
км обеспечивает гарантированное КС подавление сети свя- зи БЛА. Возможным способом помехозащиты в данном случае является управле- ние траекториями отдельных БЛА с целью создания конфигурации сети миними- зирующей воздействие помех, а так же организация выхода отдельных БЛА из зон действия помех и для передачи информации на ПУ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Моисеев В.С. Основы теории эффективного применения беспилотных летательных аппаратов: монография. – Казань: РИЦ «Школа», 2015. 444 с.
2.
Боговик А.В., Игнатов В.В. Эффективность систем военной связи и методы ее оценки. СПб.: ВАС, 2006. 184 с.
3.
Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983.
320 с.
4.
Перунов Ю.М., Фомичев К.И., Юдин Л.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. М.:
Радиотехника, 2003. 416 с.
5.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2006. 958 с.
6.
Канащенков
А.И.,
Меркулов
В.И. Авиационные системы радиоуправления Т.1 Принципы построения систем радиоуправления. Основы синтеза и анализа. М.: Радиотехника, 2003. 418 с.
263 П.А. ФЕДЮНИН доктор технических наук, про- фессор, начальник кафедры (управления воински- ми частями связи и радиотехнического обеспече- ния авиации) ВУНЦ ВВС «ВВА» (г. Воронеж) А.Г. ИВАНУТКИН кандидат военных наук, до- цент кафедры (управления воинскими частями связи и радиотехнического обеспечения авиации) ВУНЦ ВВС «ВВА» (г. Воронеж) ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ЛЁТНЫХ ПРОВЕРОК НА БАЗЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Современные боевые действия характеризуются скоротечностью, являются высокоманевренными и проходят в условиях оперативно меняющейся тактической (оперативно-тактической обстановке). Характер подобного тактического (опера- тивно-тактического) фона диктует необходимость круглосуточного и всепогодно- го применения авиации как с подготовленных в радиотехническом отношении аэродромов, так и необорудованных. В связи с этим предъявляются высокие требо- вания по своевременности организации и осуществления радиотехнического обес- печения (РТО) на данных аэродромах. Анализ применения оперативно-тактической авиации в локальных воору- женных конфликтах последнего времени показал, что при выполнении задач в условиях горной местности обеспечение экипажей достоверной радионавигацион- ной информацией крайне недостаточное, а в некоторых случаях ее использование практически невозможно [1]. Для оценки соответствия параметров и характеристик средств связи и РТО полетов требованиям нормативно-технической документации и определения их способности обеспечивать полеты воздушных судов (ВС) в соответствии со своим предназначением проводится летная проверка средств связи и радиотехнического обеспечения полетов. Исходя из анализа состава мобильной компоненты системы РТО следует, что она не в состоянии развернуть средства по полной схеме в минимальные сроки так, чтобы новый аэродром был предназначен для осуществления взлета и посадки при минимуме погоды [2]. Причиной этому является то, что на вооружении подразде- лений связи и РТО находятся средства обеспечения инструментального захода са- молетов на посадку, которые требуют при развертывании на новой позиции прове- дения летной проверки. В соответствии с требованиями руководящих документов по безопасности полетов использование для обеспечения полетов радиотехниче- ских средств не прошедших летную проверку запрещено [3]. Как правило, летная проверка средств связи и РТО организуется и проводится непосредственно в авиа- ционных формированиях в соответствии с заявками. Летную проверку некоторых средств РТО, например, стартовых командных пунктов, радиолокационных систем
264 посадки, приводных радиостанций, радиолокационных средств, светосигнального оборудования можно производить боевым или учебно-боевым самолетом, но про- верку средств инструментального захода летательных аппаратов на посадку необ- ходимо проводить специальным самолетом-лабораторией. Такие летные проверки заранее планируются и проводятся только в определенные сроки, указанные в плане проведения летных проверок. Данное обстоятельство негативно влияет на своевременность подготовки новых аэродромов в радиотехническом отношении.
Поэтому полевые аэродромы, аэродромные участки дорог (АУД) оборудуются си- лами и средствами мобильных подразделений связи и РТО только приводными ра- диостанциями и радиолокационными системами посадки. Данные аэродромы бу- дут пригодны в радиотехническом отношении для взлета и посадки только в про- стых и сложных метеоусловиях. Поэтому приоритетным направлением повышения своевременности РТО полетов авиации является уменьшение времени на подготов- ку системы РТО аэродромов к приему экипажей.
В ВВС проверку средств инструментального захода ВС на посадку необхо- димо проводить специальным самолетом-лабораторией. Для проведения лётных проверок на аэродромах ВВС используются воздушные суда-лаборатории типа
АН-26, оборудованные аппаратурой лётного контроля КПА-ЭС-1 и АСЛК-75, раз- работанной на рубеже 70-80-х годов прошлого столетия.
Аппаратура КПА-ЭС-1 и АСЛК-75 построена на устаревшей элементной ба- зе, имеет низкую надёжность, недостаточную точность и достоверность измерений, отсутствует возможность получения результатов измерений в реальном масштабе времени и оценки электромагнитной обстановки.
Всё это делает лётные проверки крайне не эффективными и как следствие отрицательно влияет на безопасность полётов.
Для обеспечения эффективного проведения лётных проверок была проведена модернизация автоматизированной системы лётного контроля АСЛК-75 в рамках
НИР «Арнаут». Модернизированный комплекс АСЛК-75М-04 предназначен для выполнения всех видов летных проверок наземных средств радиотехнического обеспечения полетов авиации.
Летные проверки заранее планируются и проводятся только в определенные сроки, указанные в плане проведения летных проверок. Данное обстоятельство негативно влияет на своевременность подготовки новых аэродромов в радиотехни- ческом отношении, особенно в условиях меняющейся оперативной обстановки.
Поэтому приоритетным направлением повышения своевременности РТО полетов авиации является уменьшение времени на подготовку системы РТО аэродромов к приему экипажей.
Для проведения летных проверок средств РТО на аэродромах предлагается включить в состав частей оперативно-тактической авиации комплекс проведения лётных проверок на базе звена управляемых беспилотных вертолетов (КПЛПУВ).
В качестве такого БЛА предлагается использовать беспилотный вертолет (БВ),
265 способный выполнять полет по заранее заданному маршруту облёта и оснащенного необходимым оборудованием. В последние годы значительно вырос интерес к использованию беспилотных вертолетов. Это объясняется достижениями вертолетостроения в области кон- струкции, технологии и систем управления, позволившими существенно улучшить летно-технические и весовые характеристики машин и тем самым повысить эффек- тивность их использования. При этом немаловажное значение имеют существен- ные преимущества беспилотных вертолетов по сравнению с беспилотными лета- тельными аппаратами (БЛА) других схем. В первую очередь это: возможность без аэродромного применения и отсутствие сложного стартово- посадочного оборудования; уменьшение продолжительности подготовки к повторному полету (за счет исключения времени на укладку и установку посадочного парашюта, на установку стартовых пороховых ускорителей и т. п.); возможность висения и полета на малых и околонулевых скоростях; уникальная возможность маневрирования. Комплекс проведения лётных проверок (КПЛПУВ) должен обеспечивать выполнения всех видов летных проверок наземных средств радиотехнического обеспечения полетов авиации, в том числе: курсовых, глиссадных и дальномерных (маркерных) радиомаячных систем инструментального захода воздушных судов на посадку типа ПРМГ, СП-50, и ILS; средств радиотехнической системы посадки ОСП; радиомаяков ближней навигации типа РСБН, VOR/DME; отдельных привод- ных радиостанций; автоматических радиопеленгаторов; радиолокационных систем управления воздушным движением, в том числе радиолокационных систем посад- ки (РСП) и моноимпульсных вторичных радиолокаторов (МВРЛ); светосигнально- го оборудования аэродромов; микроволновой системы посадки типа MLS. Управление вертолетом должно осуществляться оператором с помощью ЭВМ, в ней же и будет обрабатываться получаемая в реальном масштабе времени информация и выдаваться на печать готовый документ в виде акта летной проверки радиотехнического средства. Данный БЛА предлагается использовать также для рекогносцировки местности, где планируется развертывание средств РТО, что су- щественно сократит время этапа планирования радиотехнического обеспечения в новом районе, а также района развертывания средств РНП. Кроме того, БЛА пред- лагается также использовать для обеспечения экипажей радионавигационной ин- формации и в полосе действий авиации. Основные требования к комплексу проведения лётных проверок: возможность применения комплексов днем и ночью в условиях возможного огневого, радиоэлектронного и информационного противодействия противника; сохранение работоспособности и аэродинамической устойчивости БЛА в усло- виях воздействия отрицательных факторов природного и техногенного характера; комплекс должен быть интегрирован в единую автоматизированную систему информационного обеспечения ВС РФ; 266 совместимость с наземными ПУ по обработке информации, обеспечиваемая применением унифицированных протоколов обмена данными, общими принципами построения системы связи и передачи данных; возможность управления БЛА и приема информации при прямой радиовиди- мости и с использованием ретрансляторов; использование высокоскоростных, широкополосных, помехоустойчивых, за- щищенных каналов связи для передачи данных и приема команд управления; обеспечение электромагнитной совместимости, а также группового информа- ционного обмена между БЛА при выполнении задач в едином районе; возможность одновременного применения и управления требуемым количе- ством БЛА комплекса; обеспечение рационального сочетания автоматического и автоматизирован- ного управления БЛА; оснащение бортовой навигационной аппаратурой потребителя спутниковых систем типа GPS, ГЛОНАСС и др.; оснащение аппаратурой государственного опознавания «свой-чужой»; максимально возможная унификация процессов обслуживания комплексов, а также обучения боевых расчетов. Комплекс должен обеспечивать или вывод в заданную точку висения при использовании на БВ спутниковой навигационной системы со среднеквадратиче- ским значением бокового отклонения от заданной прямолинейной траектории (от- клонения от заданной точки висения) не более 5 м. В состав БЛА должны входить: планер, силовая установка с несущим вин- том, бортовое оборудование общего назначения (система электропитания бортовой аппаратуры, система автоматического управления, бортовая аппаратура радио- управления, кабельная сеть), бортовое целевое оборудование (БЦО). БВ должен обеспечивать: полет по маршруту, заданному прямоугольными координатами поворотных точек и высотой полета, в соответствии с законом автоматической стабилизации и управления, заложенного в системе автоматического управления; включение, выключение и переключение режимов работы БЦО в соответ- ствии с программой и задачами полета или по командам с наземного пункта управ- ления (НПУ); стабилизацию своего углового положения на участках полета и в режиме ви- сения с требуемой среднеквадратической погрешностью по крену, тангажу и курсу; перемещение в режиме висения не более 200 м, при этом скорость БВ долж- на быть не более 1 м/с при скорости ветра до 20 м/с; погрешность стабилизации высоты при работе по цели не более 3%; в режиме висения разворот по курсу в пределах от минус 360 до плюс 360°, кратковременный (до 45 с) поворот вокруг поперечной оси на угол тангажа до ми- нус 15°;
267 разворот на угол курса 90° без изменения направления движения (полет вбок); автоматическую посадку на площадку размерами 50x50 м; при отказе двигательной установки посадку в режиме авторотации.
В аварийных ситуациях при отказах БЦО или радиолинии связи с НПУ должна быть предусмотрена возможность возврата БВ в заданный район посадки.
В боевых условиях при невозможности возврата БВ должна быть предусмотрена команда ликвидации. При этом должны обеспечиваться надежный запуск двигате- ля БВ на высотах до 2500 м над уровнем моря; продолжительность полета БВ не менее 2 часов, из них в режиме висения не менее 1 ч; максимальная скорость поле- та БВ не менее 140 км/ч.
Таким образом, применение беспилотных вертолетов, обладающих предло- женными характеристиками позволит осуществить подготовку аэродромов госу- дарственной авиации в радиотехническом отношении скрытно и в короткие сроки, а также организовать заданном районе систему радионавигационных пунктов в по- лосе действия авиации с возможностью дистанционного управления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Локальные войны и вооруженные конфликты конца ХХ – начала ХХI века: Информационно-аналитический обзор / П.В.Иванишин [и др.]; под общ. ред.
И.А. Мисурагина. – Минск: Изд-во «Типография учреждения образования
«ВА РБ», 2007. – с. 141.
2.
Ивануткин А.Г., Сурков В.В. Анализ проведения летных проверок средств связи и радиотехнического обеспечения на аэродромах государственной авиации / Сборник статей всероссийской НТК молодых ученых, слушателей и курсантов, посвященной дню образования Войск связи. – Воронеж: 2015. – С. 30-
32.
3.
Федеральные авиационные правила «Радиотехническое обеспечение полетов воздушных судов и авиационная электросвязь». – М.: «Изд-во стандартов»,
2007 г, с.30.
268
А.В. ЛАЗУТКИН, Р.А. УРВАНЦЕВ,
А.В. ФЛОРОВ, М.В. ШИНКЕВИЧ
АНАЛИЗ
СТАТИСТИЧЕСКИХ
ДАННЫХ
О
ПОЛЁТАХ
БЕСПИЛОТНЫХ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ
АППАРАТОВ
СЕРИИ
SUPERCAM
В
СЛОЖНЫХ
МЕТЕО-
УСЛОВИЯХ
ДЛЯ
КАРТОГРАФИИ
И
ВИДЕОРАЗВЕДКИ
Современные технологии получения оперативной информации по наземной обстановке, дислокации и перемещениях объектов на земной поверхности в значи- тельной степени определяются техническими характеристиками летательных аппа- ратов, применяемых для аэрофотосъёмки, а также установленным на них оборудо- ванием. При этом с каждым годом растёт роль беспилотных летательных аппаратов
(БЛА), которые в полной мере удовлетворяют требованиям безопасности эксплуа- тации, оперативного реагирования, высокого качества получаемой информации и прочее. В то же время перечисленные аспекты являются предметом конкуренции среди производителей БЛА и задают направления дальнейшего их совершенство- вания.
Разработанные группой компаний «Беспилотные системы» БЛА серии
Supercam (рисунок 1) обладают высокой надёжностью и стабильностью автомати- ческого полёта на протяжении от 2 до 7 часов в зависимости от модификации БЛА.
Высота полёта летательных аппаратов может варьироваться от 100 до 5000 м над уровнем моря. Тестовые полёты на больших высотах проводились летом 2015 года и показали высокую стабильность всех систем комплекса на эшелонах, которые прежде были доступны лишь аппаратам с двигателем внутреннего сгорания. Вся линейка БЛА серии Supercam имеет исключительно электрические двигатели на основе литий-полимерных аккумуляторов, а высокая продолжительность и высота полёта достигаются за счёт особой конструкции крыла и применяемых материалов.
Также фирма-производитель имеет патент на механизм отстёгивающихся консолей крыла в случае жёсткой посадки БЛА, что предохраняет корпус от поломок и даёт гарантию срока службы одного борта как минимум на 300 взлётов\посадок. В каче- стве механизмов взлёта для данного вида аппаратов применяются эластичная ката- пульта и складная пневматическая катапульта. Таким образом, БЛА с электриче- ским двигателем не требуют наличия взлётно-посадочной полосы, что в купе с низким уровнем шума даёт им значительное преимущество перед БЛА с бензино- вым двигателем для разведывательных целей.
269 Рисунок1 – Конструкция БЛА Supercam-350 с продолжительностью полёта до 4 часов С каждым годом спрос на услуги по мониторингу земной поверхности ком- плексами БЛА лёгкого типа (до 15 кг) растёт. Об этом свидетельствует статистика: БЛА серии Supercam за 2014 г. осуществили около 1200 рабочих полётов, за 2015 г. – более 1500. При этом каждый полёт записывается на наземную станцию управле- ния (НСУ), после чего передаётся в общую базу данных; все нештатные ситуации подробно разбираются и учитываются при дальнейшей модернизации комплексов. Благодаря этому, собран большой объём информации о случаях обледенения БЛА, полётах при сильном ветре, в различных климатических зонах, в горной местности. При проведении работ во время тумана, дождя, снега, с температурой на ра- бочей высоте ниже +4°С возможно обледенение БЛА. Под обледенением обычно понимают образование льда на лобовых кромках и выступающих частях аппарата. Наиболее подвержены обледенению лопасти винта, передняя кромка крыла, вы- ступающие элементы полезной нагрузки, а также элевоны, управляющие БЛА во время полёта (рисунок 2). Наледь, образуемая на корпусе, ведёт к увеличению мас- сы и разбалансировке аппарата, что приводит к постепенной потери воздушной скорости и высоты, вплоть до полной потери контроля над БЛА. Для снижения ве- роятности обледенения возможна обработка наружной поверхности аппарата водо- отталкивающей жидкостью, однако опыт показывает, что в силу особых условий полёта БЛА данная мера эффективна лишь в 50% случаев. По этой причине разра- ботан строгий алгоритм действий оператора при появлении признаков обледенения борта. Признаки обледенения: увеличение тангажа, до значений 7 ° – 9 ° (рабочее положение 3 ° – 5 ° ); увеличение уровня газа, до значений 70 – 80 % (рабочий уровень 35 – 65 %); увеличение кривизны тангажа до 100 – 150 единиц (рабочее положение ±60 единиц); самолёт не может удерживать заданную высоту, либо проваливается по вы- соте. При появлении незначительных признаков обледенения необходимо снизить высоту полёта, при ухудшении работы необходимо: включить режим «Фиксированный газ»; 270 для поддержания заданной высоты полёта добавить обороты двигателя ( до 60%); вернуть аппарат на точку старта и произвести посадку. Рисунок 2 – Обледенение поверхности крыла БЛА За 2015 год было зафиксировано порядка 500 случаев обледенения БЛА се- рии Supercam, большинство из которых произошло в зимнее время в условиях крайнего севера и Сибири. При этом в 60% этих случаев БЛА удавалось до конца выполнить полётное задание. Этому способствовало, как правило, самостоятельное освобождение БЛА от наледи за счёт встречных потоков воздуха, после выхода ап- парата из зоны обледенения. Такие зоны могут располагаться либо над незастыв- шими водоёмами, где резко возрастает влажность воздуха, либо при пролёте от- дельных облаков. Лишь в 6 случаях обледенение было критическим, и посадка производилась вне зоны видимости оператора. В летнее время, а также в переходные сезоны в качестве неблагоприятного фактора для полётов БЛА на смену обледенения приходят сильные ветра и ливне- вые осадки. Согласно статистике, в 2/3 всех полётов за тёплый период БЛА серии Supercam приходится сталкиваться с ветрами 9 – 15 м\с и более. Специально разра- ботанная форма крыла позволяет БЛА двигаться по заданному маршруту при лю- бом направлении ветра. Максимальная зафиксированная во время полёта скорость ветра составляет 21 м\с. Но даже в этом случае, когда борт летит «назад» относи- тельно земной поверхности под силой встречного ветра, он сохраняет рабочее по- ложение и способен маневрировать. Рекомендации по управлению БЛА при сильном ветре: необходимо создавать полётное задание таким образом, чтобы возврат борта осуществлялся по ветру; во время холостого хода при встречном ветре постараться изменить курс БЛА для достижения максимальной скорости в заданном направлении; поворотные точки полётного задания стараться выносить за пределы марш- рута, чтобы борт не сносило ветром с траектории съёмки при изменении направле- ния полёта;
271 при силе ветре близкой к 15 м\с необходимо либо снизить высоту полёта
БЛА, либо осуществить возврат на точку старта и посадить борт.
Также разработана специальная инструкция действий оператора в случае ливневых осадков фронтального характера. При попадании в зону сильного дождя или снегопада в результате воздействия на борт происходит резкий провал по вы- соте. Как следствие, автопилот БЛА увеличивает обороты двигателя и поднимает элевоны для сохранения заданной высоты полёта. Все эти изменения оператор наблюдает в окне авионики на НСУ и принимает решение – целесообразно ли про- должение полёта при неблагоприятных условиях съёмки или нет. Кроме снижения качества съёмки обильные осадки могут стать причиной засорения трубки приём- ника воздушного давления (ПВД). Это случается в одном случае из десяти, но сильно препятствует полёту БЛА.
Признаки засорения трубки ПВД: уровень газа 100%; большая разница между воздушной и путевой скоростью; ошибка ПВД составляет от ±10 м/с до ±15м/с.
При таких условиях необходимо включить режим «фиксированный газ», осуществить возврат и посадку БЛА.
Многолетний сбор и обработка статистических данных позволяет судить не только о лётных качествах лёгких беспилотных аппаратов, но и о способности про- изводить высокоточную съёмку земной поверхности.
Использование БЛА в качестве полноценного инструмента для геодезии и картографии является важным аспектом, как для гражданского, так и военного ве- домства. Так, кроме цифровой фотокамеры высокого разрешения БЛА серии Su- percam могут быть оснащены высокоточным геодезическим приёмником и спутни- ковой антенной. Такой вариант комплекса прошёл испытания в апреле 2014 года, где силами компании «Газпром аэрокосмические системы» на испытательном по- лигоне для проведения аэрофотосъемочных работ МИИГАиКа были проведены контрольные испытания. В качестве съёмочных камер использованы цифровые фо- тоаппараты – Sony NEX-5R (20 мм) и Sony NEX-7R (35 мм). Для определения цен- тров проекции снимков на борту установлены двухчастотные геодезические при-
ёмники «Javad» с авиационной антенной. Цель тестовых полётов – определение точности и надежности получения центров проекции в полёте и ресурса аэрофото- съёмочного комплекса при выполнении площадной съёмки и съёмки линейного объекта.
Фотограмметрическая обработка результатов аэрофотосъемки выполнена
ЦФС «Photoscan». Высокоточные центры проекции вычислены в программе
«Justin».
Параметры аэрофотосъёмки на участок №1 были следующие: площадь участка 14 км
2
борт «Supercam-250», съёмочная камера Sony NEX-7R (20 мм), вы- сота фотографирования 250 м, размер пикселя на земле 3.3 см, число снимков 5532, маршрутов 28, время выполнения полётного задания 3 часа.
272
При построении и уравнивании блока аэрофотоснимков для участка №1, где в качестве опорных данных использованы только центры проекции, а 67 опознаков как контрольные точки получены следующие средние квадратические погрешно- сти: по оси X – 7.7 см, по оси Y – 8.4 см, по Z – 14.2 см.
Проведённые контрольно-испытательные полёты позволили сделать следу- ющие выводы: за один полёт БЛА (3 – 3,5 часа полёта) по результатам аэрофото- съёмки можно создать ортофотопланы масштаба 1:500 на площадь до 12 – 15 км
2
и масштаба 1:2000 – на площадь до 100 – 120 км
2
, при этом в качестве опорного обоснования достаточно использовать только центры проекции определённые в полёте.
Также испытания на точность материалов аэрофотосъёмки проводились в сравнении с данными наземного лазерного сканирования, проводимого компанией
«Беспилотные технологии» г. Новосибирск совместно с Сибирским государствен- ным университетом геосистем и технологий (СГУГиТ). В результате был сделан вывод, что точки цифровой модели местности, полученные в результате фотограм- метрической обработки снимков, прилегающие к поверхности земли и отстоящие от высотных объектов на некотором расстоянии, имеют точность цифровой модели рельефа, достаточную для съёмки с сечением рельефа 0,5 метра.
Современные БЛА лёгкого класса марки Supercam обладают достаточной прочностью и аэродинамическими качествами, чтобы выполнять полёты в слож- ных метеоусловиях, производить взлёт\посадку в любой неподготовленной местно- сти. Время и высота полёта летательных аппаратов Supercam близки к показателям более мощных и габаритных аналогов с бензиновым двигателем. А получаемые фото и видеоматериалы делают БЛА полноценным надёжным и точным инстру- ментом сбора и обработки картографической информации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Курков В М; Опыт работы по тестированию аэрофотосъемочных комплексов на испытательном полигоне МИИГАиК
2.
Курков Владимир Михайлович, доцент кафедры фотограмметрии
МИИГАиК, г. Москва
3.
Шинкевич M. В., Воробьева Н. Г, Алтынцев М. А., Попов Р. А.,
Арбузов С. А., Флоров А. В., Оценка точности плотной цифровой модели поверхности и ортофотопланов, полученных по материалам аэрофотосъемки с БЛА серии Supercam. Геоматика г. Москва.
273 С.А. ТАШКОВ начальник кафедры боевого маневрирования авиационных комплексов ВУНЦ ВВС «ВВА» (г. Воронеж) Р.Р. ШАТОВКИН доктор технических наук, старший преподаватель кафедры боевого маневрирования авиационных комплексов ВУНЦ ВВС «ВВА» (г. Воронеж) МОДЕЛИРОНИЕ «ДРЕЙФА НУЛЯ» АКСЕЛЕРОМЕТРА И ГИРОСКОПА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО МОДУЛЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Проведенные экспериментальные исследования показали, что шумы измере- ния продольной, боковой и нормальной составляющих вектора ускорения беспи- лотного летательного аппарата (БЛА) акселерометром и продольной, боковой и нормальной составляющих вектора угловой скорости БЛА гироскопом можно опи- сать соответствующими моделями, представляющими собой гауссовские законы распределения с соответствующими параметрами, и описываемые выражениями: для измеряемых акселерометром составляющих вектора ускорения БЛА: 2 и x a a 2 и x a a и a x и x a a и a x 2 m a exp 2 1 ) a ( f ; (1) 2 и y a a 2 и y a a и a y и y a a и a y 2 m a exp 2 1 ) a ( f ; (2) 2 и z a a 2 и z a a и a z и z a a и a z 2 m a exp 2 1 ) a ( f , (3) где математические ожидания и x a a m 0 м/с 2 , и y a a m 1 м/с 2 , и z a a m 10 м/с 2 и среднеквадратические отклонения (СКО) и x a a 4,3 м/с 2 , и y a a 2,5 м/с 2 , и z a a 8 м/с 2 ; для измеряемых гироскопом составляющих вектора угловой скорости БЛА: 2 и x г 2 и x г г x и x г и г x 2 m exp 2 1 ) ( f ; (4)
274
2
и y
г
2
и y
г г
y и
y г
и г
y
2
m exp
2 1
)
(
f
; (5)
2
и z
г
2
и z
г и
г z
и z
г и
г z
2
m exp
2 1
)
(
f
, (6) где математические ожидания
и x
г m
–0,136 рад/с,
и y
г m
0,064 рад/с,
и z
г m
0,012 рад/с и СКО
и x
г
0,16 рад/с,
и y
г
0,13 рад/с,
и z
г
0,09 рад/с.
Отличие математических ожиданий от нуля большинства представленных гауссовских законов распределения во многом обусловлено наличием, так называ- емого, «дрейфа нуля» измерителей. Описание данного процесса, в свою очередь, требует разработки моделей «дрейфа нуля» акселерометра и гироскопа.
Каждый из шумов измерения исследуемого параметра движения БЛА, по су- ти, является аддитивной смесью шума регистрации этого параметра соответству- ющим измерителем и шумом, обусловленным, так называемым, «дрейфом нуля»
[1]: др x
a a
рег x
a a
и x
a a
n n
n
; (7) др y
a a
рег y
a a
и y
a a
n n
n
; (8) др z
a a
рег z
a a
и z
a a
n n
n
; (9) др x
г рег x
г и
x г
n n
n
; (10) др y
г рег y
г и
y г
n n
n
; (11) др z
г рег z
г и
z г
n n
n
, (12) где и
x a
a n
, и
y a
a n
, и
z a
a n
, и
x г
n
, и
y г
n
, и
z г
n
– шумы измерения продольной, боковой и нормальной составляющих, соответственно, векторов ускорения и угловой ско- рости БЛА акселерометром и гироскопом; рег x
a a
n
, рег y
a a
n
, рег z
a a
n
, рег x
г n
, рег y
г n
, рег z
г n
– шумы регистрации продольной, боковой и нормальной составляющих, соответ- ственно, векторов ускорения и угловой скорости БЛА акселерометром и гироско- пом; др x
a a
n
, др y
a a
n
, др z
a a
n
, др x
г n
, др y
г n
, др z
г n
– шумы, описывающие «дрейф нуля» ак- селерометра и гироскопа при измерении продольной, боковой и нормальной со- ставляющих векторов ускорения и угловой скорости БЛА, соответственно.
Шумы регистрации, обусловленные точностью оцифровки измеряемых значе-
275 ний параметров движения БЛА, также имеют гауссовские законы распределения с ну- левыми математическими ожиданиями и СКО, равными 1/3 погрешностей регистра- ции. Анализ технических характеристик акселерометра и гироскопа в составе MPU- 6000 показал, что СКО регистрации параметров составляют: 4 рег z a a рег y a a рег x a a 10 99 , 1 м/с 2 ; 4 рег z г рег y г рег x г 10 442 , 0 рад/с [2]. Кроме того, шумы регистрации и шумы, описывающие «дрейф нуля», для каждого исследуемого параметра движения БЛА некоррелированы во времени и независимы вследствие различной физической природы их возникновения. В этом случае, в соответствии с центральной предельной теоремой, шумы, описывающие «дрейф нуля» акселерометра и двух гироскопов, имеют гауссов- ские законы распределения. Причем, математические ожидания законов распре- деления этих шумов равны разностям математических ожиданий шумов измере- ния и математических ожиданий шумов регистрации соответствующих исследуе- мых параметров движения БЛА. Аналогично, дисперсии законов распределения шумов, описывающих «дрейф нуля», равны разностям дисперсий шумов измере- ния и дисперсий шумов регистрации соответствующих исследуемых параметров движения БЛА [3]. Тогда шумы, описывающие «дрейф нуля» акселерометра и двух гироскопов, ха- рактеризуются следующими плотностями распределения вероятностей: при измерении продольной составляющей вектора ускорения акселеромет- ром на интервале принимаемых этим параметром значений 555 , 20 ; 258 , 15 м/с 2 : 2 др x a a 2 др x a a др a x др x a a др a x 2 m a exp 2 1 ) a ( f , (13) где математическое ожидание 0 m m m рег x a a и x a a др x a a м/с 2 и СКО 2 рег x a a 2 и x a a др x a a 299 , 4 ) 3 / 10 98 , 5 ( 3 , 4 2 4 2 м/с 2 ; - при измерении боковой составляющей вектора ускорения акселерометром на интервале принимаемых этим параметром значений 44 , 15 ; 155 , 14 м/с 2 : 2 др y a a 2 др y a a др a y др y a a др a y 2 m a exp 2 1 ) a ( f , (14) где математическое ожидание 1 0 1 m m m рег y a a и y a a др y a a м/с 2 и СКО 2 рег y a a 2 и y a a др y a a 499 , 2 ) 3 / 10 98 , 5 ( 5 , 2 2 4 2 м/с2; - при измерении нормальной составляющей вектора ускорения акселеромет-
276 ром на интервале принимаемых этим параметром значений
942
,
38
;
932
,
31
м/с
2
:
2
др z
a a
2
др z
a a
др a
z др z
a a
др z
a a
2
m a
exp
2 1
)
a
(
f
, (15) где математическое ожидание
10 0
10
m m
m рег z
a a
и z
a a
др z
a a
м/с
2
и
СКО
2
рег z
a a
2
и z
a a
др z
a a
999
,
7
)
3
/
10 98
,
5
(
8 2
4 2
м/с
2
; при измерении продольной составляющей вектора угловой скорости гиро- скопом на интервале принимаемых этим параметром значений
091
,
1
;
286
,
1
рад/с:
2
др x
г
2
др x
г др г
x др x
г др г
x
2
m exp
2 1
)
(
f
, (16) где математическое ожидание
136
,
0 0
136
,
0
m m
m рег x
г и
x г
др x
г
рад/с и СКО
159
,
0
)
3
/
10 326
,
1
(
16
,
0 2
4 2
2
рег x
г
2
и x
г др x
г
рад/с; при измерении боковой составляющей вектора угловой скорости гироскопом на интервале принимаемых этим параметром значений
8
,
0
;
666
,
0
рад/с:
2
др y
г
2
др y
г др г
y др y
г др г
y
2
m exp
2 1
)
(
f
, (17) где математическое ожидание
064
,
0 0
064
,
0
m m
m рег y
г и
y г
др y
г
рад/с и СКО
129
,
0
)
3
/
10 326
,
1
(
13
,
0 2
4 2
2
рег y
г
2
и y
г др y
г
рад/с; при измерении нормальной составляющей вектора угловой скорости гиро- скопом на интервале принимаемых этим параметром значений
473
,
0
;
465
,
0
рад/с:
2
др z
г
2
др z
г др г
z др z
г др г
z
2
m exp
2 1
)
(
f
, (18) где математическое ожидание
012
,
0 0
012
,
0
m m
m рег z
г и
z г
др z
г
рад/с и СКО
089
,
0
)
3
/
10 326
,
1
(
09
,
0 2
4 2
2
рег z
г
2
и z
г др z
г
рад/с.
Таким образом, «дрейф нуля» акселерометра и гироскопа описывается соот-
277 ветствующими моделями, представленными выражениями (13)–(15) – при измере- нии продольной, боковой и нормальной составляющих вектора ускорения БЛА, и выражениями (16)–(18) – при измерении продольной, боковой и нормальной со- ставляющих вектора угловой скорости БЛА.
Кроме того, при синтезе математической модели полного (поступательного и вращательного) движения БЛА следует учитывать постоянные внешние воздей- ствия, компенсирующие ненулевые математические ожидания соответствующих шумов измерения, обусловленные «дрейфом нуля» используемых в алгоритме об- работки информации измерителей – акселерометра и гироскопа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Горяинов В.Т., Журавлев А.Г., Тихонов В.И. Статистическая радиотехника: примеры и задачи / под ред. проф. В.И. Тихонова. М.: Советское радио, 1980. 544 с.
2.
MPU-6000/MPU-6050 Product Specification. Revision 3.2. Sunnyvale:
Component Distributors Inc., 2011. 57 р.
3.
Мильграм Ю.Г., Слабкий Л.И. Основы экспериментальных исследований (Техника физического эксперимента и статистические основы экспериментальных исследований и оценок) / под ред. Ю.Г. Мильграма. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1983. 403 c.
278
Научное издание
ДОКЛАДЫ И СТАТЬИ ЕЖЕГОДНОЙ НАУЧНО–ПРАКТИЧЕСКОЙ
КОНФЕРЕНЦИИ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
КОМПЛЕКСОВ С БЕСПИЛОТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ»
Ответственные за выпуск: к.т.н. Бодров А.С., Безденежных С.И.
Материалы статей и докладов опубликованы в авторской редакции.
|
Скачать 4.29 Mb.