что такое беспилотные летательные аппараты определение
Что такое беспилотные летательные аппараты определение
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СИСТЕМЫ БЕСПИЛОТНЫЕ АВИАЦИОННЫЕ
Термины и определения
Unmanned aircraft systems. Terms and definitions
Дата введения 2017-06-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным учреждением «Национальный исследовательский центр «Институт имени Н.Е.Жуковского» (ФГБУ «НИЦ «Институт имени Н.Е.Жуковского»), Федеральным государственным унитарным предприятием «Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации» (ФГУП «НИИСУ»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 323 «Авиационная техника»
5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Ноябрь 2018 г.
Введение
Для каждого принятого понятия установлен один стандартизированный термин. Установленные в настоящем стандарте термины систематизированы по группам. Внутри каждой из групп термины расположены в алфавитном порядке.
Приведенные определения можно при необходимости изменять, вводя в них произвольные признаки, раскрывая значения используемых в них терминов, указывая объекты, относящиеся к определенному понятию. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в настоящем стандарте.
Термины и определения, приведенные в разделе 3 настоящего стандарта, могут также быть использованы для целей классификации беспилотных авиационных систем и их компонентов.
В стандарте приведены иноязычные эквиваленты стандартизированных терминов на английском языке.
В стандарте приведен алфавитный указатель терминов на русском языке, а также алфавитный указатель эквивалентов терминов на английском языке.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий в области беспилотных авиационных систем гражданского назначения.
Терминология гармонизирована с используемыми в международной практике документами 5*.
2 Сокращения
В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
3 Термины и определения
3.1.1 беспилотное воздушное судно (unmanned aircraft): Воздушное судно, управляемое в полете пилотом, находящимся вне борта такого ВС, или выполняющее автономный полет по заданному предварительно маршруту.
3.1.2 дистанционно пилотируемое воздушное судно (remotely-piloted aircraft): Беспилотное воздушное судно, которое пилотируется внешним пилотом с наземной станции управления полетом.
3.1.3 беспилотная авиационная система (unmanned aircraft system): Комплекс, включающий одно или несколько беспилотных ВС, оборудованных системами навигации и связи, средствами обмена данными и полезной нагрузкой, а также наземные технические средства передачи-получения данных, используемые для управления полетом и обмена данными о параметрах полета, служебной информацией и информацией о полезной нагрузке такого или таких ВС, и канал связи со службой управления воздушным движением.
3.1.4 опционально пилотируемое воздушное судно (optionally piloted aircraft): Воздушное судно, которым может управлять как пилот, находящийся на борту, так и внешний пилот.
3.1.5 дистанционно пилотируемая авиационная система (remotely-piloted aircraft system): Комплекс конфигурируемых элементов, включающий дистанционно пилотируемое воздушное судно, связанную с ним станцию (станции) внешнего пилота, осуществляющего непрерывный мониторинг параметров полета по каналу управления и передачи данных, а также бортовое оборудование полезной нагрузки, которые осуществляют совместное функционирование в ходе выполнения полета.
3.1.6 автономное воздушное судно (autonomous aircraft): Беспилотное воздушное судно, выполнение полетного задания которого не предусматривает вмешательство пилота в управление полетом.
3.1.7 автономный полет (autonomous operation): Полет, который выполняется воздушным судном без вмешательства пилота, с помощью автоматической системы управления на основе данных, загруженных перед выполнением полета, либо с использованием информации, получаемой по каналу передачи данных или от датчиков на борту.
3.1.8 автономная система (autonomous system): Система, выполняющая свои функции без вмешательства человека.
3.1.9 авиационные работы (aerial work): Полет воздушного судна, в ходе которого ВС используется для обеспечения специализированных видов обслуживания в таких областях, как сельское хозяйство, строительство, аэрофотосъемка, топографическая съемка, наблюдение и патрулирование, поиск и спасание, воздушная реклама и т.д.
3.1.10 коммерческая воздушная перевозка (commercial air transport operation): Полет воздушного судна для перевозки пассажиров, грузов или почты за плату или по найму.
3.1.11 межрегиональный полет (cross-country flight): Полет беспилотного ВС вне исходного района по предварительно запланированному маршруту с использованием стандартных навигационных средств.
3.1.12 система завершения полета (flight termination system): Совокупность средств и/или процедур, приводимых в действие вручную или автоматически, обеспечивающих принудительное безопасное завершение полета беспилотного воздушного судна, используемого в составе беспилотной авиационной системы.
3.1.13 налет по приборам (instrument flight time): Время полета, в течение которого внешний пилот осуществляет управление воздушным судном исключительно по приборам без использования внешних ориентиров.
3.1.17 пусковая установка (launcher): Средство, используемое для обеспечения взлета беспилотных ВС, не предназначенных для выполнения традиционного взлета с разбегом.
3.1.18 эксплуатант (operator): Лицо, владеющее беспилотным воздушным судном на законном основании и использующее или планирующее использовать его для полетов.
3.1.19 линия управления и контроля (command and control link): Канал передачи и получения данных между дистанционно пилотируемым воздушным судном и станцией внешнего пилота для управления полетом и контроля его параметров.
3.1.20 линия связи (communication link): Канал обмена голосовыми данными и/или текстовой информацией между членами внешнего экипажа, службами управления воздушным движением, другими пользователями воздушного пространства и иными заинтересованными лицами.
3.1.21 линия связи с землей (down link): Односторонний канал передачи данных с борта беспилотного воздушного судна на землю.
3.1.22 потеря связи (lost link): Потеря соединения линии управления и контроля с дистанционно пилотируемым воздушным судном.
3.1.23 линия связи с бортом (up-link): Односторонний канал передачи данных на борт беспилотного воздушного судна с наземной станции управления.
3.1.24 линия передачи данных (data link): Канал передачи между элементами беспилотной авиационной системы, системы управления воздушным движением и другими участниками воздушного движения для целей управления, информации о параметрах полета, полезной нагрузке и т.п.
3.1.25 линия связи с полезной нагрузкой (payload link): Канал передачи данных и управляющих команд между наземной станцией управления и полезной нагрузкой беспилотного воздушного судна.
3.1.26 прямая линия радиосвязи (radio line-of-sight): Прямая двусторонняя радиосвязь между передатчиком и приемником.
3.1.27 вне прямой линии радиосвязи (beyond radio line-of-sight): Эксплуатация беспилотного воздушного судна вне диапазона прямой линии радиосвязи.
3.1.28 полет в пределах прямой видимости (visual line-of-sight operation): Полет, при котором внешний экипаж поддерживает непосредственный визуальный контакт с воздушным судном с целью управления его полетом и исполнения обязанностей, связанных с обеспечением эшелонирования и предупреждением столкновений.
3.1.29 вне прямой видимости (beyond visual line-of-sight): Эксплуатация беспилотного воздушного судна за пределами прямой видимости.
3.1.30 визуальный полет в расширенном диапазоне высоты и дальности (extended visual line-of-sight): Полет, который может выполняться за пределами прямой видимости, при которых, однако, внешний пилот с помощью дополнительного наблюдателя сохраняет возможность контролировать полет БВС и избегать столкновения.
3.2 Классификация беспилотных воздушных судов
3.2.1 воздушное судно (aircraft): Летательный аппарат, поддерживаемый в атмосфере за счет его взаимодействия с воздухом, за исключением случаев взаимодействия с воздухом, отраженным от поверхности земли или воды.
3.2.2 категория воздушного судна (aircraft category): Классификационная группа ВС, выделяемая на основе особенностей их конструкции, характеристик и условий эксплуатации.
3.2.3 дирижабль (airship): Воздушное судно легче воздуха, управление траекторией полета которого обеспечивается с помощью силовой установки и специальных устройств.
3.2.4 мультикоптер (multicopter): Летательный аппарат с произвольным числом несущих винтов.
3.2.5 квадракоптер (quadrocopter/quadrotor): Беспилотное воздушное судно с четырьмя несущими винтами, вращающимися попарно в противоположных друг другу направлениях.
3.2.6 легкое дистанционно пилотируемое воздушное судно (light remotely piloted aircraft): Дистанционно пилотируемое воздушное судно с взлетной массой менее 150 кг.
3.2.7 малое беспилотное воздушное судно (small unmanned aircraft): Беспилотное дистанционно пилотируемое воздушное судно с взлетной массой менее 30 кг.
3.3 Управление беспилотной авиационной системой
3.3.1 член внешнего экипажа (remote crew member): Лицо, прошедшее специальную подготовку по данному типу беспилотного воздушного судна, на которое эксплуатантом конкретного воздушного судна возложены функциональные обязанности, связанные с выполнением полета данного воздушного судна.
3.3.2 внешний пилотирующий пилот (remote flying pilot): Член внешнего экипажа дистанционно пилотируемого воздушного судна, который приводит в действие органы управления воздушного судна и несет ответственность в отношении траектории полета воздушного судна, входящего в состав беспилотной авиационной системы.
3.3.3 внешний командир воздушного судна (remote pilot-in-command): Член внешнего экипажа, осуществляющий руководство полетом воздушного судна, входящего в состав беспилотной авиационной системы, участвующий в пилотировании и несущий ответственность в отношении безопасности полета беспилотного воздушного судна.
1.2. Беспилотные летательные аппараты
1.2. Беспилотные летательные аппараты
1.2.1. Основные понятия и определения
Существует большое количество различных определений БПЛА. Вот одно из самых простых: «Беспилотный летательный аппарат – это летательный аппарат без человека (экипажа) на борту» [9]. Однако в таком случае к БПЛА нужно причислить вообще все летающие искусственные объекты, что, очевидно, неправильно.
На сегодняшний день наиболее адекватным определением БПЛА представляется то, которое практически повторяет определение для беспилотного мобильного средства, данное в подразделе 1.1. Отличие состоит лишь в указании среды функционирования. Повторим это определение применительно к БПЛА.
Беспилотный летательный аппарат – это летательный аппарат многоразового или условно-многоразового использования, не имеющий на борту экипажа (человека-пилота) и способный самостоятельно целенаправленно перемещаться в воздухе для выполнения различных функций в автономном режиме (с помощью собственной управляющей программы) или посредством дистанционного управления (осуществляемого человеком- оператором со стационарного или мобильного пульта управления).
Заметим, что к БПЛА не относятся все ракеты, снаряды, бомбы (независимо от того, управляемые они или нет), аэростаты без двигателей и другие безмоторные летательные аппараты: планеры, дельтапланы, парапланы. Но беспилотные дирижабли, моторные дельтапланы и парапланы в соответствии с данным определением вполне можно отнести к БПЛА. Существуют другие, более узкие понятия БПЛА. Например, известны такие определения, в которых к БПЛА причисляют только аппараты самолетного и вертолетного типов [10].
Основные термины и аббревиатуры, касающиеся БПЛА, приведены в табл. 1.2. Разница в терминах БПЛА и ДПЛА (дистанционно-пилотируемый летательный аппарат) в том, что первый является более общим понятием. ДПЛА относится к тем аппаратам, которые управляются оператором дистанционно по радио с наземного пункта, тогда как в общем случае БПЛА может выполнять задачу и автономно, по заложенной в нем программе.
Недавно появившиеся термины UAS (Unmanned Aerial System) и соответствующий русскоязычный БАС (беспилотная авиационная система) учитывают не только сам летательный аппарат (аппараты), но также всю инфраструктуру и средства обеспечения (транспортно-пусковое устройство, средства связи, наземный пункт управления и др.) [11]. В наших источниках встречается также термин БАК (беспилотный авиационный комплекс). Многие БАС и БАК считают синонимами, однако между ними есть некоторая разница, которая заключается в том, что БАС является более широким понятием [64]. БАК – это только совокупность материально-технических средств, необходимых для выполнения определенных функций. Однако эти функции выполнены быть не могут без наличия элементов, устанавливающих связи различного типа (информационные, информационно-управляющие и т.п.) между структурными элементами комплекса. Наличие таких элементов и таких связей является отличительной особенностью БАС. Таким образом, кроме всего того, что входит в БАК, в БАС должны быть включены еще: технический персонал, протоколы обмена информацией, нормативно-регламентирующая документация, средства интеграции с другими системами.
Читайте также
17 АППАРАТЫ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ
17 АППАРАТЫ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ В декабре 1934 г. при МАИ создали особое техническое бюро для разработки аппаратов на воздушной подушке, руководителем которого был назначен Владимир Израилевич Левков, профессор кафедры прикладной аэродинамики. Начался выпуск рабочих
Космические аппараты
Космические аппараты Космические аппараты – аппараты, предназначенные для реализации различных задач в космическом пространстве, а также обеспечения возможности проведения различных исследовательских работ непосредственно на поверхности различных небесных тел.
Сварочные аппараты переменного тока
Сварочные аппараты переменного тока Сварочные аппараты переменного тока состоят из понижающего трансформатора и специального устройства, создающего падающую внешнюю характеристику и регулирующего сварочный ток.Они подразделяются на две группы:• аппараты, состоящие
Сварочные аппараты с отдельным дросселем
Сварочные аппараты с отдельным дросселем Сварочные аппараты с отдельным дросселем состоят из понижающего трансформатора и дросселя регулятора тока. Трансформатор имеет сердечник (магнитопровод) из отштампованных пластин, изготовленных из тонкой трансформаторной
Сварочные аппараты со встроенным дросселем
Сварочные аппараты со встроенным дросселем Сердечник трансформатора состоит из основного магнитопровода, на котором расположены первичная и вторичная обмотки собственно трансформатора, и добавочного магнитопровода с обмоткой – дросселя (регулятор тока). Добавочный
3.6. Регенеративные дыхательные аппараты
3.6. Регенеративные дыхательные аппараты Регенеративные дыхательные аппараты входят в комплект регенеративного водолазного снаряжения. Относятся к изолирующим аппаратам автономного действия с замкнутым циклом дыхания. Отличаются малыми габаритами и массой.
3.7 Дыхательные аппараты с открытой схемой дыхания
3.7 Дыхательные аппараты с открытой схемой дыхания Дыхательные аппараты с открытой схемой дыхания входят в комплект легководолазного снаряжения с выдохом в воду для работы (плавания) под водой как с подачей воздуха по шлангу с поверхности, так и автономно от баллонов
Боевая авиация фараонов, или Летательные аппараты древности
Боевая авиация фараонов, или Летательные аппараты древности Уже не одну тысячу лет привлекают к себе внимание исследователей пирамиды и храмы Древнего Египта. Известно, что культурой и историей государства на Ниле интересовались еще греки до нашей эры. Сегодня,
Летательные аппараты
1.3. Беспилотные авиационные системы
1.3. Беспилотные авиационные системы 1.3.1. Беспилотные авиационные системы и комплексы Как уже указывалось в 1.2.1, необходимо различать понятия беспилотной авиационной системы (БАС) и беспилотного авиационного комплекса (БАК). Разница между ними заключается в том, что БАС
1.3.1. Беспилотные авиационные системы и комплексы
1.3.1. Беспилотные авиационные системы и комплексы Как уже указывалось в 1.2.1, необходимо различать понятия беспилотной авиационной системы (БАС) и беспилотного авиационного комплекса (БАК). Разница между ними заключается в том, что БАС является более широким понятием. БАК –
«Серые» аппараты: «за» и «против»
«Серые» аппараты: «за» и «против» Как и любой товар, такие решения имеют свои положительные и отрицательные стороны.Плюсы:• «Серые» телефоны, как правило, дешевле своих «белых» собратьев на 20–40 %, что позволяет им занимать не последнюю нишу рынка и быть
Беспилотные летательные аппараты: теория и практика
БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
В последние годы появилось большое количество публикаций по использованию для решения топографических задач беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), или беспилотных авиационных систем (БАС). Такой интерес в немалой степени вызван простотой их эксплуатации, экономичностью, относительно невысокой стоимостью, оперативностью и т.д. Перечисленные качества и наличие эффективных программных средств автоматической обработки материалов аэрофотосъемки (включая выбор необходимых точек) открывают возможности широкого использования программно-технических средств беспилотной авиации в практике инженерно-геодезических изысканий.
В этом номере обзором технических средств беспилотной авиации мы открываем серию публикаций о возможностях БПЛА и опыте их использования при полевых и камеральных работах.
Д.П. ИНОЗЕМЦЕВ,руководитель проекта ООО«ПЛАЗ»,г. Санкт-Петербург
БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
Часть 1. Обзор технических средств
Так, в 1898 году Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно, а уже в 1910 году американский военный инженер Чарльз Кеттеринг предложил, построил и испытал несколько моделей беспилотных летательных аппаратов [2]. В 1933 году в Великобритании разработан первый БПЛА
многократного использования, а созданная на его основе радиоуправляемая мишень использовалась в королевском флоте Великобритании до 1943 года.
На несколько десятков лет опередили свое время исследования немецких ученых, давших миру в 1940-х годах реактивный двигатель и крылатую ракету «Фау-1» как первый применявшийся в реальных боевых действиях беспилотный летательный аппарат.
В СССР в 1930–1940 годы авиаконструктором Никитиным был разработан торпедоносец-планер типа «летающее крыло», а к началу 40-х был подготовлен проект беспилотной летающей торпеды с дальностью полета от 100 километров и выше, однако в реальные конструкции эти разработки не превратились.
После окончания Великой Отечественной войны интерес к БПЛА существенно возрос, а начиная с 1960-х годов отмечается их широкое внедрение для решения задач невоенного характера.
В целом историю БПЛА можно условно разделить на четыре временных этапа [3]:
1.1849 год–начало ХХ века — попытки и экспериментальные опыты по созданию БПЛА, формирование теоретических основ аэродинамики, теории полета и расчета самолета в работах ученых.
2.Начало ХХ века — 1945 год — разработка БПЛА военного назначения (самолетов-снарядов с небольшой дальностью и продолжительностью полета).
3.1945–1960 годы — период расширения классификации БПЛА по назначению и создание их преимущественно для разведывательных операций.
4.1960 годы — наши дни — расширение классификации и усовершенствование БПЛА, начало массового использования для решения задач невоенного характера.
КЛАССИФИКАЦИЯ БПЛА
Общеизвестно, что аэрофотосъемка, как вид дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), — это наиболее производительный метод сбора пространственной информации, основа для создания топографических планов и карт, создания трехмерных моделей рельефа и местности. Аэрофотосъемка выполняется как с пилотируемых летательных аппаратов — самолетов, дирижаблей мотодельтапланов и аэростатов, так и с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
Беспилотные летательные аппараты, как и пилотируемые, бывают самолетного, а также вертолетного типа (вертолеты и мультикоптеры — летательные аппараты с четырьмя и более роторами с несущими винтами). В настоящее время в России не существует общепринятой классификации БПЛА самолетного типа. Missiles.
Ru совместно с порталом UAV.RU предлагает современную классификацию БПЛА самолетного типа [4], разработанную на основе подходов организации UAV International, но с учетом специфики и ситуации именно отечественного рынка (классы) (табл. 1):
Микро- и мини-БПЛА ближнего радиуса действия. Класс миниатюрных сверхлегких и легких аппаратов и комплексов на их основе с взлетной массой до 5 килограммов начал появляться в России относительно недавно, но уже довольно широко представлен. Такие БПЛА предназначены для индивидуального оперативного использования на коротких дальностях на удалении до 25–40 километров. Они просты в эксплуатации и транспортировке, вы полняются складными и позиционируются как «носимые», запуск осуществляется, с помощью катапульты или с руки. Сюда относятся: Geoscan 101, Geoscan 201, 101ZALA 421-11, ZALA 421-08, ZALA 421-12, Т23 «Элерон», Т25, «Элерон-3», «Гамаюн-3», «Иркут-2М», «Истра-10», «БРАТ», «Локон», «Инспектор 101», «Инспектор 201», «Инспектор 301» и др.
Легкие БПЛА малого радиусадействия. К этому классу относятся несколько более крупные аппараты — взлетной массой от 5 до 50 килограммов. Дальность их действия — в пределах 10–120 километров.
Среди них: Geoscan 300, «ГрАНТ», ZALA 421-04, Орлан-10, ПтероСМ, ПтероЕ5, Т10, «Элерон-10», «Гамаюн-10», «Иркут-10»,
Т92 «Лотос», Т90 (Т90-11), Т21, Т24, «Типчак» БПЛА-05, БПЛА-07, БПЛА-08.
Дальность действия, км
Легкие БПЛА среднего радиуса действия. Ряд отечественных образцов можно отнести к этому классу БПЛА. Их масса варьируется в пределах 50–100 килограммов. К ним относится: Т92М «Чибис», ZALA 421-09,
«Дозор-2», «Дозор-4», «Пчела-1Т».
Средние БПЛА. Взлетная масса средних БПЛА лежит в диапазоне от 100 до 300 килограммов. Они предназначены для применения на дальностях 150–1000 километров. В этом классе: М850 «Астра», «Бином», Ла-225 «Комар», Т04, Е22М «Берта», «Беркут», «Иркут-200».
Среднетяжелые БПЛА. Этот класс имеют схожую с БПЛА предыдущего класса дальность применения, но обладают несколько большей взлетной массой — от 300 до 500 килограммов.
К этому классу следует отнести: «Колибри», «Данэм», «Дань-Барук», «Аист» («Юлия»), «Дозор-3».
Тяжелые БПЛА среднего радиуса действия. Данный класс включает БПЛА полетной массой от 500 и более килограммов, предназначены для применения на средних дальностях 70–300 километров. В классе тяжлых следующие: Ту-243 «Рейс-Д», Ту-300, «Иркут-850», «Нарт» (А-03).
Тяжелые БПЛА большой продолжительности полета. Достаточно востребованная за рубежом категория беспилотных аппаратов, к которой относятся американские БПЛА Predator, Reaper, GlobalHawk, израильские Heron, Heron TP. В России образцы практически отсутствуют: «Зонд-3M», «Зонд-2», «Зонд-1», беспилотные авиационные системы Сухого («БасС»), в рамках которой создается роботизированный авиационный комплекс (РАК).
На практике для аэрофотосъемки, как правило, применяются БПЛА весом до 10–15 килограммов (микро-, мини-БПЛА и легкие БПЛА). Это связано с тем, что при увеличении взлетного веса БПЛА растет сложность его разработки и, cоответственно, стоимость, но снижается надежность и безопасность эксплуатации. Дело в том, что при посадке БПЛА выделяется энергия E = mv2 / 2, а чем больше масса аппарата m, тем больше его посадочная скорость v, то есть выделяемая при посадке энергия очень быстро растет с ростом массы. А эта энергия может повредить как сам БПЛА, так и находящееся на земле имущество.
Беспилотный вертолет и мультикоптер лишены этого недостатка. Теоретически, такой аппарат можно посадить со сколь угодно малой скоростью сближения с Землей. Однако беспилотные вертолеты слишком дороги, а коптеры пока не способны летать на большие расстояния, и применяются только для съемки локальных объектов (отдельных зданий и сооружений).
Рис. 1. БПЛА Mavinci SIRIUS [5] Рис. 2. БПЛА Geoscan 101 [6]
ПРЕИМУЩЕСТВА БПЛА
Превосходством БПЛА перед пилотируемыми воздушными судами является, прежде всего, стоимость производства работ, а также значительное уменьшение количества регламентных операций. Само отсутствие человека на борту самолета значительно упрощает подготовительные мероприятия для проведения аэрофотосъемочных
Во-первых, не нужен аэродром, даже самый примитивный. Беспилотные летательные аппараты запускаются или с руки, или с помощью специального взлетного устройства — катапульты.
Во-вторых, особенно при использовании электрической двигательной схемы, отсутствует необходимость в квалифицированной технической помощи для обслуживания летательного аппарата, не так сложны мероприятия по обеспечению безопасности на объекте работ.
В-третьих, отсутствует или намного увеличен межрегламентный период эксплуатации БПЛА по сравнению с пилотируемым воздушным судном.
Данное обстоятельство имеет большое значение при эксплуатации аэрофотосъемочного комплекса в удаленных районах нашей страны. Как правило, полевой сезон аэрофотосъемочных работ короток, каждый погожий день необходимо использовать для производства съемки.
УСТРОЙСТВО БПЛА
Две основные схемы компоновки БПЛА: классическая (по схеме «фюзеляж+крылья+хвост»), к которой относится, например БПЛА «Орлан-10», Mavinci SIRIUS (рис. 1) и др., и «летающее крыло», к которой относятся Geoscan101 (рис. 2), Gatewing X100, Trimble UX5 и др.
Основными частями беспилотного аэрофотосъемочного комплекса являются: корпус, двигатель, бортовая система управления (автопилот), наземная система управления (НСУ) и аэрофотосъемочное оборудование.
Корпус БПЛА изготавливают излегкого пластика (например, углепластика или кевлара), чтобы защитить дорогостоящую фотоаппаратуру и средства управления и навигации, а его крылья — из пластика или экструдированного пенополистирола (EPP). Этот материал легок, достаточно прочен и не ломается при ударе. Деформированную деталь из ЕРР зачастую можно восстановить подручными средствами.
Легкий БПЛА с посадкой на парашюте может выдержать несколько сотен полетов без ремонта, который, как правило, включает замену крыльев, элементов фюзеляжа и др. Производители стараются удешевить части корпуса, подверженные износу, чтобы расходы пользователя на поддержа-БПЛА в рабочем состоянии были минимальными.
Надо отметить, что наиболее дорогостоящие элементы аэрофотосъемочного комплекса, наземная система управления, авионика, программное обеспечение, — вообще не подвержены износу.
Силовая установка БПЛА можетбыть бензиновой или электрической. Причем, бензиновый двигатель обеспечит намного более продолжительный полет, так как в бензине, в расчете на килограмм, запасено в 10–15 раз больше энергии, чем мож-но сохранить в самом лучшем аккумуляторе. Однако такая силовая установка сложна, менее надежна и требует значительного времени для подготовки БПЛА к старту. Кроме того, беспилотный летательный аппарат с бензиновым двигателем крайне сложно перевозить к месту работ на самолете. Наконец, он требует от оператора высокой квалификации. Поэтому бензиновый БПЛА имеет смысл применять только в тех случаях, когда необходима очень большая продолжительность полета — для непрерывного мониторинга, для обследования особо удаленных объектов.
Электрическая двигательная установка, напротив, очень нетребовательна к уровню квалификации обслу-живающего персонала. Современные аккумуляторные батареи могут обеспечить длительность непрерывного полета свыше четырех часов. Обслуживание электрического двигателя совсем несложно. Преимущественно это только защита от влаги и грязи, а также проверка напряжения бортовой сети, что осуществляется с наземной системы управления. Зарядка аккумуляторов производится от бортовой сети сопровождающего автомобиля или от автономного электрогенератора. Бесколлекторный электрический двигатель БПЛА практически не изнашивается.
Автопилот —с инерциальной системой (рис. 3) — наиболее важный элемент управления БПЛА.
Автопилот весит всего 20–30 граммов. Но это очень сложное изделие. В автопилоте, кроме мощного процессора, установлено множество датчиков — трехосевые гироскоп и акселерометр (а иногда и магнитометр), ГЛО-НАСС/GPS-приемник, датчик давления, датчик воздушной скорости. С этими приборами беспилотный летательный аппарат сможет летать строго по заданному курсу.
Рис. 3. АвтопилотMicropilot[7]
В БПЛА имеется радиомодем, необходимый для загрузки полетного задания, передачи в наземную систему управления телеметрических данных о полете и текущем местоположении на участке работ.
Наземная система управления
(НСУ) —это планшетный компьютерили ноутбук, оснащенный модемом для связи с БПЛА. Важная часть НСУ — программное обеспечение для планирования полетного задания и отображения хода его выполнения.
Как правило, полетное задание составляется автоматически, по заданному контуру площадного объекта или узловым точкам линейного объекта. Кроме того, существует возможность проектирования полетных маршрутов, исходя из необходимой высоты полета и требуемого разрешения фотоснимков на местности. Для автоматического выдерживания заданной высоты полета есть возможность учесть в полетном задании цифровую модель местности в распространенных форматах.
Во время полета на картографической подложке монитора НСУ отображается положение БПЛА и контуры снимаемых фотографий. Оператор имеет возможность во время выполнения полета оперативно перенацелить БПЛА на другой район посадки и даже оперативно посадить беспилотник с «красной» кнопки наземной системы управления. По команде с НСУ могут быть запланированы и другие вспомогательные операции, например — выброс парашюта.
Кроме обеспечения навигации и обеспечения полета автопилот должен управлять фотоаппаратом, чтобы получать снимки с заданным межкадровым интервалом (как только БПЛА пролетит нужное расстояние от предыдущего центра фотографирования). Если заранее рассчитанный межкадровый интервал не выдерживается стабильно, приходится настраивать время срабатывания затвора с таким расчетом, чтобы даже при попутном ветре продольное перекрытие было достаточным.
Автопилот должен регистрировать координаты центров фотографирования геодезического спутникового приемника ГЛОНАСС/GPS, чтобы программа автоматической обработки снимков смогла построить модель быстро и привязать ее к местности. Требуемая точность определения координат центров фотографирования зависит от технического задания к выполнению аэрофотосъемочных работ.
Аэрофотосъемочное оборудование на БПЛА устанавливается в зависимости от его класса и цели использования.
На микро- и мини-БПЛА устанавливаются компактные цифровые фотокамеры, комплектуемые сменными объективами с постоянным фокусным расстоянием (без трансфокатора или zoom-устройства) весом 300–500 граммов. В качестве таких камер в настоящее время используются фотоаппараты SONY NEX-7
с матрицей 24,3 МП, CANON600D матрицей 18,5 МП и подобные им. Управление срабатыванием затвора и передача сигнала от затвора в спутниковый приемник производится с помощью штатных или незначительно доработанных электрических разъемов фотоаппарата.
Рис. 4. Схема размещения аэроснимков (голубые прямоугольники с подписями номеров)
ВОЗМОЖНОСТИ БПЛА
Согласно требованиям документа «Основные положения по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов» ГКИНП-09-32-80 носитель аэрофотосъемочной аппаратуры должен предельно точно следовать проектному положению маршрутов аэрофотосъемки, выдерживать заданный эшелон (высоту фотографирования), обеспечивать требования по соблюдению предельных отклонений по углам ориентирования фотокамеры — наклон, крен, тангаж. Кроме того, навигационная аппаратура должна обеспечивать точное время срабатывания фотозатвора и определять координаты центров фотографирования.
Выше указывалась аппаратура, интегрированная в автопилот: это микробарометр, датчик воздушной скорости, инерциальная система, навигационная спутниковая аппаратура. По проведен-ным испытаниям (в частности, БПЛА Geoscan101) были установлены следующие отклонения реальных параметров съемки от заданных:
• уклонения БПЛА от оси маршрута — в диапазоне 5–10 метров;
• уклонения высот фотографирования — в диапазоне 5–10 метров;
• колебание высот фотографирования смежных снимков — не более 2 метров.
Возникающие в полете «елочки» (развороты снимков в горизонтальной плоскости) обрабатываются автоматизированной системой фотограмметрической обработки без заметных негативных последствий.
Фотоаппаратура, устанавливаемая на БПЛА, позволяет получить цифровые изображения местности с разрешением лучше 3 сантиметров на один пиксель. Применение коротко-, средне-, и длиннофокусных фотообъективов определяется ха-рактером получаемых готовых мате-риалов: будь это модель рельефа или ортофотоплан. Все расчеты производятся так же, как и в «большой» аэрофотосъемке.
Применение двухчастотной ГЛО-НАСС/GPSспутниковой геодезической системы для определения координат центров снимков позволяет в процессе постобработки получить координаты центров фотографирования с точностью лучше 5 сантиметров, а применение метода PPP(PrecisePointPositioning) — позволяет определять координаты центров снимков без использования базовых станций или на значительном удалении от них.
Конечная обработка материалов аэрофотосъемки может служить объективным критерием оценки качества выполненной работы. Для иллюстрации можно рассмотреть данные об оценке точности фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки с БПЛА, выполненной в ПО «PhotoScan» (производства фирмы Agisoſt, г. СанктПетербург) по контрольным точкам (табл. 2).