2 современная элементная база су рассматриваемых аппаратов

Задачи, стоящие перед разработчиками современных БЛА военного и гражданского применений выдвигаю жесткие требования к организации, составу, а также характеристикам СУ. В рамках представленного материала будут рассмотрены элементы системы навигации ЛА – подсистемы СУ, решающей задачу оценивания вектора состояния ЛА  в полете. Рассмотрим элементный состав типовой системы навигации для каждого из рассматриваемых классов аппаратов. Отметим, что под типовой будем понимать некоторое обобщенное представление системы навигации современных аппаратов.

2.1 Типовая система управления мини- и микро-БЛА

Состав типовой системы навигации БЛА можно описать следующим образом:

• GPS-приемник,
• бесплатформенная инерциальная навигационная система (или набор ДУСов и акселерометров),
• датчик абсолютного давления,
• дифференциальный датчик давления (измеритель скорости движения БЛА).

GPS-приемник служит для определения координат аппарата, горизонтальной скорости и угла поворота траектории БЛА. Одной из особенностей спутниковых систем навигации является определение высоты произвольной точки со значительной погрешностью. Поэтому, в качестве высотомеров применяются датчики абсолютного давления.

Контур стабилизации скорости движения используется почти на каждом БЛА, что требует включение в состав аппаратуры СУ некоторого датчика скорости ЛА. Стабилизация углового положения БЛА требует включения в состав бортовой аппаратуры ДУСов, информация с которых часто обрабатывается совместно с данными с GPS-приемника. С одной стороны, это позволяет компенсировать температурные дрейфы ДУСов, с другой – обеспечить управляемое движение аппарата в случае пропадания сигнала с приемника, что может быть вызвано естественными причинами (уход из зоны видимости спутников, неполадка аппаратуры) и искусственным подавлением сигнала с GPS. 

При рассмотрении микро-БЛА, отмечают, что навигация с использованием GPS была бы почти идеальным решением, но существующие системы слишком тяжелы и энергозатратны для применения на микро-БЛА. Инерциальная навигация для микро-БЛА ждет разработки микрогироскопов с низким дрейфом и соответствующих акселерометров. Применение в городских условиях с сужающимися коридорами улиц сложной геометрии, наличием препятствий, в том числе движущихся, составляют неординарную внешнюю среду для мини- /микро-БЛА. Оперативное участие оператора для стабилизации аппарата и управления рассматривается для ранних проектов, но условия и ограничения полета делает это решение неэффективным для большого количества приложений. Например, необходимый маневр аппарата в ответ на порыв воздуха может быть отработан человеком-оператором, однако оперативное участие оператора в управлении может быть реализовано только для простых сценариев применения. Ясно, что необходим значительный прогресс в областях миниатюрных систем навигации, систем наведения и управления [4].

Малый масштаб аппаратов ставит огромные технические проблемы, но это представляет и главные преимущества, не только в терминах новых заданий, но и в терминах потенциально короткого изготовления и тестирования (во временном масштабе). Так что вариант достаточно быстрого развития миниатюрных БЛА военного назначения в не слишком отдаленном будущем представляется вполне реалистичным.

Таким образом, на сегодняшний день основной тенденцией в разработке СУ, в частности систем навигации БЛА военного и гражданского применения является миниатюризация. Однако условие по сохранению основных функций требует искать новые технологии создания миниатюрных, высоко функциональных устройств и обязательного сохранения  в составе бортовой аппаратуры основных информационных датчиков. 

2.2 Типовая СУ управляемой авиационной бомбы и артиллерийского снаряда

Если вес мини- и микро-БЛА составляет несколько килограммов и сотни граммов, соответственно, а размеры микро-БЛА не превышают 15 см в любом измерении, то вес авиационные бомб и артиллерийских снарядов исчисляется сотнями килограммов. В этой связи, говоря про требование к компактности и малой массе СУ УАБ, следует чувствовать различие с БЛА. Однако на сегодня, многие стандартные датчики системы навигации (GPS-приемник, ДУСы, акселерометры) удовлетворяют требованиям как разработчиков мини-БЛА, так и управляемых авиационных бомб.

Артиллерийские снаряды и авиационные бомбы не случайно объединены в один раздел. История их развития имеет много общего. Первоначально это были неуправляемые аппараты, эффективность применения которых увеличивалась наращиванием БЧ или массивными ударами авиации и артиллерии. Однако совершенствование систем объектовой ПВО противника значительно снизило эффективность снарядов и авиабомб и живучесть носителей.

Рекомендуемые материалы

Таким образом, было принято решение об оснащении снарядов аппаратурой СУ.

В лекции "6 Общая фармакология" также много полезной информации.

Состав типовой системы навигации УАБ и артиллерийских снарядов имеет следующий вид:

•  приемник GPS/ГЛОНАСС и аппаратура обработки и фильтрации сигнала,
• бесплатформенная инерциальная навигационная система.

Следует отметить значительное увеличение требований к частоте и качеству данных, поступающих с GPS-приемника. Применение спутниковой навигационной системы в качестве основы навигационного алгоритма осложнено по причинам:

• неустойчивости функционирования при внешних воздействующих факторах, характерных для рассматриваемого класса объектов,

• длительного времени получения первой достоверной информации (не менее 8-14 с),
• низкой помехозащищенности,
• низкого быстродействия (не более 10 Гц),
• принципиального отсутствия возможности выработки параметров ориентации в габаритах рассматриваемого класса объектов [2].

Серьезным является вопрос доверия к данным со спутниковой навигационной системы. Франция отказалась от варианта коррекции по данным NAVSTAR, так как не обладает контролем над функционированием спутников. В РФ до полного развертывания группировки ГЛОНАСС вариант даже комплексирования БИНС с СНС на изделиях военного назначения неоднозначен.

Для борьбы с указанными недостатками на рассматриваемых артиллерийских снарядах используется несколько GPS-приемников и антиподавляющая GPS антенна. Параллельно с УАБ вводятся алгоритмы глубокого интегрирования с БИНС и другими измерителями текущего движения аппарата.

Инерциальная навигационная система может быть выбрана в качестве основной, в том числе выполняющей алгоритмы законов управления, при однозначном решении задачи начальной выставки и временной коррекции дрейфа автономной БИНС при продолжительном полете (от 2 минут и более). В качестве источника данных начальной выставки для БИНС может выступать система ближайшей радионавигации и спутниковая навигационная система, в отдельных случаях магнитометрическая система. В качестве источника временной коррекции дрейфа автономной БИНС могут быть использованы спутниковая навигационная система, магнитометрические данные, а также, принципиально, данные от других бортовых систем, вырабатывающих или определяемых отдельные компоненты движения объекта. Поэтому применение синергического подхода к созданию интеллектуальной интегрированной системы навигации и управления на базе указанных выше систем позволит реализовать перспективные требования к высокоточному оружию в разрезе новых концепций ведения боевых действий [3].

В свою очередь система навигации приемлемых размеров, цены и массы и функционирующая в условиях действия помех, характерных для выстрела снаряда (перегрузки от 10000 g до 20000 g)  или пуска ракеты, бомбы может быть создана только с использованием датчиков на базе MEMS-технологий, что обусловливает несомненную важность их разработки.