Информационно-измерительная система пирометрического типа для малоразмерного беспилотного летательного аппарата (БПЛА)

• Автор: Товкач, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 191 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР МАЛОРАЗМЕРНЫХ БПЛА. КОНЦЕПЦИЯ КОНСТРУКЦИИ БПЛА

1.1. Обоснование выбора класса малоразмерных БПЛА для изучения

1.2. Аэродинамическая компоновка малоразмерных БПЛА

1.3. Комплексированные системы ориентации и навигации БПЛА

1.4. Авионика малоразмерных БПЛА

1.4.1. Способы управления полетом

1.4.2. Способы определения координат

1.4.3. Полёт по контрольным точкам и прохождение точки
1.4.4. Режимы управления БПЛА и варианты реализации автопилота
1.4.5. Способы угловой стабилизации БПЛА
1.5. Отличия концепций проектирования военных и гражданских БПЛА
1.6. Концепция интегрированной модульной авионики (ИМА)
1.7. Реализация ИМА в аппаратуре БПЛА
1.7.1. Устройство НАУ малоразмерных БПЛА
1.8. Системы ориентации БПЛА
Выводы
2. ПИРОМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОРИЕНТАЦИИ (ВЕРТИКАЛЬ)
2.1. Принцип действия пирометрической вертикали
2.2. Определение требований к элементному составу пирометрической вертикали и технических ограничений
2.3. Определение углов ориентации пирометрической вертикалью с четырьмя пирометрами
2.4. Определение углов ориентации пирометрической вертикалью с шестью пирометрами
2.5. Устранение взаимовлияния углов крена и тангажа применением шести пирометров
2.6. Оценка погрешности ПВ
2.6.1 Определение рабочих характеристик пирометра и ПВ
2.6.2. Модель ПВ и коррекция её рабочей характеристики
2.7. Экспериментальное исследование пирометрической вертикали
2.8. Цифровая обработка сигналов пирометрической вертикали. Компенсация шума
2.9. Интегрирование в пирометрическую вертикаль магнитного датчика курса
2.10. Комплексирование пирометрической вертикали с инерциальными элементами
2.11. Схема глубокого комплексирования способом фильтрации
2.12. Комплексирование по слабосвязанной схеме способом компенсации
2.13. Разработка метода подавления помех в комплексированной системе по
каналу пирометрической вертикали
Выводы

3. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИСТЕМЫ БПЛА-АВТОПИЛОТ
3.1. Уравнения движения и передаточные функции Б1Н1А
3.2. Аэродинамика планера БПЛА
3.3. Аэродинамические коэффициенты
3.4. Методика виртуальной продувки
3.5. Геометрические параметры и профили крыльев
3.6. Ускорение моделирования методом уменьшения модели
3.7. Аналитическая проверка коэффициентов
3.8. Математическая модель рулевого привода
3.9. Определение параметров рулевого привода
3.10. Исследование динамики рулевого привода аэродинамического руля.
3.11. Экспериментальная проверка коэффициентов
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АП - автопилот.
АУиС - аппаратура управления и связи.
АЧТ - абсолютно чёрное тело.
БАС - беспилотная авиационная система.
БАУ - бортовая аппаратура управления.
БВС - бортовая вычислительная система.
БПЛА - беспилотный летательный аппарат.
БСО - бесплатформенная система ориентации.
ГА - генетический алгоритм.
ГП - генетическое программирование.
ДВ - датчик высоты.
ДВД - датчик воздушного давления.
ДВС - двигатель внутреннего сгорания.
ДТ - датчик температуры.
ДУС - датчик угловой скорости.
ИВП - интерфейс внешней памяти.
ИВ С - интегрированная вычислительная среда.
ИК - инфракрасный.
ИМА - интегрированная модульная авионика.
КСН - комплексированная система навигации.
КСО - комплексированная система ориентации.
ЛА - летательный аппарат.
МК - микроконтроллер.
МКс - магнитный компас.
ММА - микромеханический акселерометр.
ММГ - микромеханический гироскоп.
НАУ — наземная аппаратура управления.
НИР - научно-исследовательская работа.
ОЗУ - оперативное запоминающее устройство.
ОС - операционная система.
ПВ - пирометрическая вертикаль.
ПЗУ - постоянное запоминающее устройство.
ПК - персональный компьютер.
ПО - программное обеспечение.
ППМ - поворотный пункт маршрута.
РМ - рулевая машинка.
РУ - радиоуправление.
РФ - Российская Федерация.
САУ - система автоматического управления.
САХ - средняя аэродинамическая хорда (крыла).
СНС - спутниковая навигационная система.
СО - система ориентации.
США - соединённые штаты Америки.
ТТХ - тактико-технические характеристики.
ФК - фильтр Калмана.
ФСС - фильтр скользящего среднего.
ШИМ - широтно-импульсная модуляция.
ЭВМ - электронная вычислительная машина.
ЭПП - Экструзионный полипропилен.
На рис. 1.166 показано, что величина векторного произведения двух трёхмерных векторов Гия равна площади параллелограмма, построенного на них (параллелограмм достроен пунктиром). Одновременно эта площадь равна произведению основания Р,Р2 на высоту к параллелограмма, а длина высоты как раз и равняется минимальному расстоянию, на котором от точки Р был БПЛА в течение полёта между точками Р1 и Р2. Отсюда высота к может быть получена как отношение модуля векторного произведения Ги а на модуль Г :

Однако, для ситуаций на рис. 1.16а и рис. 1.16в такой подход не пригоден. Вычисление расстояния в этих случаях отличается, т.к. основание перпендикуляра к, опущенного из Р, может не лежать на отрезке Р1Р2 [58]. В этом случае кратчайшим расстоянием будет дистанция от Р до одной из крайних точек отрезка Р]Р2. Для нахождения этого расстояния следует решить, какой конец отрезка РР2 ближе к Р (см. рис. 1.17).
Рис. 1.17. К определению положения точки Р
Можно вычислить оба расстояния и сравнить, однако это малоэффективно. При скорости полёта 20 м/с и частоте обновления координат СНС приёмником, типично равной 1 Гц, расстояние между точками Р2 и Р2 составит 20м, в то время как расстояние до точки Р может исчисляться сотнями метров. Разница длин отрезков Р/Р и Р2Р, с учётом типичной погрешности СНС приёмника порядка ±5м, не позволит однозначно определить положение точки. Кроме того, нужно определить, лежит ли основание перпендикуляра к вне отрезка Р]Р2. Простой путь решения заключается в том, чтобы рассмотреть углы между