Существующие ныне автономные системы навигации для летательных аппаратов — это инерциальные навигационные системы. Они имеют нарастающую во времени ошибку и высокую стоимость при высокой точности. Эти проблемы решаются путем применения дополнительных спутниковых систем навигации. Это повышает точность навигационных систем, но приводит к потере их автономности и помехоустойчивости. То есть методы, которые приводят к улучшению точности навигации, одновременно приводят к потере системой автономности и помехоустойчивости. Это противоречие разрешается введением видеонавигации. При этом получается изображение местности камерой, которое затем анализируется бортовым компьютером и, исходя из этого анализа, находится координаты и ориентация летательного аппарата. Для создания системы видеонавигации планируется разработать три модуля для видеонавигации, которые подразделяются по полноте использования дополнительной информации о местности (кроме текущей видеосъемки), полученной заранее и хранящейся в памяти.
Модуль, работающий по текущим снимкам без привлечения дополнительной информации.
Mодуль точной привязки по рельефу
Mодуль точной привязки по эталонным фотографиям
кадры видео сравниваются с заложенными в память изображениями участков маршрута, в случае «узнавания» определяются точные координаты и ориентация
В настоящее время основу навигационных систем беспилотных летательных аппаратов составляют приёмники глобальных систем спутниковой навигации (ГССН), компенсированные с блоком инерциальных датчиков пространственной ориентации. Такая система обеспечивает достаточно точное определение местоположения БЛА и параметров его движения (до 15 м) при наличие незатруднённого приёма сигналов ГССН. При комплексировании со спутниковой навигацией возможно применение низкоточных недорогих инерциальных систем, оснащённых микромеханическими датчиками движения (акселерометрами и гироскопами).
Стоимость такой системы составляет от 5 до 15 тыс. долларов США в зависимости от точности датчиков. Следует отметить, что инерциальная система такого ценового диапазона не в состоянии осуществлять автономное счисление пройденного пути ввиду высоких скоростей дрейфа гироскопических датчиков. Лучшие образцы способны поддерживать точность в течении нескольких минут (не более 10) отсутствия сигнала СНС на уровне 100-150 м. При этом как правило требуется поддержание режима прямолинейного движения без ускорений.
Автоматизированные системы управления дорожным движением
... универсального решения этой проблемы не существует. автоматизированный управление светофор дорожный 1. Автоматизированные системы управления дорожным движением Автоматизированные системы управления дорожным движением (АСУДД) - это взаимосвязанный комплекс ... АСУ «ГОРОД-ДД» значительное повышение эффективности управления дорожным движением и контроля состояния дел на дорогах, что позволяет ежегодно ...
Таким образом, присутствие сигналов ГССН является в настоящее время необходимым условием выполнения беспилотными летательными аппаратами поставленных задач. Отсутствие или намеренное подавление СНС приводит к невозможности точно определить собственные координаты и как следствие, выполнить полёт по заданному маршруту. В случае же использования на БЛА инерциальной системы сверхнизкой точности (особенно на БЛА ближнего действия) отсутствие корректирующих сигналов от ГССН может привести к «развалу» инерциальной системы и аварии БЛА. Поэтому подавление ГССН рассматривается в качестве основного метода борьбы с БЛА.
Применение высокоточных инерциальных навигационных систем (ИНС) также полностью не решает проблему по следующим причинам:
1) такие системы дороги (от 30-50 тыс. долларов)
2) масса инерциальной системы «средней точности» на лазерных или волоконно-оптических гироскопах составляет от 8 кг, что делает проблематичным их использование на БЛА малой и даже средней дальностей
3) принципиальным ограничением ИНС является рост ошибки определения координат с течением времени автономной работы. Точность автономного счисления координат для современных ИНС составляет порядка 1 морской мили за час полёта (для систем высокой точности), что не позволяет обеспечить высокоточное определение координат целей.
Таким образом, мы имеем типичное противоречие, описываемое ТРИЗ: методы, которые приводят к улучшению точности навигации, одновременно приводят к потере системой автономности и помехоустойчивости. Это противоречие разрешается путем внедрения видеонавигации.
Производители беспилотных систем в США и Израиле проводят исследования и разработки, направленные на обеспечение автономности применения БЛА в условиях отсутствия сигналов спутниковой навигации на основе альтернативных источников данных. К таким данным относятся
прежде всего, видовая информация, поступающая с бортовых фото и видеокамер дневного и инфракрасного диапазонов, синтезированное изображение радара, данные цифрового рельефа местности, космические снимки, а также так называемые «сигналы природного происхождения»:
вектору силы тяжести, магнитному полю Земли, положению светил. Развитие и миниатюризация компьютерных систем, систем сбора и обработки видовой информации сделали возможной реализацию подобной системы в составе аппаратных средств навигации и управления беспилотного летательного аппарата.
В частности, компания Rockwell-Collins, производящая аппаратуру навигации и управления полётом для БЛА различных типов, объявила о завершении разработки Vision Augmented Inertial Navigation System (VAINS) в которой обеспечивается коррекция инерциальной системы по скорости и координатам от видеокамеры в отсутствие сигналов СНС.
В настоящее время разработаны математические основы определения местоположения летательного аппарата по видовой информации, проведено компьютерное моделирование и обоснованы требования к аппаратным средствам системы комплексированной навигации для БЛА средней и малой дальности.
Описание систем управления беспилотными летательными аппаратами
... по всей стране. Для выполнения этой задачи требовалось ведение круглосуточной разведки. В августе 2008 года ВВС США завершили перевооружение беспилотными летательными аппаратами ... пункт управления для обработки ... были удачные применения тяжё ... Аппараты применялись для ведения фоторазведки, ретрансляции сигнала, разведки радиоэлектронных средств, РЭБ ... Спутниковую навигационную систему (ГЛОНАСС/GPS); ...
В основу принципа положены 3 базовых способа
Счисление пройденного пути на основе анализа потока видеоданных
относительного
Использование данных рельефа, Использование цифровых снимков местности
видеонавигация летательный инерциальный
Рисунок 1 Результат разработки видеонавигации
Инерциальная система БЛА
Ключевым моментом в упомянутой цепочке является «измерение состояния системы». То есть координат местоположения, скорости, высоты, вертикальной скорости, углов ориентации, а также угловых скоростей и ускорений. В бортовом комплексе навигации и управления, разработанном и производимом ООО «ТеКнол», функцию измерения состояния системы выполняет малогабаритная инерциальная интегрированная система (МИНС).
Имея в своем составе триады инерциальных датчиков (микромеханических гироскопов и акселерометоров), а также барометрический высотомер и трехосный магнитометр, и комплексируя данные этих датчиков с данными приемника GPS, система вырабатывает полное навигационное решение по координатам и углам ориентации. МИНС разработки «ТеКнола» — это полная Инерциальная система, в которой реализован алгоритм бесплатформенной ИНС, интегрированной с приемником системы спутниковой навигации. Именно в этой системе содержится «секрет» работы всего комплекса управления БЛА. По сути, одновременно работают три навигационных системы в одном вычислителе по одним и тем же данным. Мы их называем «платформами». Каждая из платформ реализует свои принципы управления, имея свои «правильные» частоты (низкие или высокие).
Мастер-фильтр выбирает оптимальное решение с любой из трех платформ в зависимости от характера движения. Этим обеспечивается устойчивость системы не только в прямолинейном движении, но и при виражах, некоординированных разворотах, боковом порывистом ветре. Система никогда не теряет горизонт, чем обеспечиваются правильные реакции автопилота на внешние возмущения и адекватное распределение воздействий между органами управления БЛА.
Рисунок 2 Блок инерциальной навигационной системы
Микро-БИНС (БЕСПЛАТФОРМЕННАЯ ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА)
Новый БИНС российской разработки и производства, предназначенный, прежде всего, для использования в военной авиации, которая должна уметь действовать даже в случае потери или подавления сигналов ГЛОНАСС/GPS.
Сверхлёгкий модуль, меньше кредитной карточки, может использоваться в широкой номенклатуре изделий: от навигационных систем стратегических бомбардировщиков, до систем наведения авиационных ракет и миниатюрных БПЛА. Микроблок объемом всего 30 кубических сантиметров имеет лучшие в своём классе микромеханические датчики на основе кремния и представляет собой миниатюрное инерциальное устройство позиционирования или сокращенно GIMU-ОЕМ.
Микроблок толщиной всего 14мм и весом 60 грамм содержит все необходимое для автономной навигации: гироскопы, акселерометры и высокопроизводительное ядро с математическим сопроцессором для выполнения точных навигационный вычислений в реальном времени с рекордной скоростью расчёта навигационных параметров 1-2 мс. Это позволяет выстроить траекторию управляемого объекта от известной точки и установить местоположение с высокой точностью. Новый микроблок полноценной инерциальной навигационной системы призван решить проблему уязвимости ГЛОНАСС/GPS за низкую стоимость. Новый GIMU изначально рассчитан на высокие перегрузки и пригоден для использования в высокоточном оружии, включая перспективные малогабаритные бомбы, ракеты и БПЛА-«камикадзе». Инерциальные навигационные системы (GIMU-OEM) могут использоваться и в передовом тяжелом оружии, вроде сверхзвуковых крылатых ракет БРАМОС с дальностью стрельбы более 300 км. Точность ИНС на такой дистанции ниже, чем у ГЛОНАСС/GPS, но современные технологии визуального распознавания цели могут решить эту проблему. Разумеется, новый микро-БИНС не заменяет ГЛОНАСС/GPS, а является дополнением к существующей спутниковой системе навигации. Однако, GIMU-ОЕМ может оказать большое влияние на некоторые аспекты военного дела. Прежде всего, улучшится навигация в сложных городских условиях, где спутниковому сигналу мешают многочисленные препятствия.
Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах ...
... местное включение в отдельных зонах оповещения. Выбор вида управления определяется организацией-проектировщиком в зависимости от функционального назначения, конструктивных и объемно-планировочных решений здания исходя ... эвакуации. При проектировании СОУЭ должна предусматриваться возможность ее сопряжения с системой оповещения гражданской обороны. 3.3. СОУЭ должна включаться от командного импульса, ...
Новый микро-БИНС, в отличии от лучших зарубежных образцов, является не просто датчиком или измерителем первичных параметров — в блоке уже интегрировано всё необходимое программное обеспечение для работы с ГЛОНАСС, GPS, COMPAS, Galileo, и всевозможными дополнительными датчиками. GIMU-ОЕМ обеспечивает минимальное время расчёта полного навигационного решения 1-2мс, стыкуется с современными системами управления, используя высокоскоростной цифровой обмен, так же с успехом может быть использован для модернизации имеющихся ракет и боеприпасов, использующих аналоговые каналы управления, для чего в блоке реализовано 4-е программно-управляемых высокоскоростных аналоговых канала. В настоящее время уже подготовлены к серийной поставке 3 типа микро-БИНС. Два типа изделий — для использования в военной технике и специализированный недорогой тип изделия для встраивания непосредственно в приборы спутникового ГЛОНАСС / GPS мониторинга автотранспорта и в системы стабилизации оборудования.
Рисунок 2 Микро-БИНС (Бесплатформенная инерциальная навигационная система)
