Диссертация (Система автоматического управления посадочным маневром беспилотного летательного аппарата при действии бокового ветра), страница 3

Системыпосадки категории II обеспечивают автоматический возврат воздушного судна врайон аэродрома и движение его по глиссаде до высоты 30 м при еще болеенизкойоблачности.СистемыпосадкикатегорииIIIbобеспечиваетавтоматическую посадку ВС в условиях тумана. И, наконец, системы посадкикатегории IIIс обеспечивают автоматическую посадку ВС в условиях полногоотсутствия видимости и автоматическое движение его по рулежной дорожке кместу стоянки [8].Для автоматической посадки БЛА подходят только системы посадкикатегории IIIb и IIIc. В то же время абсолютное большинство аэродромов Россииоснащено системами посадки, обеспечивающими посадку по категории не выше Iи лишь аэропорты первого класса Домодедово, Внуково и Шереметьево,оборудованы системами, обеспечивающими посадку по категории II.К настоящему моменту все известные способы посадки БЛА можноклассифицировать следующим образом: посадка на подготовленную площадку, дополнительно оборудованнуюспециализированными устройствами механического захвата; посадка «по-самолетному» на подготовленную площадку, дополнительнооборудованную радиотехническими средствами посадки; посадка «по-самолетному» на подготовленную, но необорудованнуюрадиотехническими средствами посадки площадку с использованием толькобортового комплекса измерительно-информационной аппаратуры;15 посадка на подготовленную, но необорудованную радиотехническимисредствами посадки площадку с использованием парашюта и шасси, каксредства амортизации.Каждый из перечисленных способов посадки подробно рассмотрен в [9].Посадка на подготовленную площадку, дополнительно оборудованнуюспециализированными устройствами механического захвата, например сетью,используется при эксплуатации легких БЛА.К недостаткам такой системы относятся: ограничены посадочная масса и скорости ЛА, что связано с прочностнымивозможностями и размерами сети; система посадки в сеть требует специальной аппаратуры автоматическогонаведения; требуется значительное время для развертывания и свертывания системы; довольно большие габариты сети улавливания, определяемые размерамиБЛА,снижаютмобильностьвсегокомплексаиповышаютуровеньдемаскирующих признаков.Перечисленные недостатки во многом объясняет причину того, чтоподобные системы не получили широкого распространения в комплексах БЛА.Посадка «по-самолетному» на подготовленную площадку, дополнительнооборудованнуюрадиотехническимисредствамипосадки,используетсявосновном для управления с земли сверхлегкими БЛА.На подготовленную площадку посадка БЛА современных комплексовосуществляется в ручном или автоматическом режимах.

В первом случае посадкааппарата осуществляется по командам специального члена экипажа комплекса –“оператора посадки”, который визуально контролирует все этапы посадки иуправляет летательным аппаратом с помощью радиокоманд. Такой способпосадки возможен только в условиях хорошей видимости в районе посадки и приналичии опытного, высококлассного специалиста.16Автоматическая самолетная посадка может быть выполнена двумяспособами. Первый способ, применяемый в настоящее время, состоит виспользовании специальной аппаратуры, установленной на земле и на БЛА.Аппаратура, расположенная на земле формирует световой луч (радиолуч), адатчики, установленные на БЛА, вырабатывают сигналы пропорциональныеотклонению центра масс аппарата от сформированного луча.

Бортовойвычислитель системы посадки передает эту информацию вычислителю САУ дляформирования соответствующих отклонений рулевых поверхностей аппарата.Примером такой системы посадки может служить применяемая на большинствеаэродромов ILS (Instrumental Landing System) или система посадки “Максант”,предназначенная для посадки ЛА по II-IIIа категориям. Она основана навысокоточном определении трех текущих координат БЛА (курса, дальности ивысоты)разностно-дальномернымустанавливаетсянеменее4способом.радиомаяков,ДляэтогоизлучающихвокругВППкодированныерадиосигналы. Один из маяков – ведущий, остальные – переизлучающие, которыепосле приема сигнала от ведущего маяка излучают свои собственныекодированные сигналы.

На борту БЛА устанавливается аппаратура приема всехэтих сигналов и их обработки. Она выполнена в двух вариантах: с пеленгатором, обеспечивающим привод БЛА в зону посадки, когда послевыполнения задания БЛА не может выйти в зону посадки с помощью широкоиспользуемых в настоящее время систем GPS/ГЛОНАСС (например, когда этисистемы подавлены средствами радиолокационного противодействия); без пеленгатора, т.е. когда привод БЛА в зону посадки осуществляется,например, с помощью систем GPS/ГЛОНАСС.По результатам измерения и известным координатам наземных маяков вбортовом процессоре БЛА вычисляются координаты БЛА относительно точкипосадки. В процессор перед полетом закладывается желаемая траекторияснижения (глиссада).

Вычисляемые на борту координаты БЛА относительноточки посадки позволяют определить отклонение БЛА от желаемой глиссады вкаждый момент времени и на основании этого отклонения выработать команды17управления БЛА длявывода егоназаданнуюглиссаду.Темсамымвыдерживается заданная траектория снижения.Данная система посадки обладает следующими преимуществами: высокая точность (2σ) в точке посадки и на торце ВПП: по курсу – порядка1 м; по дальности – порядка 1,4 м; по высоте – порядка 1,5 м; одновременное обслуживание нескольких БЛА; независимость от погодных условий, переотражений от местных предметови подстилающей поверхности; мобильность(возможностьбыстрогоразвертываниянапосадочнойплощадке и аэродроме).Посадка «по-самолетному» на подготовленную, но необорудованнуюрадиотехническими средствами посадки площадку с использованием толькобортового комплекса измерительно-информационной аппаратуры, используетсяв случае управления полетом в автономном режиме без участия техническихсредств на земле.Этот второй способ автоматической посадки, разрабатываемый рядом фирм,состоит в использовании дифференциальных методов спутниковой навигации.Дифференциальная навигация предполагает размещение в некоторойреперной точке, координаты которой точно известны, приемника спутниковойнавигации.

Координаты БЛА определяются относительно этой точки. При этомпогрешности в определении координат снижаются с десятков до единиц и долейметра. На основе дифференциальной спутниковой навигации может быть созданавысокоточная система посадки, не требующая специальной аппаратуры.Примером работы данной системы является посадка беспилотного ЛА накорабль.В данной системе использован принцип относительной навигации, подкоторым понимается определение относительных (взаимных) координат искоростей между подвижными объектами. Для реализации такого режиманеобходимо, чтобы выполнялись три основных условия:18а) единое время измерения параметров на всех объектах;б) единая система координат, в которой определяются относительныекоординаты и скорости между объектами;в) общее “поле” спутников для всех объектов.Отметим, что для обеспечения автоматической посадки самолетов(вертолетов) на авианесущие корабли, погрешность определения взаимныхкоординат между кораблем и самолетом (вертолетом) не должна превышать 0,30,4 м.На рисунке 1.4 показана структурная схема спутниковой системыопределения относительных координат БЛА.Рисунок 1.4 – Структурная схема спутниковой системы определенияотносительных координат БЛАПосадка на подготовленную, но необорудованную радиотехническимисредствами посадки площадку с использованием парашюта и шасси, каксредства амортизации, является одним из наиболее распространенных способовспасения практически всех типов беспилотных аппаратов – от легких БЛА иразличных десантируемых систем до спасаемых космических аппаратов.Обнаружить места базирования при таком способе посадки значительносложнее.

Зато больше время активного функционирования подразделения БЛАпри таком способе посадки, чем при посадке “по-самолетному”. При наличии вмомент посадки ветра и несовпадении продольной оси БЛА с его направлением19имеет место боковое движение, которое может привести к опрокидыванию иполомке аппарата. Критическое значение силы ветра, при котором происходитполомка аппарата, зависит от массы БЛА. Как показала практика, при посадочноймассе БЛА до 120 кг она составляет 7-8 м/сек. В случае, если продольная ось БЛАсоставляет с направлением ветра угол β  30 посадка происходит практическибез поломок, в других случаях вероятность поломки существенно возрастает.Проведенный анализ применяемых способов посадки БЛА позволяетсделать ряд выводов: Основной недостаток самолетной посадки БЛА на основе использованияаэродромных радиотехнических средств связан со сложностью подготовкисоответствующей площадки со всей необходимой инфраструктурой. Автоматическая посадка БЛА на подготовленную, но не оборудованнуюплощадку с использованием бортового комплекса измерительно-информационнойаппаратуры является более перспективной, но опять же, как и предыдущийспособ, требует относительно ровную площадку определенной длины для пробегаБЛА после касания земли, а это не всегда возможно. В случае, когда это возможно, воплощение на практике концепцииавтоматическойсамолетнойпосадкиБЛА,выполняемойподконтролемкомплекса бортовой аппаратуры, требует решения целого ряда важных вопросов,включая выбор состава используемых информационно-измерительных средств, атакже разработку новых способов адаптивного управления полетом, в частности,при борьбе с сильным боковым ветром.В практике проектирования автопилотов используется большое числометодов синтеза алгоритмов управления продольным и боковым движением ЛА.Наибольшее распространение из них получили классические методы, основанныена анализе процессов управления во временной или частотной области,базирующихся на использовании линеаризованных стационарных динамическихмоделей ЛА в виде уравнений состояния или в виде матрицы передаточныхфункций [10].20Сутьданногоподходазаключаетсявполучениирядалинейныхрегуляторов, применительно к различным режимам полета ЛА.

Таким образомсинтезируется многорежимный линейный регулятор, параметры которогоавтоматически подстраиваются в функции от измеряемых параметров, напримервысоты H и скорости V полета, с целью поддержания заданного качества САУпри изменении режима полета ЛА.Именно этот подход был использован при реализации предположенного вданной диссертации нового способа управления боковым движением БЛА наэтапах снижения по глиссаде и выравнивания при разбиении полета вблизи отземли на ряд отдельных участков.Вместе с тем, следует иметь ввиду, что программная настройкакоэффициентов усиления может оказаться нереализуемой из-за быстрыхизменений динамики нелинейного объекта.