Исследованиями установлено, что наи­более быструю сходимость обеспечивает метод последовательных приближений. При использовании разработанной процедуры определения нулевого приближения уже в первом приближении достигается погрешность не хуже 0,05 %, что вполне приемлемо для бортового алгоритма.

Масса комплекта бортовой части СТЗ не превышает 2 кг, что допускает их установку даже на борту БЛА малого класса (с максимальной взлетной массой до 10 кг). Возможно исполь­зование в качестве СТЗ видеокамер целевых нагрузок БЛА, используемых по целевому на­значению на других этапах полета.

Наземная часть системы дополняется устройствами автоматического управления диаграммой направленности излучения, ре­гулирования мощности источников излуче­ния и слежения за созвездием маяков [6], а также импульсной модуляцией их излучения, что значительно расширяет ее возможности по дальности и метеоустойчивости.

Функционирование системы посадки ос­новано на алгоритме, включающем распоз­навание изображений маяков, субпиксельное определение их координат на фотоматрице видеокамеры, решение системы нелинейных уравнений относительно трех линейных и трех угловых координат положения ЛА. Чис­ленное дифференцирование этих координат обеспечивает автономное функционирова­ние системы автоматического управления на этапе посадки без использования дополни­тельных датчиков информации.

При исследовании особенностей функ­ционирования системы технического зрения проводилось имитационное моделирование, в основу которого была положена математи­ческая модель динамики полета ЛА, инте­грированная с бортовым автопилотом ЛА и авиационным инженерным симулятором, для отображения визуального представле­ния зоны захода на посадку и модели ВПП с маяками красного цвета, отличающимися от подстилающей поверхности и близлежащих объектов.


Результаты имитационного моделирова­ния показаны на рис. 2.



Рис. 2. Результаты полунатурного моделирования СТЗ с заходом на посадку с дальности D = 3000 м, высоты H = 150 м

---

Математическая модель динамики по­лета формирует параметры движения ЛА, передает эти данные бортовому автопилоту. Многофункциональная оптико-электрон­ная система фиксирует положение маяков на экране, вычисляет линейные и угловые коор­динаты положения ЛА относительно ВПП, передает эти данные бортовому автопилоту. Бортовой автопилот в соответствии с зало­женным законом управления ведет самолет по глиссаде на посадку.

С использованием данного метода удалось скорректировать алгоритмы распознавания изображений и определения координат, отла­дить работоспособность системы с бортовым автопилотом, провести цикл исследований по отработке автоматического захода на посадку с различных дальностей, в том числе оценить влияние различных условий визуальной ви­димости (день, ночь, туман, снег, дождь) [7], а также турбулентности атмосферы и бокового ветра [8]. Проведенное полунатурное модели­рование позволило отработать различные ва­рианты захода на посадку с использованием СТЗ, в том числе и в полностью автономном режиме по линейным и угловым координа­там, полученным только от системы техниче­ского зрения.


Для полноценного решения задачи управ­ления полетом ЛА в режиме обеспечения посадки до высоты 0 H = разработан алго­ритм автоматического управления, обеспечи­вающий выдерживание параметров посадки с заданной точностью. В основу алгоритма автоматического управления положены принципы: иерархического многоуровневого деления полётного задания на этапы полёта, участки и фазы; разделения каналов непре­рывного и дискретного управления [9].

На основании сформированных задан­ного путевого угла, заданного наклона тра­ектории и заданной программы управления по скорости с учётом существующих огра­ничений формируется закон управления в терминах заданного крена и перегрузки, яв­ляющийся основой для работы модели штат­ной САУ ЛА. В продольном канале работа САУ на посадочном режиме построена на выдерживании заданного значения угла тан­гажа посредством рулей высоты и изменени­ем тяги двигателя. Для управления боковым движением БЛА на этапе посадки использу­ются аэродинамический руль направления и многосекционные элероны.

Н а основе полученных законов управле­ния и рассчитанной математической модели движения БЛА на режиме посадки было про­ведено численное моделирование, где иссле­довались ошибки отклонения от заданных параметров регулирования, представленные на рис. 3 и 4.

---

Рис. 3 Ошибки регулирования по вертикальному ΔY отклонению
при влиянии турбулентности ветра ( V 2 σ = м/с, L = 300 м)


Рис. 4 Ошибки регулирования по боковому ΔZ отклонению при влиянии турбулентности ветра ( V 2 σ = м/с, L = 300 м)

Полученные результаты моделирования показывают, что точность измерения и регу­лирования параметров посадки достаточна для решения задачи выполнения автоматиче­ской посадки с применением разработанного алгоритмического обеспечения.

Исследованиями установлено, что доми­нирующими являются погрешности дискре­тизации, поэтому приведем соотношения, описывающие эти погрешности измерения линейных и угловых координат ЛА.
Предел абсолютной погрешности измере­ния высоты

где Δу*– погрешность измерения расстояния между изображениями на фотоматрице, 2 L– расстояние между маяками, F – фокусное расстояние объектива, X – дальность, рас­стояние от фронтально расположенных мая­ков до ЛА.

Предел абсолютной погрешности измере­ния дальности

где Δz*− погрешности измерения расстоя­ния между изображениями на фотоматрице.

Погрешности измерения расстояния меж­ду изображениями маяков на фотоматри­це определяются размером пиксела при по­пиксельной обработке изображения, а при субпиксельной обработке они зависят от метода обработки и снижаются примерно на порядок.


Графики погрешностей измерения высо­ты, дальности в зависимости от дальности для диапазона 0…500 м, позволяющие оце­нить потенциальные точностные возможности используемого подхода в момент посадки, изображены на рис. 5.


Рис. 5 Оценка точности измерения линейных координат (дальность, высота и боковое отклонение) на различной дальности от точки посадки

Приведенные графики погрешностей из­мерения параметров положения БЛА, полу­ченные теоретическим путем, превосходно подтверждаются экспериментальными зави­симостями, изображенные на рис. 6, публико­ваны китайскими разработчиками системы посадки, аналогичной по принципу действия [10].

---

Рис. 6 Точности измерения координат в натурном эксперименте системы-аналога (Военный университет НОАК. Китай)


Существенным отличием этой системы является измерение только линейных координат, а также использование светодиодных маяков (диапазона 940 мкм).

Заключение

В результате анализа информации по данной теме, можно сделать вывод, что автоматические системы управления, как и авиастроение в целом, активно развивается в нашей стране. Однако хочется заметить, что, в отличие от зарубежных коллег, у нас больше наработок, а не готовых моделей. Поэтому правильным решением будет наращивание темпов построения изделий и проверка их в жизни.

Список используемых материалов

1. 
   Патент RU2575554C2. ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА ПОСАДКИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ (ЛА). Анисимов Вячеслав Иванович, Бутузов Владимир Васильевич
   
2. 
   Логвин А. И. Алгоритмы автоматиче­ского распознавания взлетно-посадочной по­лосы на видеоизображениях / А. И. Логвин, А. В. Волков // Научный вестник – М. : МГТУ ГА. 2015. – № 213. – С. 115–117.
   
3. 
   В. Г. Бондарев, Д. В. Лопаткин, Д. А. Смирнов. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПОСАДКА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ./ ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» (г. Воронеж)
   
4. 
   Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. - М.: Транспорт, 1993. - 309 с.
   
5. 
   Визильтер Ю. В. Обработка и анализ изображений в задачах машинного зрения / Ю. В. Визильтер. – М. : Физматгиз, 2010. – 249 с.
   
6. 
   Бронштейн И. Н. Справочник по ма­тематике для учащихся втузов / И. Н. Брон­штейн, К. А. Семендяев. – М. : Наука, 1981. – 332 с
   
7. 
   Зеленюк Ю. И. Влияние погодных усло­вий на надежность атмосферной оптической связи / Ю. И. Зеленюк, И. В. Огнев, С. Ю. По­ляков, С. Е. Широбакин. – М. : Вестник связи, 2002. – № 4. – С. 85–97.
   
8. 
   Алпатов Б. А. Методы автоматическо­го обнаружения и сопровождения объектов / Б. А. Алпатов, П. В. Бабаян, О. Е. Балашов, А. И. Степашкин. − М. : Радиотехника, 2008. – 176 с. Монография ГосНИИАС.
   
9. 
   Котик М. Г. Динамика взлета и посадки самолетов / М. Г. Котик – М. : Машинострое­ние. 1984. – 134 с.
   
10. 
    Yang G. Airborne Vision-Based Naviga­tion Method for UAV Accuracy Landing Using Infrared Lamps / G. Yang. – J. Intell : Robot. Syst., 2013. – 197 p.
    

---

Смотрите также файлы

• Император Юстинианны реформалары Орындаан Ринатова Аида.pptx

• Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования калмыцкий государственный университет имени б. Б. Городовикова.docx

• Урок мужества День памяти воинов, погибших в локальных конфликтах.pptx

• Инновационные технологии в образовательном процессе доу в соответствии фгос до (из опыта работы).docx

• Туристическое агенство Авианна Характеристика.docx