Радиоэлектронные устройства, системы и комплексы
Систем дистанционного контроля и наблюдения существует великое множество, начиная от разнообразия датчиков окружающей среды и заканчивая луноходами и марсоходами. Если исходить из повышения популярности на такие средства, то за последние пару лет спрос на гражданские беспилотные летательные аппараты возрос в несколько раз. Что не может не обратить на себя внимание.
В главе рассмотрены и классифицированы системы дистанционного контроля и наблюдения – это беспилотные летательные аппараты, используемые в военной отрасли при выполнении любых задач на территории противника.
Немецкие ученые опередили множество стран в развитии и постройке радиотехнических устройств и давших миру в сороковых годах XX века реактивный двигатель и крылатую ракету Фау–1
, а также они первые применяли её в боевых действиях как самоуправляемый беспилотную летающую ракету.
После окончания Великой Отечественной войны интерес к БПЛА существенно возрос, а начиная с 1960–годов отмечается их широкое внедрение для решения задач невоенного характера и интенсивные разработки для ведения локальных военных задач [1]. Если учесть тот факт, что интенсивность исследования, спрос и массовость создания беспилотных летательных аппаратов в военной области вырос в несколько раз, то ясно что каждый руководитель военной единицы хочет сохранить жизнь человека прибегая к аппаратам дистанционного контроля и наблюдения используя для разведки БПЛА с камерами большого разрешения.
Основная задача, которую должны выполнять комплексы БПЛА, – проведение разведывательных операций в любых районах и местных особенностях, в которых получение разведданных обычными способами затруднено или же подвергает опасности здоровье и жизни людей.
Информация, которая собирается бортовыми средствами, может быть отправлена по радиочастотному каналу оператору ДПЛА или сохранятся в заранее установленную на борт беспилотника
память в обработанном виде или сплошным массивом данных. Наибольшее распространение в настоящее время получили малоразмерные комплексы ближнего радиуса действия, потому что их цены невысоки, и они весьма экономны при использовании для задач подобных типов [2].
Дополнительной задачей является то что они очень удобны как носители средств радиоэлектронной разведки и борьбы, то есть носители станций помех против радиотехнических средств или станции, которые регистрируют различные излучения вражеских станций связи и управления. С помощью БПЛА можно незаметно проникать на территорию подконтрольную противнику к объекту воздействия помехами, в частности к радарам ПРО и ПВО. Когда БПЛА будет находиться вблизи радиолокационной системы с работающей станцией помех, тот не сможет нормально функционировать и обеспечивать систему ПРО информацией об обстановке в контролируемом ею пространстве. В зависимости от сигнала, создаваемого шумовым генератором, на экране РЛС могут появляться множество мнимых целей, которые никак не отличаются от настоящих либо он просто замаскирует союзные летательные аппараты [2].
Сейчас автоматизированные средства закрепились во многих отраслях и продолжают расширять свои границы. Они становятся все более автономными, а набор их функциональных возможностей постоянно растет. Активное развитие беспилотных и автоматизированных комплексов стало возможным благодаря техническим решениям, связанных с развитием систем автоматизированного управления, навигации, ростом производительности и миниатюризацией микропроцессорной техники, с использованием перспективных телекоммуникационных средств, а также с влиянием политических установок на минимизацию потерь личного состава и техники при ведении вооруженных конфликтов [3].
БЛА с полезной нагрузкой можно использовать для ведения разведывательных операций, наблюдения внешних изменений местного ландшафта, обнаружения, идентификации и сопровождения целей; связи между своими подразделениями; ведения радио– и радиотехнической разведки, радиоэлектронной борьбы; обнаружения и определения конкретных следов использования химического, биологического, ядерного и любого иного вида оружия; перевозов различных грузов; решения задач поиска и спасения; авиационной поддержки; участия в воздушно–наступательной операции; контроля окружающей среды [1].
Военные эксперты считают: чтобы отвечать высоким требованиям и быть оптимально эффективными для управления и командования необходимо чтобы все БЛА стали оперативно совместимыми. Большинство используемых систем беспилотных летательных аппаратов не отвечают требованиям оперативной совместимости, при этом некоторые из них являются совершенно непригодными для действий в составе группировок войск [1].
Имеющиеся на вооружении в многих странах БЛА приобретается руководящими должностными лицами и поэтому являются уникальными и специфичными в своем использовании. Унификация оборудования и программного обеспечения многих БЛА может решить проблему оперативной совместимости всех беспилотных устройств. Для обеспечения оперативной совместимости БЛА то от руководства каждой страны необходимо введение единых и одинаковых стандартов для основных системных узлов и программных функций [1].
В качестве примера можно рассмотреть применяемую концепцию использования БЛА при решении задач обнаружения и уничтожения целей противника. При этом аппарат со средствами видеорегистрации, но без оружия ведет наблюдение, а в момент обнаружения целей противника и осуществляет целеуказание по конкретным координатам. Одновременно в районе наблюдения находится в готовности к применению оружия ударный БЛА или батарея артиллерии. В случае использования ударного БЛА при получении сигнала об обнаружении цели его бортовое радиоэлектронное оборудование запрашивает разрешение на возможность проведения атаки, которое поступаем на пульт управления оператора. Последний подтверждает готовность к пуску и разрешает применение оружия. При этом БЛА, который обязан обнаруживать и вести цели, должен иметь возможность длительное время находиться в районе и передавать точные данные о положении целей по запросу [1].
Перед тем как начать подробно разбираться с структурой работы БПЛА необходимо классифицировать их по габаритам и дальности действия.
Беспилотных летательных аппаратом существует великое множество и каждый из них необходим для какой–то узкой поставленной задачи. Именно поэтому необходимо провести анализ и классификацию всевозможных БПЛА, которые с каждым годом занимают все больше воздушного пространства.
Само значение фразы беспилотный летающий аппарат означает летательный аппарат, который управляется дистанционно с помощью пульта управления оператором или заранее запрограммированной программой полетных данных.
Чаще на БПЛА для обзора и регистрации наземных координат используют видеокамеры высокого разрешения и аппаратуру определения координат с помощью систем GPS.
Аэрофотосъемка — это наиболее производительный и экономичный метод сбора пространственной информации о состоянии местности, основа для создания топографических планов и карт, создания трехмерных моделей рельефа и местности где расположен противник. Аэрофотосъемка выполняется как с пилотируемых летательных аппаратов — самолетов, дирижаблей и аэростатов, так и с БПЛА. Беспилотные летательные аппараты, как и пилотируемые, бывают самолетного, а также вертолетного типа (вертолеты и мультикоптеры — летательные аппараты с четырьмя и более роторами с несущими винтами).
Рис. 1 – Виды БПЛА
(анимация: 8 кадров, 10 циклов повторения, 149 килобайт)
Классификация БПЛА самолетного типа относительно методов и стиля применения можно разделить по нескольким характеристикам:
1. По назначению:
— Разведывательные;
— Целеуказания;
— Постановки помех;
— Системы дистанционного контроля и наблюдения;
— Комплексы воздушной ретрансляции;
— Многоцелевые беспилотные комплексы;
— Ударные.
2. По размерам и массе:
— микро
– массой до 3 килограммов, временем полёта около 1 часа и высотой до 1 километра;
— мини
– массой до 50 килограммов, временем полёта несколько часов и высотой до 3 – 5 километров;
— средние (миди
) – до 1 000 килограммов, временем 3–1 часов и высотой до 9–3 километров;
— тяжёлые – с высотами полёта до 20 километров и временем полёта 24 часа и более.
Разведывательные БПЛА необходимы для радиотехнической и визуальной разведки дислокации сил противника.
БПЛА целеуказания применяются для регистрации и передачи информации о точном местоположении всех или конкретных сил противника.
БПЛА постановки помех применимы для создания специфических сигналов, создающих в аппаратуре связи противника преднамеренные помехи.
Системы дистанционного контроля и наблюдения – это смесь разведывательных и целеуказывающих БПЛА.
Комплексы воздушной ретрансляции имеют те же свойства что и наземные ретрансляционные станции, т.е. принимает полезный сигнал усиливает его и передает дальше на следующий ретрансляционный комплекс или на приемную станцию.
Многоцелевые беспилотные летательные аппараты – предназначены для самых различных целей начиная от картографии и заканчивая спасательными операциями.
Ударные БПЛА – предназначены для проведения разведывательных и ударных операций по подавлению разведданных позиций противника.
На современном этапе развития БПЛА в бортовом комплексе навигации и управления, задачу измерения состояния системы выполняет малогабаритная инерциальная интегрированная система.
В составе БПЛА имеется множество инерциальных датчиков (гироскопы и акселерометры), барометрический высотомер и трехосный магнитометр, а сопоставляя данные этих датчиков с данными приемника GPS/ГЛОНАСС встроенная ЭВМ должна рассчитать и создать управляемые сигналы для направления по координатам и углам ориентации.
Для того чтобы успешно провести разведку о дислокации вражеских сил в реальном масштабе времени во время осуществления полета и цифровой съемки местности, а также определения координат исследуемых участков полезная нагрузка БПЛА должна состоять из:
— Устройства получения видовой информации:
— Спутниковую навигационную систему;
— Устройства радиолинии видовой и телеметрической информации;
— Устройства командно–навигационной радиолинии с антенно–фидерным устройством;
— Устройство обмена командной информацией;
— Устройство информационного обмена;
— Бортовая цифровая вычислительная машина;
— Устройство хранения видовой информации.
Устройство получения видовой информации крепится неподвижно под определенным углом к строевой оси БПЛА, для того чтобы обеспечивать необходимый угол обзора местности. Обзорным устройством может быть телевизионная камера с широким углом захвата и в зависимости от целей и погодных условий возможно будет заменить или дополнить тепловизионной камерой, цифровым фотоаппаратом, станцией генерирующей помехи или радиолокационной станцией.
Радиолинии выполняют оптимальную передачу информации в реальном или близком к реальному масштабу времени на пункт управления в пределах радиовидимости или через ретрансляционные станции.
Системы командно–навигационной радиолинии должны обеспечивать прием в пределах радиовидимости или через ретрансляционные станции команд управления БПЛА, а также управления его полезной нагрузкой.
Комплекс обмена командной информацией обеспечивает разделение командной и навигационной информации по потребителям на борту БПЛА, т.е. задание новых координат направляется к устройствам программирования дальнейшего движения полета, а информация, которая посылается управляющим элементам БПЛА, поступает в узлы управления.
Устройство информационного обмена необходимо для того чтобы распределять видовую информацию между бортовыми источниками видовой информации, передатчиком радиолинии видовой и телеметрической информации и бортовым устройством хранения видовой информации. Оно также обеспечивает информационный обмен между всеми функциональными устройствами, входящими в состав основной нагрузки БЛА по выбранному интерфейсу. Перед началом выполнения миссии в БПЛА через внешний порт вводится летное задание и перед стартом проводится автоматизированная диагностика всех основных систем и узлов.
Спутниковая навигационная система необходима для определения местоположения БПЛА и регистрируемых объектов по сигналам глобальной спутниковой навигационной системы GPS/ГЛОНАСС. Она может состоять из одного или двух приемников с антенными системами. Если применять два приемника у которых антенные системы разнесены и находятся в начале в конце ЛА, то это позволяет определять не только координат БПЛА, но и еще и значение его курсового угла.
Бортовая цифровая вычислительная система обеспечивает управление бортовым комплексом беспилотного аппарата.
Устройство хранения видовой информации необходимо для накопления определенной, установленной оператором или автоматизировано (запрограммировано изначально), информации до того, как БПЛА должен осуществить посадку. Данный накопитель может быть съемным или стационарным. Если используется стационарный накопитель, то должно быть предусмотрено перенесение всей информации из накопителя во внешние устройства.
Блок питания, который является встроенным, необходим для согласования бортового источника питания и устройств, которые являются полезной нагрузкой.
Бортовой комплекс – это полнофункциональное средство навигации и управления БПЛА. Комплекс предоставляет множество характеристик: определение навигационных параметров, углов ориентации и параметров движения аппарата (угловых скоростей и ускорений); навигацию и управление при полете по запрограммированной траектории; стабилизацию ориентации аппарата в полете; выдачу в канал передачи телеметрической информации о навигационных параметрах, углах ориентации БПЛА.
Состав типового бортового комплекса: блок инерциальной навигационной системы; приемник навигационной системы; блок автопилота; накопитель Летных Данных; датчик воздушной скорости.
В базовой конфигурации автоматическое или дистанционное управление БПЛА осуществляется с помощью элеронов, руля высоты, руля направления и контроллера двигателя.
Так же необходимым компонентом является то что комплекс должен быть совместим с радиоканалом РСМ, использующий импульсно–кодовую модуляцию, и тем самым позволит оператору управлять БПЛА как в ручном режиме со стандартного пульта дистанционного управления, так и в автоматическом, по командам автопилота. При изменении курса полета генерируются стандартные широтно–импульсно–модулированные сигналы управляющие команды для автопилота, которые подходят к множеству типов исполнительных устройств.
Из перечисленного становится ясно, что основными и важнейшими составляющими любого беспилотного авиационного комплекса есть и всегда будут системы управления и связи.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2015 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.