Патент на изобретение №2376203
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) КОМПЛЕКС ВЗЛЕТА, ПИЛОТИРОВАНИЯ И ПОСАДКИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к авиационным комплексам с беспилотными, дистанционно пилотируемыми автоматизированными воздушными судами (АВС) и предназначено для полуавтоматического и автоматического взлета, пилотирования и посадки АВС, несущих полезную нагрузку различного назначения. В состав комплекса, помимо АВС, входят один или несколько пультов дистанционного управления командира, один или несколько аэродромов и один или несколько пультов дистанционного управления полезной нагрузкой, причем все они объединяются единым информационным полем. Может присутствовать авиадиспетчерская служба с системой связи, включающей аппаратуру управления воздушным движением. В качестве полезной нагрузки могут применяться фото- и видеокамеры, контейнеры с лекарствами, почтовые отправления, доставляемые адресату; средства организации мобильных сетей связи с удаленным объектом; датчики засоренности или задымленности атмосферы и др. Предложенный комплекс характеризуется расширенными функциональными возможностями и позволяет, в частности, использовать традиционные АВС во всех зонах, аэродромах и аэропортах оборудованных средствами управления воздушным движением, ретранслировать служебную информацию не только командиру АВС, но и на борт других судов и авиадиспетчерам, передавать изображение подстилающей поверхности зоны полета и другие данные с бортовой полезной нагрузки на пульты дистанционного управления полезной нагрузкой, обнаруживать конфликтующие воздушные суда и в автоматическом и полуавтоматическом режимах выходить в упреждающую точку выхода из конфликта, совершать предполетную подготовку АВС на своих аэродромах к полетам в необходимых районах. 7 ил.
Решение относится к авиационным комплексам с беспилотными, дистанционно пилотируемыми автоматизированными воздушными судами (ABC) и предназначено для осуществления полетов ABC в соответствии с Воздушным кодексом над территорией с обычным воздушным движением или без него. Решение предназначено для полуавтоматического и автоматического взлета, пилотирования и посадки ABC, несущих полезную нагрузку (ПН) различного назначения. ПН ABC может осуществлять решение прикладных задач для заинтересованных лиц, например фото- и видео мониторинг земной поверхности в видимом, инфракрасном свете или радиосредствами для охраны атомных станций, аэродромов, складов, магистралей, продуктопроводов и решения других задач в режиме реального времени. В качестве ПН могут применяться фото- и видеокамеры, контейнеры с лекарствами, почтовые отправления, доставляемые адресату; средства организации мобильных сетей связи с удаленным объектом; датчики засоренности или задымленности атмосферы и др. Известен портативный комплекс авианаблюдений и автономнопилотируемый летательный микроаппарат для него, который содержит дистанционно пилотируемый летательный микроаппарат с автономной бортовой системой обеспечения полета летательного аппарата, бортовой приемопередающей аппаратурой и видеокамерой с передатчиком изображений, а также мобильный комплекс управления и обработки информации с наземной приемопередающей аппаратурой, приемником видеоизображений и радионавигационной системой управления летательным аппаратом [1]. Однако он обладает узкими функциональными возможностями, недостаточной безопасностью и не позволяет проводить полеты над территорией с обычным воздушным движением в соответствии с Воздушным кодексом. Наиболее близким решением по функциональному назначению и технической сущности относительно заявляемого решения является автоматический беспилотный диагностический комплекс, содержащий дистанционно пилотируемый летательный аппарат, включающий планер, силовую установку с поршневым двигателем, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов и радиовысотомер малых высот, систему автоматического дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающую систему командного радиоуправления, обзорную телевизионную систему, радиоретрансляционную систему, систему обеспечения посадки с устройством торможения основных колес шасси, а также мобильный наземный пункт управления с устройствами связи и контроля, отличающийся тем, что в его состав введены система диагностики состояния магистральных трубопроводов и блок управления системой диагностики, размещенные в фюзеляже летательного аппарата, а также введен подключенный к инерциальной навигационной системе и приемной аппаратуре спутниковой навигационной системы вычислитель действительных координат, причем вычислитель действительных координат и первый вход-выход блока управления системой диагностики подключены к блоку управления бортовыми системами, второй вход-выход блока управления системой диагностики подключен к системе диагностики состояния газопровода, а третий вход-выход связан с системой командного радиоуправления. Однако он также обладает узкими функциональными возможностями, недостаточной безопасностью, не позволяет проводить полеты над территорией с обычным воздушным движением в соответствии с Воздушным кодексом. Его нельзя применять во всех зонах, аэродромах и аэропортах из-за отсутствия в нем средств управления воздушным движением (УВД), речевой связи с командирами конфликтующих воздушных судов и авиадиспетчерами, а также опознавания «свой-чужой»; комплекс «привязан» к месту базирования мобильного наземного пульта управления и, следовательно, имеет ограниченные возможности по снабжению разнообразных потребителей результатами деятельности бортовой полезной нагрузки; комплекс не может обслуживать большую территорию, поскольку не имеет гибких, интеллектуальных средств передачи полезной информации, навигационной информации, пилотажной информации и эксплуатационной информации; зона полетов привязана к месту базирования мобильного наземного пульта управления, а также и к месту взлета-посадки, поскольку комплекс не имеет необходимого количества аэродромов базирования; комплекс имеет недостаточную гибкость применения, поскольку не имеет средств предполетного ввода полетных заданий, навигационных данных и наборов стандартных пилотажных маневров; комплекс имеет недостаточную безопасность, поскольку не имеет средств пеленгования конфликтующих воздушных судов без систем связи и не защищен, таким образом, от столкновений в воздухе. Задачей изобретения является создание такого комплекса взлета пилотирования и посадки автоматизированных воздушных судов, который позволяет использовать традиционные по своей сути дистанционно пилотируемого летательного аппарата [ДПЛА (ABC)] во всех зонах, аэродромах и аэропортах оборудованных средствами УВД, ретранслировать служебную информацию не только командиру ABC, но и на борт других судов и авиадиспетчерам в едином информационном поле, передавать изображение подстилающей поверхности зоны полета и другие данные с ботовой полезной нагрузки на пульты дистанционного управления полезной нагрузкой (ПДУ-ПН), которые могут находиться в расположении экологов, рыбаков, пожарных, топографов и т.д., обнаруживать конфликтующие воздушные суда и в автоматическом и полуавтоматическом режимах выходить в упреждающую точку выхода из конфликта, используя средства опознавания “свой-чужой», определять принадлежность других воздушных судов, совершать предполетную подготовку ABC на своих аэродромах к полетам в необходимых районах. При этом в среде данного комплекса могут летать ABC любого аэродинамического типа, имеющие силовые установки любого типа: автоматизированные самолеты, автоматизированные вертолеты, автоматизированные автожиры, автоматизированные дирижабли и т.д. Таким образом, конкретно задачей изобретения является следующее. 1. Повышение безопасности и выполнение полетов над территорией с обычным воздушным движением в соответствии с Воздушным кодексом. 2. Расширение функциональных возможностей. 3. Обслуживание большей территории полетов автоматизированных воздушных судов. 4. Расширение возможностей по снабжению разнообразных потребителей результатами деятельности бортовой полезной нагрузки. 5. Повышение мобильности комплекса и гибкости его применения. Техническим результатом является создание более безопасного комплекса бортовых и наземных средств управления ABC, вписывающихся во все зоны, аэропорты и аэродромы, оборудованные средствами УВД, обладающего широкими возможностями адаптации к условиям полета, особенностям зон полетов и складывающейся конфликтной обстановки для эксплуатации ABC на большей территории полетов в полном соответствии с требованиями Воздушного кодекса и международных стандартов для воздушных судов, расширение возможностей по снабжению разнообразных потребителей результатами деятельности бортовой полезной нагрузки, повышение мобильности комплекса и гибкости его применения. Предложен комплекс взлета, пилотирования и посадки автоматизированных воздушных судов, включающий один или несколько пультов дистанционного управления командира, один или несколько аэродромов и один или несколько пультов дистанционного управления полезной нагрузкой, причем все они объединяются единым информационным полем, в котором также могут появляться конфликтующие воздушные суда без системы связи и конфликтующие воздушные суда, оснащенные системами связи, а также может присутствовать авиадиспетчерская служба с системой связи авиадиспетчерской службы, бортовое радиоэлектронное оборудование, сенсоры (магнитный компас, система воздушных сигналов, датчики угловых скоростей, датчики вертикали, координатные акселерометры, датчики температуры двигателя, измерители параметров бортовой сети и другие датчики), навигационный вычислитель с режимами УВД, навигация, посадка, самоконтроль, полезную нагрузку, высотомер малых высот, приемник спутниковой навигационной системы (GPS-приемник), накопитель информации, характеризующийся тем, что в него введено по меньшей мере одно дистанционно-пилотируемое автоматизированное воздушное судно. Комплекс характеризуется тем, что в автоматизированное воздушное судно введены: автопилот, следящие приводы (сервоприводы), радиовысотомер, доплеровский измеритель скорости и угла сноса корелляционно экстремальные координаторы, глиссадные приборы, система предупреждения столкновения и опознавания “Свой-чужой”, бортовой информационный шлюз, накопитель информации, система связи бортовая, включающая аппаратуру управления воздушным движением (бортовая часть), интеллектуальную линию связи, систему связи голосовую (бортовая часть), поисково-спасательную систему (бортовая часть) и систему пеленгации (бортовая часть). Комплекс характеризуется тем, что в пульт дистанционного управления командира автоматизированного воздушного судна введены: система связи командира, содержащая аппаратуру управления воздушным движением, интеллектуальную линию связи, систему связи голосовую, поисково-спасательную систему (командирская часть) и систему пеленгации, а также информационный шлюз, накопитель информации и автоматизированное рабочее место командира автоматизированного воздушного судна, содержащее компьютер, блок автоматизации взлета, полета и посадки автоматизированного воздушного судна, авторизатор, интерфейс машина-человек, органы управления и индикатор. Комплекс характеризуется тем, что в пульт дистанционного управления полезной нагрузкой введены: система связи с бортовой полезной нагрузкой, содержащая интеллектуальную линию связи, а также информационный шлюз, накопитель информации и автоматизированное рабочее место оператора полезной нагрузки, содержащее компьютер, блок управления полезной нагрузкой, авторизатор, интерфейс машина-человек, органы управления и индикатор. Комплекс характеризуется тем, что в аэродром введены: система связи взлетно-посадочной территории, включающая аппаратуру управления воздушным движением (наземная часть), интеллектуальную линию связи, систему связи голосовую (наземная часть), поисково-спасательную систему (наземная часть) и систему пеленгации (наземная часть), а также информационный шлюз, накопитель информации и оборудование аэродрома, включающее аппаратуру подготовки к старту автоматизированного воздушного судна, сервер с базой данных о зонах выполнения полетных заданий и знаний о типовых маневрах ABC около заданных поворотных пунктов маршрута и взлетно-посадочное оборудование (для руления и глиссады). Изобретение иллюстрируется фиг.1-7, где изображены: на фиг.1 – комплекс взлета, пилотирования и посадки автоматизированных воздушных судов; на фиг.2 – автоматизированное воздушное судно (ABC) 1; на фиг.3 – пульт дистанционного управления командира ABC (ПДУ-К) 19; на фиг.4 – пульт дистанционного управления полезной нагрузкой (ПДУ-ПН) 29; на фиг.5 – конфликтующее воздушное судно 33, оснащенное системой связи конфликтующего воздушного судна 34; на фиг.6 – аэродром и на фиг.7 – авиадиспетчерская служба, и где обозначено: 1 – автоматизированное воздушное судно (ABC); 2 – бортовое радиоэлектронное оборудование (БРЭО); 3 – сенсоры (магнитный компас, система воздушных сигналов, датчики угловых скоростей, датчики вертикали, координатные акселерометры, датчики температуры двигателя, измерители параметров бортовой сети и другие датчики); 4 – автопилот; 5 – следящие приводы (сервоприводы); 6 – накопитель информации; 7 – навигационный вычислитель с режимами УВД, навигация, посадка, самоконтроль; 8 – радиовысотомер, доплеровский измеритель скорости и угла сноса корреляционно экстремальные (ДИСС, КЭ) координаторы, глиссадные приборы; 9 – система предупреждения столкновения и опознавания “Свой-чужой”; 10 – бортовой информационный шлюз; 11 – система связи бортовая; 12 – аппаратура УВД (бортовая и наземные части); 13 – интеллектуальная линия связи; 14 – система связи голосовая (бортовая и наземные части); 15 – поисково-спасательная система (бортовая, наземная и командирская части); 16 – система пеленгации (бортовая и наземные части); 17 – полезная нагрузка; 18 – высотомер малых высот; 19 – пульт дистанционного управления командира ABC (ПДУ-К); 20 – система связи командира ABC; 21 – информационный шлюз; 22 – автоматизированное рабочее место командира ABC (APM-K); 23 – компьютер; 24 – блок автоматизации взлета, полета и посадки ABC; 25 – авторизатор; 26 – интерфейс машина-человек; 27 – органы управления; 28 – индикатор; 29 – пульт дистанционного управления полезной нагрузкой (ПДУ-ПН); 30 – система связи с бортовой полезной нагрузкой; 31 – автоматизированное рабочее место оператора полезной нагрузки (АРМ-ПН); 32 – блок управления полезной нагрузкой; 33 – конфликтующее воздушное судно, оснащенное системой 34; 34 – система связи конфликтующего воздушного судна; 35 – аэродром; 36 – система связи взлетно-посадочной территории; 37 – оборудование аэродрома; 38 – аппаратура подготовки к старту ABC; 39 – сервер с базой данных о зонах выполнения полетных заданий и знаний о типовых маневрах ABC около заданных поворотных пунктов маршрута (ППМ); 40 – взлетно-посадочное оборудование (для руления и глиссады); 41 – единое информационное поле; 42 – конфликтующее воздушное судно без системы связи; 43 – авиадиспетчерская служба; 44 – система связи авиадиспетчерской службы; 45 – приемник спутниковой навигационной системы (GPS-приемник). Предложен (фиг.1) комплекс взлета, пилотирования и посадки автоматизированных воздушных судов (КВПП ABC), включающий по меньшей мере одно дистанционно-пилотируемое автоматизированное воздушное судно (ABC) 1, один или несколько пультов дистанционного управления командира ABC (ПДУ-К) 19, один или несколько аэродромов 35 и один или несколько пультов дистанционного управления полезной нагрузкой (ПДУ-ПН) 29, причем все они объединяются единым информационным полем 41, в котором также могут появляться конфликтующие воздушные суда без системы связи 42 и конфликтующие воздушные суда 33, оснащенные системами связи 34, а также может присутствовать авиадиспетчерская служба 43 с системой связи авиадиспетчерской службы 44. Взаимодействие составляющих комплекса представлено на фиг.1, где все участники (1, 33, 19, 29,35 и 43) общаются друг с другом посредством систем связи (11, 34, 20, 30, 36 и 44), размещенных в едином информационном поле 41. Причем 19 и 35 могут располагаться как на одной территории, так и в разных местах, хотя и не сильно удаленных друг от друга, а 29 расположены в соответствующих зонах по интересам (лесники, пожарные, экологи, рыбаки, и т.д.). Информационный шлюз (10 – бортовой; 21 – обычный): средство сбора информации с различных источников, временного хранения, преобразования в стандартизованные пакеты информации и передачи через Интеллектуальную сетевую линию связи 13 потребителям, а также на накопитель информации 6. Интеллектуальная сетевая линия связи 13 (ИСЛС) предназначена для временного хранения и передачи адресатам стандартизованных пакетов информации через коммутируемые и выделенные каналы связи (радиоканалы различных диапазонов, оптические и пр. каналы, Интернет, эзернет, оптоволокно, спутниковые, радиорелейные и специально созданные системой каналы связи). При этом ИСЛС замеряет дееспособность каналов, задержки пакетов сообщений, о повышении надежности передачи сообщений потребителю и сообщает потребителям время получения, время передачи и ожидаемую задержку в выбранном для передачи канале связи. Системы связи (11, 14, 20, 30, 34, 36) укомплектованы необходимыми компонентами для выполнения обмена информацией по каналам связи. В состав ABC 1 входят (фиг.2): – планер с двигателем и топливной системой; – бортовое радиоэлектронное оборудование 2 (БРЭО); – бортовой информационный шлюз 10; – система связи бортовая 11. В состав БРЭО 2 входят: – сенсоры 3; – автопилот 4; – следящие приводы (сервоприводы) 5; – накопитель информации 6; – навигационный вычислитель с режимами УВД навигация, посадка, самоконтроль 7; – радиовысотомер, ДИСС, КЭ координаторы, глиссадные приборы 8; – система предупреждения столкновения и опознавания “свой-чужой” 9; – полезная нагрузка (TV камеры, ИК камеры, газоанализаторы, бортовые радиолокаторы и др.) 17; – высотомер малых высот 18 и – приемник спутниковой навигационной системы (GPS-приемник) 45. В состав системы связи бортовой 11 входят: – аппаратура УВД (бортовая часть) 12; – интеллектуальная сетевая линия связи 13; – система связи голосовая (бортовая часть) 14; – поисково-спасательная система (бортовая часть) 15; – система пеленгации (бортовая часть) 16. В состав ПДУ-К 19 входят (фиг.3): – система связи командира ABC 20; – информационный шлюз 21; – автоматизированное рабочее место командира ABC (APM-K) 22. В состав системы связи командира ABC 20 входят: – интеллектуальная сетевая линия связи 13 (наземная часть); – система связи голосовая 14; – поисково-спасательная система (командирская часть); – система пеленгации 16. В состав APM-K 22 входят: – накопитель информации 6; – компьютер 23; – блок автоматизации взлета, полета и посадки ABC 24; – авторизатор 25; – интерфейс машина-человек 26; – органы управления 27; – индикатор 28. В состав ПДУ-ПН 29 входят (фиг.4): – система связи с ПН 30; – информационный шлюз 21; – автоматизированное рабочее место оператора ПН (АРМ-ПН) 31; Система связи 30 содержит интеллектуальную сетевую линию связи 13. В состав автоматизированного рабочего места оператора полезной нагрузки (АРМ-ПН) 31 входят: – накопитель информации 6; – компьютер 23; – блок управления ПН 32; – авторизатор 25; – интерфейс машина-человек 26; – органы управления 27; – индикатор 28. В состав конфликтующего воздушного судна 33, оснащенного системой связи конфликтующего воздушного судна (фиг.5), входит система связи конфликтующего воздушного судна 34. В состав 34 входят система связи голосовая (бортовая часть) 14, аппаратура УВД 12 и система предупреждения столкновений и опознавания “свой-чужой” 9. В состав аэродрома 35 входят (фиг.6): – система связи взлетно-посадочной территории 36; – информационный шлюз 21; – оборудование аэродрома 37. В систему связи взлетно-посадочной территории 36 входят: – аппаратура УВД 12; – интеллектуальная линия связи 13; – система связи голосовая 14; – поисково-спасательная система 15; – система пеленгации 16. В состав оборудования аэродрома 37 входят: – накопитель информации 6; – аппаратура подготовки к старту ABC 38; – сервер с базой данных о зонах выполнения полетных заданий и знаний о типовых маневрах ABC около заданных поворотных пунктов маршрута (ППМ) 39; – взлетно-посадочное оборудование (для руления и глиссады) 40. В состав авиадиспетчерской службы 43 входят (фиг.7): – система связи авиадиспетчерской службы 44. В состав системы связи авиадиспетчерской службы 44 входят: – аппаратура УВД 12; – система связи голосовая 14; – система пеленгации 16. Связь между 1, 19, 29 и 35 осуществляется по 13. 14 служит для связи между 19, 1, 35 и 33. 19 совместно с 35 осуществляет подготовку, предполетную проверку и взлет 1. Командир 1 перед взлетом осуществляет ввод программ полета с помощью 24 и может осуществлять перепрограммирование и вмешиваться непосредственно в процесс управления с помощью 27. 6 осуществляет накопление информации на борту 1, на 19 и 29 и на 35. Эта информация используется для анализа полетов, учета действий 1, командира 1, оператора 17 и служб 35. Посредством интеллектуальной сетевой линии связи 13 командир вводит маршрут полета на борт воздушного судна 1, где через информационный шлюз 10 попадает в навигационный вычислитель 7. На аэродроме 35 работает аппаратура УВД 12 и система пеленгации 16, обеспечивающие командира 1 и БРЭО 2 информацией о взаимном положении 1 и 35. Сервер с базой данных и знаний 39 по каналам командира 1 при подготовке к полету 1 может вводить в БРЭО 2 полетное задание, а также те изменения в маршрут, которые потребуется внести. Взлетно-посадочное оборудование 40 обеспечивает автоматическую, автоматизированную или ручную посадку 1. Авиадиспетчерская служба 43 наблюдает полет ABC 1, выдает командиру ABC эшелон полета, дает указания по управлению воздушным движением и предупреждению столкновений, по взлету и посадке на аэродромах общего пользования. Решение имеет следующие преимущества. 1. В прототипе и аналогах речь идет о ДПЛА. В рассматриваемом решении применяются автоматизированные воздушные суда полностью соответствующие требованиям Воздушного кодекса и международных стандартов для воздушных судов. При этом командир имеет возможность контролировать все необходимые параметры полета, общаться с авиадиспетчерами и пилотами конфликтующих воздушных судов, аэродромами. 2. ABC 1 оборудовано всеми устройствами управления воздушным движением (УВД) 12; ABC 1 видно в воздушном пространстве всеми существующими аппаратными средствами наблюдения воздушных судов. Указанные свойства позволяют использовать ABC 1 во всех зонах, аэродромах, в обычных аэродромах, на линиях полетов и т.д. 3. ABC 1 имеют на борту системы связи, что позволяет ретранслировать навигационную, пилотажную, эксплуатационную и служебную информацию командиру ABC 1, оператору 17, с борта 1 на борт других воздушных судов, авиадиспетчерам 43 и потребителям в едином информационном поле 41. 4. ПДУ-К 19 и ПДУ-ПН 29 могут находиться экстерриториально относительно зоны полетов ABC 1. ПДУ-ПН 29 может, например, находиться в расположении экологов, рыбаков, топографов, пожарных, подавать им изображение подстилающей поверхности зоны полета ABC 1 на их средства наблюдения 28 данные полезной нагрузки, координаты (долготу и широту) на карте местности и пр. 5. ABC 1 имеет средства наблюдения воздушного пространства, обнаруживает конфликтующие воздушные суда, имеет средства предупреждения столкновений и может в автоматическом и полуавтоматическом режимах выходить в упрежденную точку выхода из конфликта. При этом командир ABC 1 со своего ПДУ-К 19 может голосом по голосовой системе связи 14 общаться с пилотом (если он есть) конфликтующего воздушного судна или авиадиспетчером УВД. 6. ABC 1 имеет средства опознавания “свой-чужой”, что также повышает безопасность применения ABC. Источники информации 1. RU 2232104 С1, 2004. 2. RU 2200900 С2, 2003.
Формула изобретения
Комплекс взлета, пилотирования и посадки автоматизированных воздушных судов, включающий один или несколько пультов дистанционного управления командира, один или несколько аэродромов и один или несколько пультов дистанционного управления полезной нагрузкой, причем все они объединяются единым информационным полем, в котором также могут появляться конфликтующие воздушные суда без системы связи и конфликтующие воздушные суда, оснащенные системами связи, включающими систему предупреждения столкновения и опознавания «свой-чужой», аппаратуру управления воздушным движением и систему связи голосовую, а также может присутствовать авиадиспетчерская служба с системой связи авиадиспетчерской службы, включающей аппаратуру управления воздушным движением, систему связи голосовую и систему пеленгации, бортовое радиоэлектронное оборудование, сенсоры (магнитный компас, систему воздушных сигналов, датчики угловых скоростей, датчики вертикали, координатные акселерометры, датчики температуры двигателя, измерители параметров бортовой сети и другие датчики), навигационный вычислитель с режимами управления воздушным движением, навигации, посадки, самоконтроля, полезную нагрузку, высотомер малых высот, приемник спутниковой навигационной системы (GPS-приемник), накопитель информации, отличающийся тем, что в него введено по меньшей мере одно дистанционно-пилотируемое автоматизированное воздушное судно, куда введены
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
