Отечественные и зарубежные беспилотные ДПЛА

Курсовой проект

 

на тему

 

Управление ДПЛА через ретранслятор

 

Выполнил:	студент группы 04-519 Кушталов Юра
Проверил:	преподаватель Большов О. А.

 

Москва 2021 год

 

Содержание

Задание................................................................................................................................................................................. 3

Отечественные и зарубежные беспилотные ДПЛА.................................................................... 4

Оперативный БПЛА ПЧЕЛа -1..................................................................................................................................... 4

Высотный разведывательный БПЛА RQ-4 Global Hawk.............................................................................. 6

Цифровая радиолиния с сигналом КИМ-ЧМ....................................................................................... 10

Основной тракт радиолинии................................................................................................................................... 11

Система синхронизации........................................................................................................................................... 12

Расчет.................................................................................................................................................................................. 15

Определение параметров имитационной модели................................................................... 18

Анализ результатов расчета и моделирования.......................................................................... 19

Литература..................................................................................................................................................................... 19

 

Задание

 

Отечественные и зарубежные беспилотные ДПЛА

Оперативный БПЛА ПЧЕЛа -1

 

 

		Разработчик: ОКБ Яковлева
		Страна: Россия
		Первый полет: 1990
		Тип: Оперативный разведывательный БПЛА

 

На экране видеоконтрольного устройства бушует лесной пожар. Оператор-наблюдатель, внимательно следящий за изображением на экране, иногда с помощью пульта управления перемещает картинку вперед или назад, влево - вправо, приближает или удаляет ее от себя. Его задача - оценить увиденное, определить размеры охваченного пожаром участка, привязать его к координатам местности и сообщить «наверх» для принятия решения.

Координаты местности и привязку к участку оператор-наблюдатель получает с другого дисплея, расположенного рядом, за которым работает штурман. На экране его видеоконтрольного устройства - карта местности с нанесенными на ней замкнутыми геометрическими фигурами, по которым медленно ползет мерцающая искорка.

«Искорка» - это дистанционно-пилотируемый аппарат (ДПЛА), который с помощью установленной на борту телекамеры показывает оператору пожар, разгоревшийся от него на расстоянии нескольких десятков километров. Часами оператор-штурман может «водить» ДПЛА в зоне, интересующей оператора-наблюдателя, менять высоту от сотни метров до нескольких километров, а затем вернет аппарат к наземному пункту дистанционного управления (НПДУ) и плавно на парашюте опустит его, слегка задымленного и почерневшего на землю. Замена парашюта, заправка топливом и ДПЛА готов к новому полету в очередной экстремальной ситуации.

Такова в общих чертах идея беспилотной воздушной разведки, и так, опять же приблизительно, можно представить картину будущего применения комплексов с ДПЛА в мирных целях. Пока же существующие в большинстве развитых стран комплексы с ДПЛА применяются для разведки пожаров, но далеко не лесных.

ДПЛА представляют собой частный класс летательных аппаратов, занимающий промежуточное положение между пилотируемой авиацией и беспилотной ракетной техникой.

Термин «дистанционно-пилотируемые» подразумевает не просто радиоуправляемый аппарат по типу модели. Смысл дистанционного управления сводится к тому, что между человеком - оператором, находящимся на НПДУ, и летящим ДПЛА непрерывно происходит обмен информацией, а с помощью полезной нагрузки, находящейся на борту (телевизионная камера, ИК-аппаратура), создается иллюзия наблюдения за наземными целями под его крылом. Огромное значение имеет и то, что на оператора не действуют реальные физические и психологические нагрузки, свойственные экипажам пилотируемых самолетов.

Эффект информационного присутствия человека на борту ДПЛА, позволяющий сохранить основные положительные качества авиации - гибкость и быстроту реакции на непредвиденное изменение обстановки и многоразовость применения этих аппаратов, - вот основные отличия ДПЛА от беспилотных аппаратов вообще.

В последние годы создание ДПЛА стало одной из наиболее быстро развивающихся отраслей авиационно-космической промышленности во многих странах мира. 41 страна, в той или иной степени, ведет сейчас разработки подобных машин. В значительной степени это вызвано успешным использованием их в ряде проведенных в последние десятилетия, боевых операций.

В будущих войнах и конфликтах XXI века, по оценкам подавляющего большинства западных экспертов, США и страны НАТО будут делать ставку на применение сравнительно дешевых ДПЛА. Слишком уж большой становится цена возможных потерь пилотируемых самолетов и летного состава. Стоимость современного самолета в настоящее время достигает 50-60 млн.долл. Да и на подготовку высококлассного летчика надо потратить еще 10 млн.долл. В то же время, многие задачи, возлагаемые на пилотируемую авиацию, могут с успехом выполняться боевыми ДПЛА.

Комплекс «Строй-П» с ДПЛА «Пчела-1Т» (головной разработчик ГУП НИИ «Кулон»), созданный в 1990-м, предназначен для круглосуточного наблюдения объектов и передачи их телевизионного или тепловизионного изображения в реальном масштабе времени на наземный пункт управления. В 1997-м комплекс, допускающий телевизионную разведку в светлое время суток, принят на вооружение Российской армии.

«Пчела-1Т» является многоцелевым летательным аппаратом и может быть переоборудована в ДПЛА для постановки помех связным радиостанциям и в воздушную мишень. При замене бортовой телевизионной аппаратуры аппаратурой постановки помех «Пчела-1Т» способна подавлять радиостанции в УКВ - диапазоне в радиусе 10-20 км.

Старт ДПЛА осуществляется с помощью двух твердотопливных ускорителей с короткой направляющей, размещенной на гусеничном шасси боевой машины десанта. Летательный аппарат управляется или по заданной программе, или оператором, которому достаточно ввести в ЭВМ только новые высоту и курс.

В качестве силовой установки на ДПЛА «Пчела-1» применяется двухтактный двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания П-032, вращающий толкающий винт постоянного шага, расположенный в кольцевом оперении. Бортовое оборудование включает сменный комплекс разведывательной аппаратуры, в состав которой входит телевизионная камера или тепловизор. Телевизионная камера имеет объектив с фокусным расстоянием, изменяемым по команде оператора.

Оригинальная аэродинамическая схема с кольцевым оперением позволила уменьшить габариты аппарата и исключить его сваливание на малых скоростях полета. Крыло малого удлинения обеспечило необходимые аэродинамические характеристики при минимальных габаритах машины, позволяющих транспортировать ее любыми типами грузового автотранспорта.

Посадка на парашюте допускается на неподготовленную ровную площадку. Модульное построение фюзеляжа позволяет быстро заменить поврежденные агрегаты и отдельные элементы конструкции. Применение стеклопластика в конструкции планера обеспечивает малые затраты на серийное производство, простоту технического обслуживания в эксплуатации и малую степень повреждаемости.

Комплекс «Строй-П» включает в себя 10 летательных аппаратов, наземный пункт дистанционного управления, который вместе с пусковой установкой размещен на десантируемом бронетранспортере БТР-Д, технологическую машину (на базе автомобиля КАМАЗ) и транспортно-заряжающую машину (на шасси ГАЗ-66). Комплекс полностью обеспечивает техническое обслуживание ДПЛА перед стартом, его пуск и управление, прием и отображение в реальном времени телевизионной информации на экране оператора. На видеоконтрольном устройстве отображаются также маршрут аппарата и его текущие координаты.

 

ЛТХ:

 

Модификация	Пчела -1
Размах крыла, м	3.30
Длина, м	2.80
Высота, м	1.12
Масса, кг	138
Тип двигателя	1 ПД
Мощность, л.с.	1 х 32
Крейсерская скорость, км/ч	120-160
Радиус действия, км	60
Продолжительность военной разведки, ч	2
Практический потолок, м	3000
Минимальная высота полета, м	100

 

Основной тракт радиолинии

Анализ основного тракта радиолинии целесообразно начать с выяснения принципиальной возможности получить приемлемые результаты в заданных условиях. Дело в том, что энергетический потенциал и скорость передачи информации, значения которые за­даны, уже определяют минимально возможную вероятность искажения символа. Если вероятность искажения символа окажется слишком боль­шой, то не имеет смысла рассчитывать реальную радиолинию, которая, разумеется, будет еще хуже.

Вероятность ошибки при оценке слова в сигнале КИМ-ЧМ для оптимальной обработки при приеме “в целом” равна

,            (1)

где  - отношение ^сигнла/_шум,  - энергия сигнала,  - мощность полезного сигнала КИМ-ЧМ,  - длительность слова,  - спектральная плот­ность шума. После расчета ошибки по формуле (1) может оказаться не­обходимым потребовать изменить исходные условия — увеличить энергетический потенциал или уменьшить скорость передачи и толь­ко после этого приступить к расчету реальной радиолинии.

Система синхронизации

В цифровых радиолиниях необходимо применять кадровую при синхронной передаче, а также пословную синхронизации. В случае посимволь­ного приема дополнительно требуются сигналы посимвольной синхро­низации. С помощью соответствующих синхронизирующих сигналов осуществляется разделение каналов и обеспечивается правиль­ная работа декодирующих устройств командных сигналов. В нашем случае сигнал будет иметь следующий вид.

Рисунок 3 Структура демодулированного сигнала

Кадровая синхронизация. Синхронизирующее слово, ставящееся в начале каждого кадра, называется словом кадровой синхронизации. В качестве слов кадровой синхронизации час­то используются составные сигналы, причем выделение этих слов в при­емнике осуществляется с помощью пассивного согласованного фильт­ра (Рисунок 4). Напряжение на выходе согласованного фильтра воспроизводит автокорреляционную функцию синхронизирующего сигнала. Для уменьшения ошибок, возникающих при обнаружении синхронизирую­щего сигнала и определении его временного положения, автокорреля­ционная функция данного сигнала должна иметь узкий центральный пик и малый уровень «боковых» выбросов. Подобным свойством обла­дает ряд широкополосных сигналов, в том числе сигналы, сформиро­ванные на основе некоторых двоичных кодов.

Рисунок 4 Устройство декодирования кадрового синхронизирующего сигнала

Принятый синхронизирующий видеосигнал, поступает на вход линии задержки. Расстояние между отдельными отводами этой линии соответствует длительности элементарных импульсов кода . Максимальное время задержки синхронизирующего сигнала равно полной длительности сигнала . Сигналы, которые снимаются с отводов линии задержки, поступают на сумматор. При этом часть сигналов проходит через инверторы, изменяющие полярность сигналов. Пространственное расположение отводов линии задержки, к которым подключены инверторы, воспроизводит в обратном порядке временное положение символов «0», имеющихся в составе рассматриваемого синхронизирующего кодового слова. Тем самым обеспечивается синхронное накопление энергии отдельных импульсов этого слова в сумматоре. К выходу сумматора подключен фильтр, который согласован с одиночным видеоимпульсом длительности . В момент окончания принятого синхронизирующего кодового слова на выходе согласованного фильтра образуется короткий импульс значительной амплитуды. С помощью таких импульсов осуществляется запуск порогового устройства, предназначенного для выделения отдельных синхронизирующих сигналов.

На вход рассматриваемого согласованного фильтра поступает напряжение , которое содержит как синхронизирующее, так и телеметрические сигналы. Воздействие на согласованный фильтр телеметрических слов сопровождается образованием дополнительных «выбросов» напряжения на выходе этого фильтра. Для предотвращения ложных срабатываний порогового устройства под действием таких выбросов коэффициенты взаимной корреляции между синхронизирующим сигналом и отдельными телеметрическими словами должны иметь незначительную величину.

В инерционной системе кадровой синхронизации сигналы, выделенные с помощью согласованного фильтра, могут использоваться для автоматической подстройки частоты местного генератора синхронизирующих сигналов. Постоянная времени инерционной системы значительно превышает длительность синхронизирующего сигнала . Следовательно, в установившемся режиме обеспечивается хорошая фильтрация помех, и высокая точность определения начала кадра. Недостатком инерционной системы является значительное время обнаружения слова кадровой синхронизации, а также возможность срыва слежения под действием помех.

Пословная синхронизация предназначается для определения границ отдельных команд в составе кадра. Существуют различные способы осуществления пословной синхронизации. Способ, который мы будем использовать, основан на использовании специальных разделительных сигналов (Рисунок 3 – заштрихованные импульсы). При синхронной непрерывной передаче сообщений разделительные сигналы имеют периодический характер, поэтому в спектре модулирующего сигнала радиолинии возникает регулярная составляющая на частоте следования слов сообщения . После детектирования принятого радиосигнала эта составляющая выделяется с помощью узкополосного фильтра и используется для формирования сигналов пословной синхронизации. Такая система синхронизации является инерционной.

Посимвольная синхронизация используется при посимвольном приеме кодовых слов и обеспечивает разделение элементарных сигналов, соответствующих различным позициям кодового слова. Требования к точности посимвольной синхронизации зависят от используемого способа обработки элементарных информационных сигналов в приемнике. При обработке, близкой к оптимальной, а она в нашем случае именно такая, необходимо достаточно точное определение границ этих сигналов. Требования к точности синхронизации возрастают с уменьшением длительности элементарных сигналов.

Рисунок 5 Функциональная схема инерционной системы посимвольной синхронизации

Для выделения сигналов посимвольной синхронизации непосредственно используется последовательность принимаемых информационных символов. На Рисунок 5 показана функциональная схема инерционной системы посимвольной синхронизации. В результате дифференцирования сигнала , образуется последовательность импульсов, временное положение которых соответствует границам между соседними символами «1» и «0». Эта последовательность поступает на временной дискриминатор, который вырабатывает управляющее напряжение, пропорциональное временнóму рассогласованию между входной и опорной последовательностью импульсов. Последняя и используется в качестве сигналов посимвольной (тактовой) синхронизации. Опорная последовательность вырабатывается генератором синхронизирующих сигналов. С помощью управляющего напряжения изменяется частота следования импульсов опорной последовательности, тем самым обеспечивается автоматическая подстройка генератора синхронизирующих сигналов.

Анализ таких систем имеет целью определить флюктуации моментов временных меток относительно положения, соответствующих идеальной ра­боте. В нашем случае мы будем считать, что система синхронизации работает идеально. В качестве показателя точности можно взять среднеквадратическую ошибку, которая для нормальной работы должна быть много меньше длительности одного символа.

 

Расчет

 

Литература

1. “Теория и проектирование радиосистем”, Л. В. Березин, В. А. Вейцель. – М.: Сов. радио, 1977.

2. “Основы радиоуправления”, под ред. В. А. Вейцеля и В. Н. Типугина. – М.: Сов. радио, 1973.

3. “Радиотехнические системы передачи информации”, П. И. Пеннин, Л. И. Филиппов. – М.: Радио и связь, 1984.

4. “Автоматизированная модель радиолинии с цифровой передачей информации”, уч. пособие, В. А. Вейцель, С. С. Нужнов. – М.: МАИ, 1985.

5. “Методические указания к курсовому проекту «Радиолинии с цифровой передачей информации»”, авт.-сост. В. А. Вейцель, А. И. Куприянов, М. И. Жодзишский. – М.: МАИ, 1987.

6. “Инженерный справочник по космической технике”, под. ред. Соловова. – М.: Воениздат, 1974.

7. http://www.airwar.ru/enc/bpla/pchela.html

8. http://www.airwar.ru/enc/bpla/rq4.html

Курсовой проект

 

на тему

 

Управление ДПЛА через ретранслятор

 

Выполнил:	студент группы 04-519 Кушталов Юра
Проверил:	преподаватель Большов О. А.

 

Москва 2021 год

 

Содержание

Задание................................................................................................................................................................................. 3

Отечественные и зарубежные беспилотные ДПЛА.................................................................... 4

Оперативный БПЛА ПЧЕЛа -1..................................................................................................................................... 4

Высотный разведывательный БПЛА RQ-4 Global Hawk.............................................................................. 6

Цифровая радиолиния с сигналом КИМ-ЧМ....................................................................................... 10

Основной тракт радиолинии................................................................................................................................... 11

Система синхронизации........................................................................................................................................... 12

Расчет.................................................................................................................................................................................. 15

Определение параметров имитационной модели................................................................... 18

Анализ результатов расчета и моделирования.......................................................................... 19

Литература..................................................................................................................................................................... 19

 

Задание

 

Отечественные и зарубежные беспилотные ДПЛА

Оперативный БПЛА ПЧЕЛа -1

 

 

		Разработчик: ОКБ Яковлева
		Страна: Россия
		Первый полет: 1990
		Тип: Оперативный разведывательный БПЛА

 

На экране видеоконтрольного устройства бушует лесной пожар. Оператор-наблюдатель, внимательно следящий за изображением на экране, иногда с помощью пульта управления перемещает картинку вперед или назад, влево - вправо, приближает или удаляет ее от себя. Его задача - оценить увиденное, определить размеры охваченного пожаром участка, привязать его к координатам местности и сообщить «наверх» для принятия решения.

Координаты местности и привязку к участку оператор-наблюдатель получает с другого дисплея, расположенного рядом, за которым работает штурман. На экране его видеоконтрольного устройства - карта местности с нанесенными на ней замкнутыми геометрическими фигурами, по которым медленно ползет мерцающая искорка.

«Искорка» - это дистанционно-пилотируемый аппарат (ДПЛА), который с помощью установленной на борту телекамеры показывает оператору пожар, разгоревшийся от него на расстоянии нескольких десятков километров. Часами оператор-штурман может «водить» ДПЛА в зоне, интересующей оператора-наблюдателя, менять высоту от сотни метров до нескольких километров, а затем вернет аппарат к наземному пункту дистанционного управления (НПДУ) и плавно на парашюте опустит его, слегка задымленного и почерневшего на землю. Замена парашюта, заправка топливом и ДПЛА готов к новому полету в очередной экстремальной ситуации.

Такова в общих чертах идея беспилотной воздушной разведки, и так, опять же приблизительно, можно представить картину будущего применения комплексов с ДПЛА в мирных целях. Пока же существующие в большинстве развитых стран комплексы с ДПЛА применяются для разведки пожаров, но далеко не лесных.

ДПЛА представляют собой частный класс летательных аппаратов, занимающий промежуточное положение между пилотируемой авиацией и беспилотной ракетной техникой.

Термин «дистанционно-пилотируемые» подразумевает не просто радиоуправляемый аппарат по типу модели. Смысл дистанционного управления сводится к тому, что между человеком - оператором, находящимся на НПДУ, и летящим ДПЛА непрерывно происходит обмен информацией, а с помощью полезной нагрузки, находящейся на борту (телевизионная камера, ИК-аппаратура), создается иллюзия наблюдения за наземными целями под его крылом. Огромное значение имеет и то, что на оператора не действуют реальные физические и психологические нагрузки, свойственные экипажам пилотируемых самолетов.

Эффект информационного присутствия человека на борту ДПЛА, позволяющий сохранить основные положительные качества авиации - гибкость и быстроту реакции на непредвиденное изменение обстановки и многоразовость применения этих аппаратов, - вот основные отличия ДПЛА от беспилотных аппаратов вообще.

В последние годы создание ДПЛА стало одной из наиболее быстро развивающихся отраслей авиационно-космической промышленности во многих странах мира. 41 страна, в той или иной степени, ведет сейчас разработки подобных машин. В значительной степени это вызвано успешным использованием их в ряде проведенных в последние десятилетия, боевых операций.

В будущих войнах и конфликтах XXI века, по оценкам подавляющего большинства западных экспертов, США и страны НАТО будут делать ставку на применение сравнительно дешевых ДПЛА. Слишком уж большой становится цена возможных потерь пилотируемых самолетов и летного состава. Стоимость современного самолета в настоящее время достигает 50-60 млн.долл. Да и на подготовку высококлассного летчика надо потратить еще 10 млн.долл. В то же время, многие задачи, возлагаемые на пилотируемую авиацию, могут с успехом выполняться боевыми ДПЛА.

Комплекс «Строй-П» с ДПЛА «Пчела-1Т» (головной разработчик ГУП НИИ «Кулон»), созданный в 1990-м, предназначен для круглосуточного наблюдения объектов и передачи их телевизионного или тепловизионного изображения в реальном масштабе времени на наземный пункт управления. В 1997-м комплекс, допускающий телевизионную разведку в светлое время суток, принят на вооружение Российской армии.

«Пчела-1Т» является многоцелевым летательным аппаратом и может быть переоборудована в ДПЛА для постановки помех связным радиостанциям и в воздушную мишень. При замене бортовой телевизионной аппаратуры аппаратурой постановки помех «Пчела-1Т» способна подавлять радиостанции в УКВ - диапазоне в радиусе 10-20 км.

Старт ДПЛА осуществляется с помощью двух твердотопливных ускорителей с короткой направляющей, размещенной на гусеничном шасси боевой машины десанта. Летательный аппарат управляется или по заданной программе, или оператором, которому достаточно ввести в ЭВМ только новые высоту и курс.

В качестве силовой установки на ДПЛА «Пчела-1» применяется двухтактный двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания П-032, вращающий толкающий винт постоянного шага, расположенный в кольцевом оперении. Бортовое оборудование включает сменный комплекс разведывательной аппаратуры, в состав которой входит телевизионная камера или тепловизор. Телевизионная камера имеет объектив с фокусным расстоянием, изменяемым по команде оператора.

Оригинальная аэродинамическая схема с кольцевым оперением позволила уменьшить габариты аппарата и исключить его сваливание на малых скоростях полета. Крыло малого удлинения обеспечило необходимые аэродинамические характеристики при минимальных габаритах машины, позволяющих транспортировать ее любыми типами грузового автотранспорта.

Посадка на парашюте допускается на неподготовленную ровную площадку. Модульное построение фюзеляжа позволяет быстро заменить поврежденные агрегаты и отдельные элементы конструкции. Применение стеклопластика в конструкции планера обеспечивает малые затраты на серийное производство, простоту технического обслуживания в эксплуатации и малую степень повреждаемости.

Комплекс «Строй-П» включает в себя 10 летательных аппаратов, наземный пункт дистанционного управления, который вместе с пусковой установкой размещен на десантируемом бронетранспортере БТР-Д, технологическую машину (на базе автомобиля КАМАЗ) и транспортно-заряжающую машину (на шасси ГАЗ-66). Комплекс полностью обеспечивает техническое обслуживание ДПЛА перед стартом, его пуск и управление, прием и отображение в реальном времени телевизионной информации на экране оператора. На видеоконтрольном устройстве отображаются также маршрут аппарата и его текущие координаты.

 

ЛТХ:

 

Модификация	Пчела -1
Размах крыла, м	3.30
Длина, м	2.80
Высота, м	1.12
Масса, кг	138
Тип двигателя	1 ПД
Мощность, л.с.	1 х 32
Крейсерская скорость, км/ч	120-160
Радиус действия, км	60
Продолжительность военной разведки, ч	2
Практический потолок, м	3000
Минимальная высота полета, м	100