Учет влияния метеорологических возмущений при интерактивном управлении движением легкого дистанционно-пилотируемого летательного аппарата в сложных погодных условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.09, кандидат наук Нгуен Чонг Шам

• Нгуен Чонг Шам
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Нгуен Чонг Шам

ОГЛАВЛЕНИЕ Стр.

Перечень основных сокращений и условных обозначений

Введение

Глава 1. Анализ современного состояния, методов и условий функционирования ДПЛА при решении целевых задач полета

1.1. Современное состояние разработок и классификация существующих ДПЛА

1.2. Предметная область и эвристические задачи обзорно -аналитического исследования

1.3. Влияние атмосферной турбулентности на динамику движения легкого ДПЛА

1.4. Определение предельных граничных условий эксплуатации ДПЛА на основе оценки его усталостной повреждаемости при полете в неспокойной атмосфере

1.5. Применение теории нечетких регуляторов для синтеза систем управления ДПЛА с ограниченной неопределенностью

1.6. Элементы теории синтеза робастного регулятора

1.7. Краткое описание объекта исследования

Выводы по главе 1

Глава 2. Построение математических моделей «объект управления -среда его функционирования»

2.1. Типовая структура системы информационного обеспечения движения ДПЛА

2.2. Формулировка задачи выбора структуры математического описания и используемых типов моделей

2.3. Исходная нелинейная детерминированная модель пространственного движения ДПЛА

2.4. Принципы линеаризации исходной нелинейной модели состояния ДПЛА и учет влияния возмущающих факторов в детерминированной

Стр.

постановке

2.5. Каноническая форма представления линеаризованных уравнений возмущенного движения ДПЛА в окрестности опорного движения

2.6. Представление моделей управления в исходной системе уравнений состояния ДПЛА при наличии «остаточных возмущений»

2.7. Численное моделирование невозмущенного номинального движения ДПЛА в детерминированной постановке

2.8. Выбор структуры математических моделей атмосферных воздействий, используемых при оценивании параметров возмущенного

движения ДПЛА в стохастической постановке

Выводы по главе 2

Глава 3. Стохастическое оценивание переменных состояния, аэродинамических характеристик и параметров подстилающей поверхности

3.1. Постановка задачи квазиоптимального оценивания характеристик на основе синтеза алгоритмов фильтрации с априори допустимой ограниченной неопределенностью

3.2. Структура и содержание математического моделирования процесса оценивания

3.3. Ориентировочный сценарий реализации бортового алгоритма и метод анализа достижения цели управления

3.4. Проблемы оптимальной обработки результатов наблюдений и повышения точности нахождения относительных координат ДПЛА -«цель»

3.5. Приближенный алгоритм адаптивной оптимальной фильтрации мультиструктурных марковских процессов

3.6. Модели подстилающей поверхности и фоно-целевой обстановки

3.7. Условия функционирования фильтра

Стр.

Выводы по главе 3

Глава 4. Анализ применимости существующих компьютерных технологий для автоматизации синтеза нечеткого управления движением легкого ДПЛА в сложных метеорологических условиях

4. 1. Постановка задачи и исходные предпосылки

4.2. Краткие сведения о структуре нечетких систем

4.3. Нечеткая система Такаги-Сугено (T-S система)

4.4. Обобщенная математическая модель возмущенного состояния системы «ДПЛА - внешняя среда»

4.5. Результаты компьютерного моделирования

Выводы по главе 4

Общие выводы по работе

Литература

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ

ОБОЗНАЧЕНИЙ

АДХ - аэродинамические характеристики

АКОР - аналитическое конструирование регуляторов

БПЛА - беспилотный летательный аппарат

БСУП - бортовая система управления полетом

БЦВМ - бортовая цифровая вычислительная машина

БЦВС - бортовая цифровая вычислительная система

дис - доплеровский измеритель скорости

ДПЛА - дистанционно пилотируемый летательный аппарат

ДУС - датчик угловой скорости

ЛА - летательный аппарат

ММД - математическая модель движения

МНР - модифицированный нечеткий регулятор

НР - нечеткий регулятор

НС - навигационная система

НСУ - нечеткая система управления

ОИС - обзорно-информационная система

он - ограниченная неопределенность

ОР - оптимальный регулятор

ОУ - объект управления

1Ш - программный пакет

РК - радиолокационный канал

рр - робастный регулятор

СК - система координат

СУ - система управления

ттх - тактико-техническая характеристика

ТВК - телевизионный канал

ТПВК - тепловизионный канал

ФК - фильтр Калмана

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Учет влияния метеорологических возмущений при интерактивном управлении движением легкого дистанционно-пилотируемого летательного аппарата в сложных погодных условиях»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время беспилотные комплексы, системообразующим элементом которых является дистанционно пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА), относятся к одной из наиболее динамично прогрессирующих областей авиационной техники. Практически во всех развитых странах мира они находят применение при решении достаточно широкого круга задач экологического мониторинга, выявления последствий природных и техногенных катастроф и др.

В частности, применительно к Социалистической Республике Вьетнам, их практическое применение особенно актуально для осуществления оперативного мониторинга и охранных функций прибрежных районов государственного национального заповедника. В качестве представляющих интерес объектов обнаружения при этом могут рассматриваться аномальные структуры участков земной поверхности (изменение вида растительного покрова, выжженные и обгоревшие площади поверхности, участки возгорания и задымления, разливные нефтепродукты и др.), а также различные объекты на водной поверхности (прежде всего, суда браконьеров, средства спасения терпящих бедствие на воде и т.д.).

Как показали многочисленные исследования [2, 8, 14, 16, 26, 38], к числу наиболее существенных факторов, влияющих на нормальное (штатное) функционирование легких ДПЛА самолетного типа, относятся турбулентность атмосферы при полете в сложных метеорологических условиях и, особенно, ветровые пульсирующие нагружения планера, носящие стохастический характер.

Случайные кратковременные перемещения воздушных масс, служащие источником дополнительных сил и моментов, действующих на ДПЛА, часто исключают возможность получения достоверной обзорной информации, усложняют процесс интерактивного управления при формировании команд дистанционно удаленным оператором по наблюдаемому ТВ - изображению, получаемому с борта в темпе полета.

Решение задачи обеспечения инвариантности устойчивого изображения «цели» (наблюдаемого объекта) по отношению к внешним возмущениям может осуществляться, в принципе, как в результате совершенствования собственно информационных систем и реализуемых в них алгоритмов (комплексирование, использование гиростабилизаторов, применение методов теории оптимальной фильтрации и идентификации и др.)» так и методов управления ДГТЛА (синтез систем активной адаптации, систем искусственного интеллекта, в том числе с использованием нейронных сетей, обладающих адаптивными свойствами, либо удовлетворяющих условиям требуемой грубости и стабильной сходимостью процессов (гибридные, структуры с нечеткими и традиционными алгоритмами и т.д.)). Не исключено применение и комбинированных подходов.

К другим направлениям «регуляризации» процесса относится решение задачи априорного планирования маршрута полета легкого ДПЛА с учетом прогнозной информации о ветровой обстановке в зоне полета. Однако, исключение отдельных районов при маршрутизации, также как и отказ от применения ДПЛА при возникновении экстремальных погодных условий, превосходящих интервально допустимые, не всегда приемлемо, а в ряде случаев, просто недопустимо. Нетрудно представить себе условия, когда возможность получения обзорной информации из «проблемного» удаленного района даже при минимальной возможности реализации этого события, в состоянии превысить очень высокий уровень вероятности потери ДПЛА при его эксплуатации в экстремальных условиях.

Следует отметить, что многие из перечисленных выше направлений повышения эффективности применения ДПЛА в сложных погодных условиях уже нашли отражение в исследованиях других авторов. В частности, могут быть указаны выполненные на уровне кандидатских диссертацией работы Ле Ки Биена (БГТУ, 2004 г.), Хаммуда Абдуллы (МГТУ, 2004 г.), С.П.Фирсова (МАИ, 2005 г.), Буй Куанг Ли (МАИ, 2008 г.), Ли Вейя (МАИ, 2008 г.), А.Г.Кузнецова (МАИ, 2011 г.), Фан Суан Куена (МАИ, 2013 г.) и др.

Тем не менее, многие вопросы, представляющие как теоретический, так и практический интерес в рамках обсуждаемой научно - технической задачи, продолжают оставаться недостаточно исследованными. Указанные обстоятельства дают основание считать тему диссертационного исследования актуальной.

Объект исследования. В качестве объекта исследования в диссертации рассматриваются ДПЛА легкого класса самолетного типа.

Предметом исследования служат методики, модели и численные результаты, используемые в процессе анализа и разработки алгоритмов управляемого движения ДПЛА в сложных погодных условиях при наличии неопределенностей.

Целью работы является повышение эффективности целевого функционирования легкого ДПЛА в сложных, включая экстремальные, погодных условиях за счет поиска приемлемого компромисса в отношении допустимого уровня ограниченной точности оценивания параметров движения и аэродинамических характеристик (АДХ) ДПЛА (с учетом неопределенной информации о турбулентных характеристиках воздушного поля) и применения рациональных алгоритмов управления с использованием модифицированных нечетких регуляторов, способных «справиться» с действием остаточных возмущений.

Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие научно-технические задачи:

1. Проанализировать состояние и перспективы совершенствования ДПЛА с точки зрения возможностей повышения эффективности целевого функционирования в сложных метеорологических условиях их применения.

2. Разработать компромиссные модели движения ДПЛА и атмосферных возмущений, а также осуществить их адаптацию применительно к решению задач оптимальной, либо как минимум, рациональной статистической обработки информации.

3. Оценить пути и возможности практической реализации бортовых алгоритмов фильтрации и идентификации параметров движения и характеристик ДПЛА в темпе полета с учетом неопределенности и реализуемости интерактивного управления.

4. Синтезировать работоспособные модифицированные законы нечеткого управления, удовлетворяющие заданным требованиям.

5. На основе результатов численного моделирования процессов движения выполнить анализ применимости существующих компьютерных технологий для автоматизации синтеза нечеткого управления легкого ДПЛА в рассматриваемых случаях их эксплуатации.

Методы исследования. При решении сформулированных задач использовались методы динамики полета беспилотных ЛА, современной теории автоматического управления, стохастической динамики полета, теории нечетких множеств, основные положения теории нечеткого управления, методы математического моделирования, прикладные программы и универсальный программный пакет (1111) МАТЬАВ.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем.

1. Показано, что применительно к выявленной тенденции сокращения массы, а тем более создания мини ДПЛА, масса которых исчисляется единицами (максимум несколькими десятками) килограммов, практически единственным направлением существенного повышения эксплуатационных характеристик, гарантирующих обеспечение требуемого уровня инвариантности их применения к условиям состояния атмосферы, является интеллектуализация СУ легких ДПЛА на основе методов нечеткого управления.

2. Разработано методическое обеспечение в виде комплекса математических моделей и методик исследования, адаптированных к задачам определения основных характеристик ДПЛА и их СУ, функционирующих в неспокойной атмосфере.

3. Сформулирован принцип оценивания АДХ ДПЛА с априори допустимой ограниченной неопределенностью и на его основе синтезирован бортовой алгоритм идентификации соответствующих характеристик.

4. Получены выражения законов управления модифицированных нечетких регуляторов, удовлетворяющие заданным требованиям.

5. На основе выполненных численных исследований установлена возможность достижения высокого качества управления при использовании нечетких регуляторов в составе бортовых СУ ДПЛА и возможность автоматизации их настройки с использованием существующих компьютерных технологий (Toolboxe Fuzzy, Simulink).

Практическая значимость результатов исследования

1. Предложенные в диссертации математические модели, методики и алгоритмы могут служить основной для разработки бортовых алгоритмов интеллектуализированных СУ перспективных ДПЛА.

2. Полученные научные результаты, имеющие методическую направленность, в состоянии сократить время и повысить достоверность результатов обработки информации в реальном масштабе решения поставленных перед ДПЛА целевых задач в сложных погодных условиях эксплуатации.

3. Отдельные результаты работы могут быть непосредственно использованы в процессе проектирования и разработки перспективных легких ДПЛА и их систем управления.

Достоверность и обоснованность научных положений и полученных результатов гарантируются корректным использованием математических методов, моделей и алгоритмов, четкой формулировкой допущений и условий, в рамках которых проводились расчеты, а также достаточным объемом численного моделирования исследуемых процессов с получением непротиворечивых результатов.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту.

1. Методическое и алгоритмическое обеспечения в виде комплекса математических моделей, законов управления и методик их исследования, адаптированных к задачам определения основных динамических характеристик ДПЛА, функционирующих при полете в неспокойной атмосфере.

2. Методика комплексной обработки информации в реальном масштабе времени, базирующаяся на сформулированном принципе допустимой ограниченной неопределенности оценивания характеристик и параметров движения ДПЛА в условиях неполных и недостоверных сведений о состоянии атмосферы.

3. Результаты численного тестирования разработанного программно-алгоритмического обеспечения.

Публикации и апробация работы. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в пяти статьях [23, 24, 25, 27, 28] в журналах перечня изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ. Они докладывались и получили положительную оценку на:

- научных семинарах кафедры Динамики и управление полетом ракет и космических аппаратов МГТУ им. Н. Э. Баумана;

- XXXVIII академических чтениях по космонавтике в 2014 г.

В заключение, автор диссертации считает своим долгом выразить благодарность и глубочайшую признательность своему научному руководителю проф. Л. Н. Лысенко, без постоянной помощи и внимания которого к проводимому исследованию, работа не могла бы состояться в том виде, в котором она представляется к защите.

Автор считает необходимым отметить вклад в выполнение диссертации проф. Нгуен Дык Кыонга (СРВ) и возглавляемых им сотрудников, участвующих в постановке задачи исследования и выполнении отдельных расчетов, а также всех сотрудников кафедры СМ-3 МГТУ им. Н. Э. Баумана, благожелательное отношение которых, он ощущал на протяжении всех лет обучения в аспирантуре.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕНОГО СОСТОЯНИЯ, МЕТОДОВ И УСЛОВИЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДПЛА ПРИ РЕШЕНИИ ЦЕЛЕВЫХ ЗАДАЧ ПОЛЕТА

1.1. Современное состояние разработок и классификация существующих ДПЛА.

Дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА) получили развитие и первоначально создавались прежде всего, как средства, способные заменить за счет допустимых реализаций широких возможностей и функций существенно более дорогостоящие в производстве и сложные в эксплуатации беспилотные самолеты - разведчики (или иначе беспилотные летательные аппараты (БЛА)) типа «Стриж» и «Рейс» разработки КБ А. Н.Туполева. Основным назначением указанных беспилотников являлась тактическая и оперативно-тактическая разведка с использованием аэрофотосъемки при пролете над представляющей интерес территорией в автоматическом режиме в соответствии с заложенными в их системы управления (СУ) программами и алгоритмами.

Мощным импульсом к началу ДПЛАстроения в СССР послужили хорошо известны события в долине Бекаа, в процессе которых израильские ВВС с помощью ДПЛА «Мастиф» и «Скаут» осуществили обнаружение, а затем и практически полное уничтожение сирийской группировки ПВО. Как следствие, в результате опытно-конструкторских разработок, начатых в СССР с 1982г., были созданы первые разведывательные комплексы на базе ДПЛА, наиболее известным из которых считается комплекс «Строй-П» с ДПЛА «Пчела-1».

Особую привлекательность и актуальность ДПЛАстроение получило с момента принятия концепции использования сетевых информационных технологий при планировании боевых операций независимо от их интенсивности и территориального масштаба [4]. Сетецентрические принципы информационного обеспечения, при которых автономная тактическая боевая единица рассматривается как объект в сетевом обмене информации (узел сети), не могут быть реализованы на практике без получения соответствующей

достоверной информации на основе применения средств воздушной и космической разведок, о чем, в частности, свидетельствовало широкое применение американским воинским контингентом ДПЛА «Пойнтер» фирмы Aero Vironment (США) при проведении операции «Буря в пустыне». Если учесть при этом, что ДПЛА оказались незаменимым средством информационной поддержки действий различных подразделений в экстремальных условиях, характерных для разного рода чрезвычайных ситуаций, практически все страны мира сочли необходимым «вложиться» в создание разработок собственных ДПЛА.

Среди наиболее известных конструкций ДПЛА могут быть отмечены отечественные (помимо уже названного аппарата «Пчела-1»), ГрАНТ, «Отшельник», ДПЛА комплексов «Типчак», «Мушкатель», «Элерон» и др.; американские: ДПЛА комплексов «Пойнтер», «Нетопырь-3», линейка комплексов тактических ДПЛА «Тень» - 200, 400, 600 и др.; израильский ДПЛА «Орбитер», линейка китайских ДПЛА корпорации «Кайтик» ASN-7, 15, 105В, 207 и др.

Об уровне достигнутого прогресса в области ДПЛАстроения в наиболее технически развитых странах мира можно судить хотя бы на основании следующих характеристик российских ДПЛА различных поколений, объединенных общим назначением (наблюдение поля боя в тактической глубине, обзор состояния территорий):

- ДПЛА «Пчела-1» (1990 г.), вес 140кг., старт за счет двух пороховых ускорителей, размещение на десантном бронетранспортере;

- ДПЛА ГрАНТ (2001 г.), вес 20кг., старт за счет энергии опускающегося груза, размещение на двух автомобилях типа УАЗ;

- ДПЛА БРАТ - ближний разведчик аэродинамический телевизионный (2003 г.), вес 2,8кг., старт — запуск «с руки», транспортно-пусковая установка не требуется.

Не ставя целю рассмотрение и построение классификации всех возможных типов многофункциональных БЛА, ограничимся анализом

аппаратов, назначение которых дает основание отнести их к классу БЛА информационного обеспечения. Отличительными особенностями такого типа БЛА являются:

- ограниченность их функций исключительно решением задач детальной разведки и информационного обеспечения служб и средств, использующих соответствующую информацию в своих целях;

- дистанционное управление движением БЛА в процессе полета.

Учитывая последнее, для «вычленения» обсуждаемого типа БЛА, будем

использовать в их отношении исключительно термин «дистанционно пилотируемые летательные аппараты».

Однако, даже этот, казалось бы достаточно узкий класс ЛА, не является таковым, в силу достаточно большого разброса их стартовой массы, аэродинамической компоновки и применения двигательных установок (ДУ) различного типа.

Наиболее просто решается вопрос о выделении подклассов на уровне компоновочных схем: возможно применение либо самолетной, либо вертолетной схем. Каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками, обсуждение которых не является предметом настоящей работы.

Что касается применяемых двигательных установок, то они подразделяются на установки «тянущего» и «толкающего» типов и различаются видом используемого источника энергии, применяемого для обеспечения их функционирования: ДУ внутреннего сгорания и электропривод на основе аккумуляторов различного принципа действия.

Наиболее характерным двигателем внутреннего сгорания является калильный двигатель, работающий на метаноле. Такого типа двигатели способны обеспечить возможность функционирования сверхлегких (см. ниже) ДПЛА на авиационных (в одну сторону) дальностях полета порядка 90 км.

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи, используемые в начале 90-х годов прошлого столетия, обладали недостаточной удельной емкостью и не имели «широкого хождения». Ситуация резко изменилась с появлением

химических источников тока высокой удельной емкости в сочетании с источниками на редкоземельных элементах.

Сопоставимые по характеристикам предыдущему ДПЛА с электродвигателем способны обеспечить дальность действия комплекса на уровне авиационной дальности порядка 20 км при продолжительности полета чуть более 0,5 часа.

Использование реактивных двигателей на современных ДПЛА в качестве маршевых как правило не предполагается. Однако, они могут применяться в комбинации с электродвигателями, либо ДУ внутреннего сгорания на начальном участке полета в качестве стартовых ускорителей. Это имело место, например, в уже упомянутом комплексе «Строй-П», в котором при старте ДПЛА «Пчела-1» применялось два пороховых ускорителя.

Наиболее типичным классификационным признаком ДПЛА следует считать их массу.

При очевидной общей тенденции её снижения, отраженной выше, она (эта тенденция) конечно не означает, что все создаваемые сегодня аппараты будут укладываться в весовой диапазон, исчисляемый килограммами, а уже тем более граммами.

Вес соответствующих типов ДПЛА определяется предъявляемыми к ним тактико-техническими требованиями и массой полезной нагрузки.

В связи с этим представляется целесообразным ввести следующую «весовую» градацию существующих аппаратов:

- сверхлегкие ДПЛА, вес которых не превосходит 4 кг;

- легкие ДПЛА с весовым диапазоном от 4 до 140 кг;

- среднетяжелые ДПЛА от 140 до 300 кг;

- тяжелые - свыше 300 кг.

Выделение подкласса «сверхлегких ДПЛА» обусловлено стремлением к созданию и принятию в эксплуатацию ДПЛА, обеспечивающих возможность старта «с руки». Рубеж 4 кг был экспериментально определен разработчиками такого типа аппаратов в 2003 году как максимально допустимая масса для

надежного запуска БЛА с руки человеком среднего физического развития. Масса «сверхлегкого ДПЛА» должна позволять транспортировать его на любом транспортном средстве, вплоть до перемещения в носимом контейнере. Авиационный комплекс на основе «сверхлегких ДПЛА» не должен содержать в своем составе транспортно-пусковой установки или иных специальных средств транспортировки и запуска.

Основные осредненные тактико-технические и эксплуатационные характеристики сверхлегких ДПЛА приведены в Таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Характеристики сверхлегких ДПЛА

№ н/н Содержание характеристики Диапазон численных значений

1 Масса взлетная, кг 2...4

2 Масса целевой нагрузки, кг 0,3 ... 2

3 Длина аппарата, м 0,8 ... 2,0

4 Размах крыла, м 1,6 ... 3,0

5 л Нагрузка на крыло (оценка), г/дм -40

6 Продолжительность полета, мин 30 ... 60

7 Радиус действия, км 10 ... 45

8 Крейсерская воздушная скорость, км/час. -50

9 Максимальная воздушная скорость, км/час. Не более 120

В настоящее время наиболее широкое распространение получили ДПЛА легкого класса, осредненные тактико-технические и эксплуатационные характеристики которых приведены в Таблице 1.2.

Таблица 1.2.

Характеристики легких ДПЛА

№ н/н

Содержание характеристики

Диапазон численных значений

Таблица 1.2. (продолжение)

1 Масса взлетная, кг 4 ... 140

2 Масса целевой нагрузки, кг 50 ... 70

3 Длина аппарата, м •>• 3^4*

4 Размах крыла, м •** 3^9

5 Тип двигателя 1ПД, 1ПДА11-741, 3\У, гд ъ

6 Мощность, л.с 1x32... 1x50

7 Крейсерская воздушная скорость, км/час 90 ... 250

8 Радиус действия, км 60 ... 130

9 Продолжительность полета, ч 2 ... 10

10 Практический потолок, м 2000 ... 5000

11 Минимальная высота полета, м 100 ... 60

Поскольку результаты работы имеют отношение и могут быть распространены лишь на самолетные ДПЛА легкого и отчасти сверхлегкого классов, данные среднетяжелых и тяжелых БЛА здесь не приводятся.

Предпосылками появления ДПЛА рассматриваемых классов послужили: создание однокристальных микро ЭВМ высокого быстродействия, микроминиатюризация приборного оснащения, разработка миниатюрных матриц для создания ТВ и ИК - камер, создание надежных и малогабаритных аккумуляторов высокой удельной емкости на редкоземельных материалах; широкое распространение новых технологий изготовления деталей планера.

1.2. Предметная область и эвристические задачи обзорно -аналитического исследования.

Для уяснения алгоритма функционирования ДПЛА и принципа его действия предварительно рассмотрим на эвристическом уровне типовую схему управления его движением в контексте достижения основной цели полета -

получения интересующей информации, в частности, разведывательных данных вдоль программно заданного маршрута.

При этом будем ориентироваться на использование типового бортового оснащения ДПЛА, соответствующего, например, ДПЛА «Пчела-1» комплекса «Строй - П».

В процессе программного полета по заданному маршруту включается режим «широкого поля зрения» обзорной кадровой ТВ системы, а ее оптическая ось ориентируется в плоскости вертикальной симметрии ДПЛА с наклоном на тангажный угол, при котором изображение местности на экране оператора позволило бы ему заметить подозрительные на наличие цели фрагменты подстилающей поверхности. Как только это происходит, оператор наводит оптическую ось кадровой обзорной системы на предполагаемую цель, совмещая ее изображение с центром кадра. После этого проводится сужение поля зрения кадровой обзорной системы и укрупнение подозрительного изображения. При достаточно узком поле зрения осуществляется обнаружение и последующее распознавание цели, либо делается вывод об ошибочности отождествления идентифицируемого изображения с целью. Если изображение идентифицировано как цель, подается команда на определение ее координат, вычисляемых бортовой ЭВМ или ЭЦВМ наземного пункта управления с использованием координат ДПЛА, параметров его ориентации, а также ориентации оптической оси кадровой обзорной системы относительно связанной системы координат (СК) аппарата. С появлением миниатюрных приемо - индикаторов глобальных навигационных спутниковых систем ОРБ/ГЛОНАСС решение последней задачи значительно упростилось при увеличении точности навигационных определений в несколько раз (практически на порядок).

Знание координат цели позволяет оператору по командному радиоканалу передать сигнал на повторный заход ДПЛА на цель. В процессе повторного захода возможно еще более сузить поле зрения ТВ системы для детального анализа изображения цели.

Из изложенного следует, что основной особенностью ДПЛА, отличающего его от любого другого ЛА разведывательного назначения, служит наличие интерактивного управления его функционированием в процессе полета, осуществляемым оператором, дистанционно удаленным от управляемого объекта. При этом осуществление и поддержание требуемой ориентации ДПЛА должно обеспечиваться автоматически.

Единственной возможностью дистанционного управления траекторным движением аппарата применительно к рассмотренному составу бортовой аппаратуры является формирование команд управления оператором по наблюденному ТВ изображению. В комплексе «Строй - П» был реализован режим ручного управления ДПЛА «Пчела», при котором команды оператора, наблюдающего ТВ изображение местности, подаются непосредственно на рули ДПЛА. Известно, однако, что на начальных этапах испытаний аппарата все попытки воспользоваться этим режимом оказались неудачными.

На ДПЛА «Пойнтер» (США) указанный режим по сообщениям средств массовой информации был реализован достаточно надежно. Многое здесь, однако, зависит от состояния внешней среды.

Не даром же, даже для такого вполне современного ДПЛА как «Нетопырь-3» (США) вводятся ограничения по погодным условиям его применения (скорость ветра не более 25 узлов (13м/с) и умеренные осадки). Отметим, что качество получения изображения зависит не только от постоянного ветрового нагружения, но в еще большей степени, от турбулентности атмосферы, идентифицировать параметры состояния которой на расстоянии от пункта управления в несколько десятков километров, тем более в реальном времени (в темпе полета) практически невозможно. Тем не менее, решение задачи обеспечения инвариантности получения устойчивого изображения цели к внешним возмущениям, испытываемым ДПЛА в полете, относится к числу приоритетных. Путей решения такой задачи в принципе существует несколько. Некоторые из них уже получили свое отражение в отмеченных ранее исследованиях, в том числе и диссертационных. При этом

речь может идти, что уже отмечалось, о совершенствовании как собственно информационных систем, так и СУ ДПЛА.

Анализ путей выбора наиболее рационального подхода к решению соответствующих задач даже на уровне концептуальных обсуждений проблемы может, оказаться достаточно полезным с точки зрения перспектив создания ДПЛА нового поколения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нгуен Чонг Шам, 2015 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Алиев P.A., Церковный А.З., Мамедова Г.А. Управление производством при нечеткой исходной информации. М.: Энергоатомиздат, 1991. 240 с.

2. Антонова А.О. Оптимизация траектории полета самолета с учетом воздействия атмосферной турбулентности и исследование влияния размеров самолета на динамику полета в турбулентной атмосфере / Диссертация канд. техн. наук, К.: КИИ ГА, 1983. 149 с.

3. Белоцерковский С.М., Скрипач Б.К.. Аэродинамические производные летательного аппарата и крыла при дозвуковых скоростях. М.: Наука, 1975. 424 с.

4. Буренок В. М., Ивлев А. А., Корчак В. Ю. Развитие военных технологий XXI века: проблемы, планирование, реализация. - Тверь: издательство ООО «Купол», 2009. 624 с.

5. Буй Куанг Ли. Методика идентификации характеристик лёгкого самолёта для мониторинга природных и техногенных катастроф. / Диссертация канд. техн. наук, М.: МАИ, 2008. 141 с.

6. ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. М.: Издательство стандартов, 1981. 54 с.

7. Диет Л. В., Уи Ф. В. Об одной методике решения трансцендентных тригонометрических уравнений угловой связи нелинейных уравнений движения ЛА / Исследования по техническим наукам и военной технологии. Ханой (на вьетнамском языке), 2007. № 18. С. 50-56.

8. Доброленский Ю. П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. М.: Машиностроение, 1969. 256 с.

9. Дьяконов A.B., Круглов В.Н.. Математические пакеты расширения MATLAB. Спец. справ. С. Пб.: Питер, 2001. 480 с.

10. Захаров В.Н., Ульянов C.B. Нечеткие модели интеллектуальных промышленных регуляторов и систем управления. / Научно- организационные,

технико-экономические и прикладные аспекты // Изв. РАН. Тех. кибернетика, 1992. № 5. С. 171-185.

11. Иванов В.А., Фалдин Н.В. Теория оптимальных систем автоматического управления. М.: Наука, 1981. 307 с.

12. Казаков И. Е., Артемьев И. М., Бухалев В. А. Анализ систем случайной структуры. М.: Наука, 1993. 272 с.

13. Колесников Г.А. и др. Аэродиннамика летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1993. 544 с.

14. Кузнецов А. Г. Повышение точности оценки координат малогабаритного беспилотного летательного аппарата с использованием системы технического зрения / Диссертация канд. техн. наук, М.: МАИ, 2011. 152 с.

15. Лебедев A.A. Чернобровкин Л.С. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1973. 615 с.

16. Ле Ки Биен. Обзорная информационная система беспилотного летательного аппарата экологического мониторинга прибрежных районов / Диссертация степени канд. техн. наук, СПБ: БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, 2004. 149 с.

17. Леондес К.Т. Фильтрация и стохастическое управление в динамических системах. М.: Мир, 1980. 408 с.

18. Леоненков A.B.. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzy TECH. С. Пб.: Питер, 2005. 736 с.

19. Лысенко Л. Н., Нгуен Дык Кыонг. Применение байесового подхода при разработке адаптивных мультиструктурных алгоритмов оптимальной фильтрации в условиях неизвестных интенсивностей смены структур. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана, серия «Приборостроение», № 4/'97 (28). М. 1997. С. 70-79.

20. Лысенко Л. Н., Нгуен Дык Кыонг. Теоретические и прикладные аспекты синтеза мультиструктурных схем рекуррентной обработки

информации в навигационных системах летательных аппаратов. Известия РАН. Теория и системы управления. М.: Наука, N0 6,1997. С. 38-48.

21. Лысенко Л.Н., Нгуен Дык Кыонг, Фан Ван Ты. Интерактивный синтез законов управления движением летательных аппаратов в условиях неопределенности на основе теории нечетких множеств // М.: Полет, № 5., 2000. С. 38-45.

22. Лысенко Л. Н., Альхаф М. Н. Модифицированный фильтр Калмана для оценивания движения боеприпасов в условиях прогнозируемого возникновения явления параметрического резонанса. / Известия РАРАН, С.Пб.: № 1(38), 2004. С. 13-21.

23. Лысенко Л. Н., Нгуен Чонг Шам. Анализ путей интеллектуализации алгоритмического обеспечения нечеткого управления движением дистанционно пилотируемых летательных аппаратов./ Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение», №1/(86), 2012 . С. 3-16.

24. Лысенко Л. Н., Нгуен Чонг Шам. Алгоритмические аспекты моделирования мультиструктурных схем фильтрации в оптимальных навигационных системах дистанционно пилотируемых летательных аппаратов. / Известия РАРАН, С.Пб.: № 1(71), 2012. С. 14-21.

25. Лысенко Л. Н., Нгуен Дык Кыонг, Фан Ван Чыонг, Нгуен Чонг Шам. Оценка возможностей эксплуатации легких малоразмерных дистанционно пилотируемых летательных аппаратов информационного обеспечения в сложных метеорологических условиях. / Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение», №3/(92), 2013. С. 55-68.

26. Лысенко Л.Н., Нгуен Дык Кыонг, Фан Ван Чыонг. Моделирование движения дистанционно пилотируемого летательного аппарата с модифицированным нечетким регулятором в контуре управления полетом.// Полет. М.: Машиностроение, №2, 2013. С. 24-30.

27. Лысенко Л. Н., Гришко Д. А., Королев Е. А., Нгуен Чонг Шам. Стохастическое оценивание параметров управляемого движения при неточно

идентифицируемых в полете аэродинамических характеристиках ДПЛА. / Известия РАРАН, С. Пб.: №2 (76), 2013. С. 51- 59.

28. Лысенко Л. Н., Нгуен Чонг Шам. Анализ применимости существующих компьютерных технологий для автоматизации синтеза нечеткого управления движением легкого ДПЛА в сложных метеорологических условиях./ Вестник МГТУ ГА, №200(2), 2014. С. 118-125.

29. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник / Под ред. Н.Д.Егупова; издание 2-ое, стереотипное. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. 744 с.

30. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Д.А. Поспелова. М.: Наука, 1986. 312 с.

31. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации / Пер. с польск. И. Д. Рудинского. М.: Финансы и статистика, 2002. 344 с.

32. Прикладные нечеткие системы / К. Асаи, Д. Ватада, С. Иваи и др.; Под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно; Пер. с яп. М.: Мир, 1993. 368 с.

33. Трофимов А.И., Егупов Н.Д., Дмитриев А.Н. Методы теории автоматического управления, ориентированные на применение ЭВМ. М.: Энергоатомиздат, 1997. 656 с.

34. Ульянов C.B. Нечеткие модели интеллектуальных промышленных систем управления // Изв. АН СССР. Техн. кибернетика. 1991. № 3. С. 3-28.

35. Фирсов С. П. Нейросетевая система управления посадкой дистанционно-пилотируемого летательного аппарата / Диссертация канд. техн. наук, М.: МАИ, 2005. 124 с.

36. Хаммуд Абдулла. Использование нейросетевых подходов в адаптивных системах управления летательными аппаратами / Диссертация степени канд. техн. наук, М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. 132 с.

37. Чунг Н.В. Синтез нечетких регуляторов для систем управления техническими объектами с ограниченной неопределенностью. Диссертация стен. канд. техн. наук, С. Пб: ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина), 2006. 128 с.

38. Шалыгин А. С., Лысенко Л.Н, Толпегин О. А. Методы моделирования ситуационного управления беспилотных летательных аппаратов. / Под ред. А. В. Ноздрачева и Л. Н. Лысенко. Том 11. Справ, б-ка разработчика -исследователя. М.: Машиностроение, 2012. 584 с.

39. Шаров С. Н. Информационные управляющие системы беспилотных летательных аппаратов. СПб: Балтийский гос. техн. университет. 2007. 257 с.

40. HaiYang Chao, YongCan Cao, and YangQuan Chen . Autopilots for Small Unmanned Aerial Vehicles A Survey / International Journal of Control, Automation and Systems, № 8, 2010. C. 36-44.

41. http://www.ansys.com/Products/Simulation+Technology/Fluid+Dynamics.

42. Sefer Kurnaz, Omer Cetin, Okyay Kaynak. Fuzzy Logic Based Approach to Design of Flight Control and Navigation Tasks for Autonomous Unmanned Aerial Vehicles / J Intell Robot Syst. 2009. № 54. C. 229-244.

43. Takagi Т., Sugeno M. Fuzzy identification of systems and its application to modeling and control // IEEE Trans. Syst., Man and Cybernetics. Jan./Febr. 1985. Vol. 15, № 1. P. 116-132.

44. Tanaka K., Sugeno M. Stability analysis and design of fuzzy control systems //Fuzzy Set and Systems, vol. 45,1992, P. 135-156.