Цель

Целью работы являлась разработка, изготовление и поставка системы управления, навигации и телекоммуникации для прототипа высотного беспилотного дирижабля, позволяющей осуществлять:

  • автоматическую ориентацию в пространстве при выполнении полетного задания;
  • автоматическое (по полетному заданию) управление траекторией полета;
  • дистанционное управление полетом с использованием терминалов телекоммуникации;
  • высокоскоростной информационный обмен данными между Дирижаблем и наземным пунктом управления.

Сроки выполнения

2011 — 2013

Заказчик

flag_of_the_peoples_republic_of_china-svg

Хунаньский научно-исследовательский институт космического электромеханического оборудования и специальных материалов (Hunan Aerospase Electromechanical Equipment and Special Materials Research Institute), г. Чанша, Китай

Партнеры

  • АО «Рособоронэкспорт»
  • ООО «Специальный Технологический Центр», Санкт-Петербург
  • Научно-исследовательский институт космического приборостроения, Москва
  • MicroMax Systems, Москва

Результаты

Структура

Система управления, навигации и телекоммуникации состоит из наземной и бортовой частей, связанных между собой линией радиосвязи.

picture1

Структура системы управления, навигации и телекоммуникации

 

Система управления, навигации и телекоммуникации имеет модульную архитектуру, что облегчает ее наладку, эксплуатацию и ремонт, а также позволяет модифицировать систему под требования Заказчика.

real9 real8

Навигационная система

Навигационная система для дирижабля включает в свой состав:

  • интегрированную навигационную систему;
  • радиолокационный высотомер.

navМалогабаритная интегрированная навигационная система используя оригинальный алгоритм интегрирования данных GPS/ГЛОНАСС с измерениями инерциальных датчиков выдает в цифровой форме полный набор необходимых для управления дирижаблем данных:

  • координаты местоположения и высота;
  • углы ориентации: курс, крен, тангаж;
  • скорость в земной СК, вертикальная скорость;
  • ускорения, угловые скорости.

nav2Для улучшения точности измерения курса дирижабля, а также для резервирования интегрированной навигационной системы используется дополнительная навигационная система.

altДля предупреждения столкновения с землей и измерения расстояния до поверхности в системе используется компактный радиолокационный высотомер. Он включает в себя блок приемопередатчика и отдельную антенну. Высотомер может работать в условиях тумана,  пыли и над водой.

Датчики внешней среды

wind2Датчики внешней среды используются для оценки сил аэродинамики, действующих на дирижабль, а также для информирования оператора о параметрах среды.

В состав датчиков внешней среды входят:

  • датчик скорости и направления ветра;
  • метеодатчик, объединяющий в себе функции датчиков температуры, давления и влажности окружающей среды.

Датчик скорости и направления ветра измеряет время, необходимое для прохождения ультразвукового импульса из одного приемо-излучающего элемента к противоположному, а затем сравнивает его со временем, необходимым для передачи импульса в противоположном направлении. Измерения производятся между тремя парами преобразователей, что позволяет рассчитать три проекции воздушной скорости дирижабля и углы атаки и скольжения.

Метеодатчик совмещает измерение трех показателей: давления, температуры и влажности.

Бортовой компьютер

comp

Для системы управления разработан высокопроизводительный компактный бортовой  компьютер. Бортовой  компьютер разработан для эксплуатации в экстремально тяжелых условиях окружающей среды. Вычислитель оснащен интерфейсами видеозахвата CVBS, шины CAN, расширенным набором последовательных портов RS232/422/485, портами цифрового ввода-вывода. Встроенный аппаратный обработчик видео поддерживает одновременное кодирование и оцифровку видео с 3 каналов. В корпусе компьютера установлен источник бесперебойного питания на суперконденсаторах, обеспечивающий до 2 минут резервного питания.

real3

Бортовой компьютер дублируется в системе аналогичным компьютером для повышения надежности системы.

soft

Программное обеспечение бортового компьютера разработано на базе развитой операционной системы, имеет модульную иерархическую структуру. Это позволяет создавать различные сценарии его использования, удобно анализировать имеющиеся в системе данные и оперативно производить модификацию системы с использованием современных средств разработки. Программное обеспечение имеет в своем составе средства записи всех полетных данных и их воспроизведения и конвертации для последующего анализа. Любые данные всегда доступны для просмотра и построения графиков.

real1 real2

Наземный пункт управления

Наземный пункт управления реализует функции, необходимые для взаимодействия оператора и бортовой системы управления дирижаблем.

В состав наземного пункта управления входят рабочее место оператора наземного пункта управления, устройство спутниковой навигации, звуковая система оповещения, джойстики и педали.

Наземный пункт управления Наземный пункт управления

Функциональные возможности наземного пункта управления обеспечиваются специальным программным обеспечением с графическим интерфейсом пользователя. Главный интерфейс наземного пункта управления, представляет собой набор информационных виджетов (окон), отображение которых может динамически меняться и переключаться между необходимыми представлениями.

Основные данные отображаются в следующих виджетах:

  • виджет состояния маршевых двигателей;
  • виджет состояния электродвигателей;
  • состояние баллонетов;
  • мультифункциональный индикатор (тангаж, крен, скорость, высота, расстояние до НПУ и т.д) ;
  • виджет состояния окружающей среды;
  • карта.

Возможен просмотр переменных состояния дирижабля в табличном представлении и в виде графиков.

Ручной пульт управления

Ручной пульт управления предназначен для дистанционного управления дирижаблем в прямой видимости на расстоянии до 2 км.

В состав ручного пульта управления входят 4 двухстепенных джойстика, сенсорный дисплей, устройство связи.

На дисплее ручного пульта управления отображаются текущая навигационная информация и состояния исполнительных механизмов дирижабля.

Ручной пульт соединяется по каналу связи непосредственно с бортовой частью системы управления.

pu  pu2  pu3

Система телекоммуникации

afarВ состав терминалов телекоммуникации входят:

  • бортовой терминал;
  • наземный терминал.

Терминалы телекоммуникации реализуют высокоскоростной и низкоскоростной каналы связи.

В антеннах высокоскоростного канала связи используется активная фазированная антенная решётка (АФАР). Антенны имеют 16 секторов и позволяют осуществлять сканирование по всем углам азимута.

Автоматическое управление движением

Полетное задание формируется оператором наземного пункта управления визуально на карте из сегментов – линий или дуг окружностей.

Оригинальный запатентованный алгоритм управления рассчитывает необходимые для движения по заданному полетному заданию силы и моменты и уставки исполнительных механизмов.

control

Комплекс моделирования

Для отладки, обучения оператора и демонстрации возможностей системы разработан программно-аппаратный комплекс моделирования дирижабля, работающий в связке с подключенной системой управления.

sim

airship1

Дополнительные материалы

Скачать буклет

Скачать техническое предложение