Система управления комплексными методами борьбы с малогабаритными беспилотными летательными аппаратами

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 623. 418
Годунов А. И., Шишков С. В, Юрков Н. К.
Пензенский государственный университет, Пенза, Россия
Пензенский артиллерийский инженерный институт, Пенза, Россия
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫМИ МЕТОДАМИ БОРЬБЫ С МАЛОГАБАРИТНЫМИ БЕСПИЛОТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ
В настоящее время развитие компьютерных и нано технологий позволило начать разработку малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА), которые предполагается использовать для решения специфических задач при проведении разведывательных операций, и с помощью искусственного интеллекта выбирать и поражать цели. Процесс выбора и поражения целей происходит на малой высоте, когда существующие системы борьбы с воздушными целями не эффективны. С целью решения данной проблемы, необходимо разработать методы борьбы с МБЛА и комплексную систему их управления.
Известны различные системы управления средствами борьбы с воздушными целями, такие как способ применения беспилотных летательных аппаратов и устройство управления, способ дистанционного управления полетом беспилотного летательного аппарата и беспилотная авиационная система, система управления беспилотным летательным аппаратом [1−3].
Недостатками данных изобретений являются использование активного канала управления, наземного оборудования радиоуправления, использование нескольких аппаратов, набор комплексов, не оптимизированных для борьбы с МБЛА.
Известны различные способы наведения средств поражения на цели, такие как способ наведения оптического прицела на цель, огневая секция [4,5].
Недостатком является использование основного радиоканала обнаружения, и конечное наведение осуществляется оператором по оптическому каналу и зависит от его профессионализма, т. е. велика ошибка, зависящая от человеческого фактора, в случае обнаружения МБЛА радиоканал и наведения ракеты с головками самонаведения малоэффективны, и очень дорого их применение, достаточно не управляемых ракет на коротких расстояниях.
Известна так же система наведения объекта вооружения на цель [б]. Недостатками, которой являются: сложность конструкции, большие размеры, высокая стоимость ракеты с головкой самонаведения, которая малоэффективна против малоразмерного МБЛА, использование одного теплового канала обнаружения, при незначительных температурных колебаниях между фоном и МБЛА малоэффективен, отсутствие системы автоматического выбора способа и средства поражения, не решена задача захвата и поражения МБЛА за преградами (дома, горы и т. д.)
Предложенная система управления комплексными методами борьбы с МБЛА включает в себя систему обнаружение и прицеливания 1 (рис. 1), а также системы скрытности 2, перехвата 3, подавления 4
(7), поражения 5(8) и захвата б, характеризующие параллельную работу в оптическом, звуковом и радиолокационном диапазонах электромагнитных волн. Предложенную систему управления комплексными методами борьбы с МБЛА возможно размещать как на стационарных объектах, так и на подвижных объектах (наземных, воздушных и морских). Система обнаружения и прицеливания 1 позволяет получить информацию в пассивном режиме, на основе которой система обработки информации и формирования команд 9, используя программный комплекс, строит достоверное трехмерное объемное изображения МБЛА на ЭВМ 15 (трёхмерная графика на основе прикладных программ — DirectX, OpenGL). Система обра-
ботки информации и формирования команд 9 позволяет распознать МБЛА (сравнивая с базой данных, используя библиотеку на основе OpenCV), определить его дальнейшее направление движения и точку для прицеливания, захвата, перехвата, подавления, поражения МБЛА и скрытности от него объекта.
Для управления методами захвата, подавления и поражения с помощью МБЛА используется система управления МБЛА 10, для управления методами скрытности от МБЛА противника, его перехвата, подавления и поражения используется система управления боевой частью 11 (рис. 1).
Рис. 1. Схема системы управления комплексными методами борьбы с малогабаритными беспилотными летательными аппаратами
Передача команд на процессор 13 осуществляется перед запуском МБЛА или в процессе охраны им воздушного пространства, через ЭВМ 15 с искусственным интеллектом и управлением с двух пультов управления, размещенных на объекте 16 и одного пульта управления выносного (в форме чемоданчика) 17. Навигация МБЛА осуществляется системой определения пространственных координат 19. Управление МБЛА осуществляет система управления МБЛА 20.
Система управления боевой части 11 работает на основе команд, формируемых системой обработки информации и формирования команд 9. Наведение систем 2,3,4,5 осуществляется с помощью системы навигации и топопривязки боевой части 21, и системой вертикального и горизонтального наведения 22 (системы наведения по вертикали 23 и по горизонтали 24).
Полученные данные от системы обнаружение и прицеливания 1 в виде синхронизированных данных поступают в систему обработки информации и формирования команд 9, где с помощью программного комплекса, производится обработка информации и полученное изображение высвечивается на мониторах пультов управления 16 и 17. Изображение всего пространства на мониторе исследуются оператором, а также программным комплексом, основанным на работе искусственного интеллекта по выбору наиболее опасного МБЛА и системы для борьбы с ним. «Искусственный интеллект», с помощью автоматически обновляющихся данных о МБЛА распознает их тип, вид и класс и предлагает оператору варианты боевой работы: «скрытность», «перехват», «захват», «подавление» или «поражение». Так же есть автоматический режим, когда с разрешения оператора, «искусственный интеллект» управляет комплексными методами борьбы с МБЛА самостоятельно. Также с помощью «Ручного управления» оператор с пультов управления 16 и 17 может сам управлять МБЛА и боевой частью для борьбы с МБЛА противника.
Система обнаружения и прицеливания 1 состоит из трех и более пространственно разнесённых точек обнаружения 18 на гиростабилизирующих платформах 25, связанных между собой рабочими базами 26, автоматически определяющими расстояния между собой и свои пространственные координаты, что позволяет разместить в любых удобных местах, как на подвижном объекте, так и стационарном (рис. 2). На каждой базе размещено по три датчика: датчик 27 (камера кругового обзора), работающий в оптическом диапазоне, датчик 28, работающий в акустическом диапазоне и датчик 29, работающий в трех и более настраиваемых радиолокационных диапазонах электромагнитных волн. Управление работой и обработкой полученной информации осуществляется ЭВМ 15 с элементами искусственного интеллекта, который сам выбирает наиболее эффективные датчики для более точного обнаружения и определения пространственных координат МБЛА и прицеливания средств поражения в различных условиях.
Рис. 2. Схема системы обнаружения и прицеливания с использованием трех пространственно разнесенных баз со средствами обнаружения
Рассчитанные пространственные координаты по информационному лазерному каналу (проводной резервный), через входное и выходное устройство размещено на гиростабилизированной платформе 12, поступает в боевую часть 32 системы поражения. Гиростабилизированная платформа 30 предназначена для устойчивой работы боевой части 32 и пакета направляющих 33, с кассетным заряжанием, для поражения МБЛА во время стрельбы, размещения блока питания, кругового беспроводного соединения 12 с ЭВМ 15 и крепления механизмов наведения двух пакетов направляющих 33 с шестнадцатью и более ракетами. Наведение пакета направляющих 33 осуществляется с помощью механизмов горизонтального наведения 24 (рис. 3) и вертикального наведения 23 с помощью электродвигателей, питание которых поступает через вилку карданного подвеса 31.
чатого вещества и детонатора с замедлителями, двигателя на твердом
элементы поражения, взрыв-топливе. Установка таймера
замедлителя и пуск ракеты производится с помощью электро-датчика, сигналом переданного с ЭВМ 15. Пуск ракеты осуществляется по выбору ЭВМ 15, в зависимости от класса, типа и вида МБЛА. Перезарядка осуществляется установкой кассетой ракет в направляющую 33.
Подвижная платформа 34 систем скрытности объекта от МБЛА, подавления и перехвата МБЛА установлена на верху боевой части 32, где размещается система навигации и топопривязки 21 (рис. 3).
Система скрытности работает следующим образом (рис. 4). Данные о вертикальном и горизонтальном углах наклона поступают на блок управления подвижной головки, в состав которого входят: устройство наведения по вертикали 35, штанги крепления устройства наведения по вертикали и по высоте 36, механизм наведения по горизонтали 37 и подвижная головка 38, которые размещены на платформе устройства наведения по горизонтали и регулировки по высоте 34. Точное наведение подвижной головки с излучателем и приемником излучения достигается с помощью применения сверхчувствительных электродвигателей, обеспечивающих направление излучения на расстоянии до 20 км и более.
Рис. 4. Схема системы скрытности, подавления и радио-перехвата МБЛА Таким образом, блок управления подвижной головки работает следующим образом: сигнал с ЭВМ 15 поступает на устройства наведения 37 и 35, которые поворачивают подвижную головку в сторону МБЛА одновременно с системой создания пространственных изображений 39 [7], а размещенная в ее корпусе
на 1800 голографическая видеокамера 40 [8], (осуществляющая съемку фоновой обстановки местности
до размещения на нем объекта) снимает излучение от фона и объекта 41. Информация от голографической видеокамеры поступает на ЭВМ 15 о фоно-объектной и фоновой обстановки вокруг объекта (рис. 4). Программное обеспечение позволяет проконтролировать правильность наведения подвижной головки в сторону МБЛА и производить удаление объекта из кадров видеопоследовательности (заполнение на кадрах видеопоследовательности координат цвета объекта цветом фона) или замену на отснятую заранее, без объекта фоновую обстановку. С ЭВМ 15 обработанные кадры видеопоследовательности поступают на систему для создания пространственных изображений 39, откуда проецируется в сторону МБЛА голографическое изображение 42 фоновой обстановки, тем самым скрывая объекты в диапазоне частот видимого спектра [9].
Система подавления основана на использовании лазерного излучения в двух диапазонах электромагнитных волн, оптические квантовые генераторы (ОКГ) 43, которые размещены в корпусе подвижной
головки 38 (рис. 4). ОКГ готовые к работе на момент наведения, испускают направленное лазерное
излучение 44. Программное обеспечение позволяет определить пространственные координаты МБЛА, рассчитать мощность лазерного излучения, площадь светового ореола и отобразить их на мониторе. Одновременно с этим, программа позволяет сопоставлять исходные данные координат МБЛА на мониторе с вновь полученными данными о пространственных координатах МБЛА противника. С помощью корректирующих сигналов углоизмерительных устройств происходит более точное наведение светового ареола в пространстве на МБЛА.
Система перехвата работает на основе существующего комплекса «Шиповник» с помощью антенны 45 и аппаратуры, размещенной в верхней боевой части 21. В автоматическом режиме заглушает радиоканал управления МБЛА противника и блокирует его канал навигации. С помощью своего радиоканала управляет МБЛА противника в своих целях. Управление МБЛА противника может осуществляться как автоматически, та и в «ручном режиме» операторами, используя пульты управления 16 и 17.
Система управления МБЛА работает следующим образом: МБЛА запускается при обнаружении системой обнаружение и прицеливания 1 МБЛА противника, либо приступает к борьбе при патрулировании пространства (рис. 5). Используя камеры кругового обзора, МБЛА ориентируется так, чтобы зайти выше, сзади или спереди МБЛА противника по встречному курсу или с любой другой стороны, для точной сброски устройства борьбы.
Используя бортовой процессор 46 (рис. 5) на основе искусственного интеллекта [10], МБЛА заходит на рассчитанную высоту и дальность относительно МБЛА противника. Процессор подает команду на сброс одного из шести устройств борьбы, находящихся в специальных отсеках, открывающихся внизу фюзеляжа 47. Два устройства захвата 48, два устройства подавления 49 и два устройства поражения 50. При работе устройства захвата 48 сеть 51 со встроенным крепежным элементом посередине и парашютным отделением выстреливается с помощью пиротехнических патронов. Грузила 52 обеспечивают
разворачивание сети 51для захвата МБЛА 53. Высокопрочные полимерные нити и уравненная скорость полета МБЛА для захвата и МБЛА противника 53 обеспечивают высокую точность и дальность полета сети 51. В момент охвата МБЛА противника 53 сетью 51 грузила 52 запутываются на одной из сторон МБЛА противника 53. Происходит резкое падение МБЛА 53. Натягивается высокопрочная нить 54 между сетью 51 и устройством крепления в специальном отсеке 48, при этом парашют 55 раскрывается и начинает тормозить спуск захваченного МБЛА 53 (рис. 6). МБЛА транспортирует в запрограммированный район, либо выбирает наиболее благоприятный рельеф местности для успешной эвакуации захваченного МБЛА противника 53 и продолжает патрулирование пространства. В случае промаха по команде процессора 46 устройство крепления отпускает нить 54, и МБЛА для захвата МБЛА 53 повторяет заход в атаку и производит повторный выстрел из другого отсека по МБЛА противника 53.
При работе устройство подавления 49, покинув отсек, раскрывает парашют 55 и устройство подавления спускается в расчетную точку пространства. В расчетной точке пространства с помощью детонатора происходит подрыв взрывчатого вещества, при взрыве которого элементы подавления, в виде красителя, не пропускающие свет в оптическом диапазоне электромагнитных волн, разлетаются по строго секционной направленности и попадания на оптические элементы приборов наблюдения и разведки МБЛА противника 53. Образованная пленка на оптических элементах МБЛА противника 53 взрывной волной и красителем приводит его в неработоспособное состояние, то есть к полному подавлению средств наблюдения и разведки в оптическом диапазоне электромагнитных волн. [11]
Рис. 6. Работа МБЛА по захвату транспортировки МБЛА противника
При работе устройства поражения 50 покинув отсек, раскрывает парашют 55 и устройство поражения спускается на расчетную высоту. На расчетной высоте с помощью детонатора происходит подрыв взрывчатого вещества, при взрыве которого элементы поражения разлетаются, по строго секционной направленности, имея максимальную эффективность поражения МБЛА противника 53. Изменяя структуру МБЛА противника 53 взрывной волной и элементами поражения, приводит его в неработоспособное состояние или к полному уничтожению.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шароварин Е. В., Малыгин И. В. Способ применения беспилотных летательных аппаратов и устройство управления. — ФИПС. Патент на изобретение № 2 457 531, 27. 07. 2012 г.
2. Куликов В. Е., Сатовский Б. Л. Способ дистанционного управления полетом беспилотного летательного аппарата и беспилотная авиационная система. — ФИПС. Патент на изобретение № 2 475 802,
27. 07. 2012 г.
3. Андриевский В. Р., Войнов Е. А., Куликов В. И., Никольцев В. А., Пахомов В. М., Плещенко О. Г. ,
Подоплекин Ю. Ф., Симановский И. В., Соловьева В. В., Шаров С. Н. Система управления беспилотным летательным аппаратом. — ФИПС. Патент на изобретение № 2 189 625, 20. 09. 2002 г.
4. Шипунов А. Г., Образумов В. И., Давыдов А. М., Сукачев Л. И., Пучков А. А., Поваров В. А. Способ наведения оптического прицела на цель. — ФИПС. Патент на изобретение № 2 217 681, 09. 04. 2001 г.
5. Башкиров Л. Г., Демидов А. В., Капустин В. А., Кауфман Г. В., Каюмжий В. Н., Пигин Е. А., Сокиран В. И., Солнцев С. В. Огневая секция. — ФИПС. Патент на изобретение № 2 229 668, 27. 05. 2004 г.
6. Ширнин В. Я., Кашин В. М., Качалин В. А., Молокин А. В., Лень Н. А., Смирнов А. Г., Фокин Р. В., Батехин С. Л., Родин Сова Юрий Владимирович, Вищук В. А. Система наведения объекта вооружения на цель. — ФИПС. Патент на изобретение № 2 229 670, 27. 05. 2004 г.
7. Чоппе В., Брюггерт Т., Рельке И., Отте Ш., Клиппштайн М. Способ и система для создания пространственных изображений — ФИПС. Патент на полезная модель RU № 2 323 542, 25. 02. 2004.
8. Аниканов А. Г., Путилин А. Н., Ким Т. Оптическая система голографической видеокамеры — ФИПС. Патент на полезная модель RU № 2 464 608, 21. 02. 2011.
9. Шишков С. В. Устройство скрытности объектов от МДПЛА в световом ареоле. [Статья]. Журнал «Радиопромышленность». Выпуск 4. Перспективы построения АСУ специального назначения. Москва, 2011.С. 98−102.
10. Шишков С. В. Анализ современных систем распознавания целей с использованием нейронных сетей. [Статья]: /Чернов Е.А., Исаев Э.К./. Журнал «Радиопромышленность». Выпуск 4. Перспективы построения АСУ специального назначения. Москва, 2011, с. 58−67.
11. Трифоненко И. М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И. М. Трифоненко, Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. — Т. 1. — С. 396−399

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой