CC BY
208
ных отказов, связанных с различными типами оши- наилучшей версией программного обеспечения будет бок, и разную вероятность их появления. Аргумен- та, у которой показатель надежности будет выше, том модели является число прогонов программы n.
ЛИТЕРАТУРА
1. Демин А.А., Карпунин А.А., Ганев Ю.М. Методы верификации и валидации сложных программных систем // Программные продукты и системы. 2014. № 4. С. 229-233.
2. Карпунин А.А., Ганев Ю.М., Чернов М.М. Методы обеспечения качества при проектировании сложных программных систем // Надежность и качество сложных систем. 2015. № 2 (10). С. 78-84.
3. Чеканов А.Н. Расчеты и обеспечение надежности электронной аппаратуры. М.: Кнорус, 2012. 440
с.
4. Камышная Э.Н., Маркелов В.В., Соловьев В.А. Программное обеспечение конструкторских расчетов РЭС и ЭВС. Расчет надежности. - Москва, Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана. 2000. Том 4. 32 с.
5. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 36 с.
6. Прытков С.Ф. Надежность электрорадиоизделий: справочник - М. Изд-во ЦНИИ МО РФ, 2004.
7. Власов А.И., Карпунин А.А., Ганев Ю.М. Системный подход к проектированию при каскадной и итеративной модели жизненного цикла // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2 015. Т. 1. С. 96-100.
8. Белов Б.И., Шерстнев В.В., Маркелов В.В., Съедугин В.В., Чеканов А.Н. Экранирование и межсоединения в ЭВА и РЭА. Расчеты надежности ЭВА и РЭА - Москва, Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана. 1980. 40 c.
9. Камышная Э.Н., Маркелов В.В., Михеев Г.А., Соловьев В.А. Автоматизированный метод расчета характеристик надежности изделий авионики // В сборнике: Аэрокосмические технологии Научные материалы Третьей международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика В.Н. Челомея. 2014. С. 126-127.
10. Абрамов О.В. Параметрическая надежность: расчет и оптимизация // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 1. С. 23-26.
УДК 656.052
Сергушов И.В., Абакумов А.В., Ульянина Ю.А., Ермаков Р.В., Львов А.А., Кузьменко И.К., Лившиц Д.Ю., Гуцевич Д. Е.
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., Саратов, Россия ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОСАДКИ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА НЕПОДГОТОВЛЕННУЮ ПОСАДОЧНУЮ ПЛОЩАДКУ
С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМЫ ЛАЗЕРНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
В статье описывается система обеспечения автоматической посадки, обеспечивающая заход на выбранную площадку на основе идентификации подстилающей поверхности в режиме реального времени. В данной статье предложено направление, позволяющее с применением минимально возможных затрат осуществлять выполнение безопасного и точного выполнения автоматического захода на посадку пилотируемых и беспилотных вертолетов на любую не оборудованную в инженерном отношении площадку.
Предлагаемое направление не полностью решает задачу осуществления автоматической посадки вертолета на неподготовленную площадку в автоматическом режиме. Также важной и не раскрытой задачей является определение качества подстилающей поверхности. Осуществлять касание земли необходимо на твердой и ровной поверхности, с указанными в статье характеристиками по прочности, отсутствию препятствий и минимально допустимым наклоном.
Ключевые слова:
УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ; АЛГОРИТМЫ; ЛАЗЕРЫ; АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПОСАДКА; РЕЛЬЕФ
Введение. При осуществлении полетов летатель- посадка в песок и на неутрамбованный гравий мо-ных аппаратов в воздушном пространстве важнейшую жет привести к повреждению вертолета. При осу-роль играет выполнение требований безопасности. ществлении захода на посадку предъявляются тре-Для пилотируемых и беспилотных летательных ап- бования к непрерывности поступления информации паратов в настоящее время предъявляются требо- об абсолютном местоположении вертолета в про-вания обеспечения безопасного и точного выпол- странстве, а также положении относительно поса-нения автоматического захода на посадку. дочной площадки. Серьезную опасность представ-
При широком применении беспилотных ЛА возни- ляет потеря сведений о местоположении и про-кает ряд проблем, наиболее серьезной из которых странственной ориентации на финальном этапе -является проблема осуществления безаварийной по- когда даже небольшие уходы в сторону от траек-садки на неподготовленную посадочную площадку в тории посадки могут привести к столкновению с автоматическом режиме. В литературе [1-4] по деревьями, домами и иными препятствиями. На заданной проблематике выделяется несколько путей вершающем этапе посадки приоритет приобретает решения поставленной задачи: информация об относительном положении летатель-
1) Осуществление посадки под руководством ного аппарата к посадочной площадке над абсолют-оператора (необходим управляющий радиоканал); ными координатами.
2) Использование ультразвуковых, лазерных или Постановка задачи. Задачи автоматической по-радиолокационных средств анализа поверхности; садки успешно решаются современными автопилотами
3) Осуществление посадки на подготовленную и системами обеспечения автоматической посадки площадку либо использование пассивных методов [5-7]. Но существует проблема выбора места по-посадки (парашюты, устройства захвата и т.д.). садки, если оно не было выбрано или проинспек-
Как видно, полностью задача осуществления ав- тировано и одобрено заранее, особенно в случае томатической посадки вертолета на неподготовлен- аварийной посадки или при решении задач спасания ную площадку в автоматическом режиме не решена. в труднодоступной местности.
Кроме того, данная проблема усугубляется нали- Вертолет в соответствии со своим заданием не
чием у ЛА вертолетного типа так называемой вы- всегда может вернуться в точку отправления, соты невозврата - высоты, при прохождении кото- например, при доставке грузов, и отправке из мерой во время снижения вертолет не может осуще- ста доставки других нагрузок.
ствить набор высоты. Решение о посадке должно Решение данной задачи особенно актуально для
быть принято до прохождения этой высоты. регионов России с ее обширной территорией, от-
При заходе на посадку пилотируемых и беспи- сутствием достаточного количества предвари-лотных летательных аппаратов вертолетного типа тельно выбранных и оборудованных посадочных пло-для безопасности выполнения этого маневра необ- щадок и острой необходимостью воздушного сооб-ходимо обеспечить касание поверхности на гори- щения.
зонтальной площадке с твердым покрытием. Посадка Для сравнения на рис. 1 и. 2 продемонстриро-
на неровную и/или наклонную поверхность, как и вана плотность оборудованных площадок (ВПП) в
Европе и России (Приведенные карты в - разных масштабах).
Рисунок 1 - Плотность оборудованных площадок (ВПП) в Европе
Рисунок 2 - Плотность оборудованных площадок (ВПП) в России
Рисунок 3 - Мобильные наземные средства посадочной площадки
Кроме того, оборудование посадочных площадок мобильными наземными средствами (рис. 3) (а они как правило многокомпонентные) и их обслуживание с учетом низкого трафика нерентабельно.
Таким образом, с учетом того, что современные вертолеты имеют развитое бортовое оборудование, обеспечивающее высокую степень автоматизации выполнения полета, целесообразно решать задачу
возможности посадки и выбора места посадки силами бортового оборудования вертолета и входящей в его состав системы определения места посадки, выдающей сигналы в автопилот вертолета.
К настоящему моменту все известные способы посадки БЛА можно классифицировать следующим образом: на подготовленную площадку, дополнительно оборудованную специализированными устройствами механического захвата; по-самолетному на подготовленную площадку, дополнительно оборудованную радиотехническими средствами посадки; по-самолетному на подготовленную, но необорудованную радиотехническими средствами посадки площадку с использованием только бортового комплекса измерительно-информационной аппаратуры; на подготовленную, но необорудованную радиотехническими средствами посадки площадку с использованием парашюта и шасси, как средства амортизации.
Для автоматической посадки необходима ровная, без препятствий поверхность, имеющую твердую основу. В качестве подходящей поверхности может быть выбрана либо грунтовая, либо бетонная поверхность, а также плотный песок, неглубокий снег или лед.
Таким образом, до начала осуществления посадки система автоматического управления должна иметь сведения о:
1. Угле наклона выбранной площадки по отношению к горизонту;
2. Отсутствии существенных неровностей и препятствий;
3. Твёрдости грунта на выбранной площадке;
4. Характере поверхности (грунт, вода, гравий и т.п.);
5. Отсутствии вблизи от выбранной площадки границ "поле лес" и "суша - вода "
6. Силе и направлении ветра
Формирование требований к системе
Система обеспечения автоматической посадки (далее по тексту СОАП) обеспечивает достаточно точное определение местоположения вертолета относительно посадочной площадки и позиционирование вертолета над площадкой на весь период выполнения посадки. К средствам определения положения объекта в пространстве, информационным системам предъявляются очень жесткие (по макимуму) точностные требования. Чтобы обеспечить посадку с заданными точностями необходимо предоставить в автопилот относительные координаты самолета в системе с центром координат в заданной точке.
На основании [8] и [9] разработана классификация подстилающей поверхности. Учитывая особенности применения классификации мы отошли от классических определений типа: бархан, аккумулятивный склон, карстовые формы, торос и т.п. В части осуществления посадки в виду размеров нас интересуют мезорельеф и микрорельеф. А классификация осуществляется по следующим характеристикам наклон и неровность поверхности, наличие растительности и ее размеры, плотность поверхности, наличие воды на поверхности, влажность поверхности, наличие на посадочной площадке крупных предметов, препятствующих посадке. На основании характеристик поверхности земли определим систему критериев пригодности площадки к осуществлению посадки. Поверхность должна быть достаточно твердой и достаточно ровной для того, чтобы вертолет смог осуществить касание поверхности и остановку двигателей.
Введем понятие подготовленной площадки[10], [11]. Вот типичное требование из эксплуатационной документации к подобной площадке для осуществления посадки вертолетов:
длина подготовленной площадки не менеее 30 метров, ширина - не менее 21 метра;
подготовленная площадка должна представлять собой ровную площадку с наклоном не более 3о, без заболоченных участков, участков с рыхлым грунтом или песком, ям, глубоких колей от транспортных средств, столбов, деревьев, кустарника, камней и иных предметов, о которые может повредиться БЛА при посадке;
при необходимости возможна очистка площадки от препятствий с помощью имеющихся в наличии штатных и подручных средств;
неровности на поверхности не должны превышать 100 мм под трехметровой рейкой, укладываемой в зоне прохода опор ВС;
прочность грунта не менее 5кгс/см2; площадка не должна находиться ближе 100-150 м от границ "поле лес" и "суша - водная поверхность" в связи с сильной турбулентностью атмосферы вблизи этих районов;
на поверхности площадки не должно быть: посторонних предметов или продуктов разрушения покрытия;
уступов высотой более 25 мм между кромками соседних плит и кромками трещин;
выбоин и раковин с наименьшим размером в плане более 50 мм и глубиной более 25 мм, не залитых мастикой;
сколов кромок плит и трещин шириной более 3 0 мм и глубиной более 25 мм, не залитых мастикой;
волнообразований, образующих просвет под трехметровой рейкой более 25 мм (кроме вершин двускатного профиля и дождеприемных лотков);
участков шелушения поверхности покрытий глубиной более 25 мм; замкнутых понижений поверхности покрытия, заполняемых водой длиной более 10 м, расположенных на пути движения опор ВС.
С учетом приведенных значений, при которых допустима посадка, и учитывая то, что завершение полета может быть как штатным, так и аварийным (во втором случае применяются более мягкие требования к качеству посадочной площадки - возможность ухода на второй круг или длительное барражирование в поиске оптимального варианта недопустимы, посадку необходимо осуществить за минимальное время) определим минимально необходимые требования к посадочной площадке для штатного и аварийного завершения полета.
В случае, когда необходимо осуществить экстренную посадку вертолета, выполняемую с целью скорейшего прекращения полета и не требующую обязательного безопасного взлета после осуществления посадки, то можно снизить требования к посадочной площадке. Определим такую посадку как аварийную.
Требования к посадочной площадке для осуществления аварийной посадки определим следующие: минимальные размеры рабочей площади посадочной площадки 10 х 10 м; максимально допустимые углы наклона поверхности площадки в любом направлении не более 10°; на удалении от края рабочей площади до 10 м за пределами посадочной площадки не должно быть препятствий выше 1 м; прочность грунта не менее 2 кгс/см2; неровности на поверхности не должны превышать 100 мм под трехметровой рейкой; при осуществлении посадки на такую площадку допускается повреждения шасси вертолета и наклон корпуса после посадки на углы, превышающие допустимые для последующего взлета.
Для определения качества подстилающей поверхности необходимо осуществить некоторый набор измерений рельефа, плотности и состояния поверхности земли в области гипотетического выполнения посадки. Эти действия необходимо полностью автоматизировать.
Современные средства изучения поверхности земли имеют различную физическую природу, в частности, наиболее освоенными и применяемыми являются: радиолокационные, лазерные, спектральные, ультразвуковые, визуальные.
Использование радиолокации интересно, перспективно, но в виду высокой стоимости, вреда здоровью экипажа и т.п. не является оптимальным. Спектральные и визуальные методы также не оптимальны, в виду существенной зависимости от погодных условий. Наиболее оптимальными являются лазерный и ультразвуковой методы сканирования поверхности. По результатам анализа возможных вариантов аппаратной реализации комплекса автоматической посадки и методов определения пространственного положения летательного аппарата с
учетом использования различных вариантов аппаратной реализации предложена следующая логика функционирования СОАП, которая сводится к следующим действиям: определение наличия и местоположения площадки, пригодной для осуществления посадки начинается сразу с момента включения системы ОАП и в зависимости от текущей геометрической высоты может быть охвачена соответствующая площадь подстилающей поверхности; на большой высоте СОАП осуществляет сканирование поверхности для определения мест предварительно пригодных для осуществления посадки; вертолет автоматически снижается по траектории, максимально приближенной к предварительно выбранным местам; по мере приближения к земле качество сканирования повышается и позволяет осуществить окончательное определение пригодности выбранных мест к выполнению посадки.
Если при приближении к поверхности земли СОАП определяет непригодность выбранных площадок к выполнению посадки, то при наличии возможности вертолет увеличивает высоту полета и осуществляет поиск мест посадки на большей, чем ранее площади. В случае, если ситуация аварийная и вертолет необходимо посадить обязательно, критерии к площадке снижаются. В случае аварийной посадки и при отсутствии возможных вариантов осуществляется аварийная посадка на максимально приближенное к требованиям место.
Радиолокационные методы определения рельефа со средних и больших высот (от 100 метров и выше) хорошо описаны в [12]. Ультразвуковые методы сканирования поверхности на малых высотах полета (не более 10 метров) описаны и приведены в [13] для применения в любое время года и в [14] для частного случая - зимнего периода. Наименее изученным является диапазон высот не более 100 метров над подстилающей поверхностью. В этом диапазоне представляет серьезную практическую ценность лазерное сканирование подстилающей поверхности.
Предлагаемая составная часть СОАП разрабатывается с учетом требований минимизации затрат и максимального упрощения конструкции. В результате определены основные требования к системе: отсутствие механически движущихся частей; минимизация требований по выставке и настройке элементов системы; работа в любых метеоусловиях и в любое время суток; возможность масштабирования системы на различные по размерам вертолеты.
На основании данных требований приняты следующие решения: система осуществляет активное сканирование поверхности; источником сигнала для сканирования являются лазерные излучатели; формируемый лазерный сигнал имеет вид перекрестья; используется шесть источников излучения; все источники излучают вниз параллельно вертикальной строительной оси вертолета; источники излучения располагаются на максимально возможном удалении друг от друга, попарно в центре масс, в передней и задней частях фюзеляжа. В каждой паре источники разносятся на максимальное удаление друг от друга; приемником является видеокамера (матричный детектор с высокой частотой обработки сканируемого изображения) с установленным фильтром, пропускающим сигнал в диапазоне работы излучателей; вычислитель системы взаимодействует с бортовым комплексом управления вертолетом для получения информации об ориентации в пространстве и действующих угловых скоростях и линейных ускорениях летательного аппарата.
Предлагаемая система характеризуется отсутствием необходимости установки высокоточного, крупногабаритного и дорогостоящего оборудования на борту и возможностью применения алгоритмов для посадки летательных аппаратов различных типов и классов
Описание системы
Принцип работы системы заключается в том, что координаты выбранной бортовым комплексом управления посадочной площадки заносятся в память системы. Системе передается управление пилотажным
комплексом вертолета в части построения траектории посадки. На основе заложенной базы данных по рельефам и возможным препятствиям система осуществляет ведение вертолета к площадке, корректируя его траекторию в реальном времени и устраняя возможные отклонения от заданной траектории.
Получение информации по подстилающей поверхности осуществляется математической обработкой полученных системой данных по местоположению узлов перекрестий на подстилающей поверхности. Отсутствие возможности осуществлять сканирование поверхности компенсируется сохранением данных о полученной информации при движении вертолета над поверхностью и восстановления данных по рельефу на основе получаемого математически псевдосканирования.
Точность определения расстояния до узлов перекрестий на поверхности зависит от разрешения матрицы видеокамеры и точности юстировки системы при сканировании узлов на задаваемых эталонных высотах. Диапазон работы системы зависит от дальности разнесения излучателей, т.е. прямо пропорциональна размеру вертолета.
Пязепы
Рисунок 4 - Расположение камеры и лазерных излучателей. Вид сверху
Параллельно направленные строительные оси излучателей и камеры (рис. 4) позволяют определять расстояние до всех 6ти точек на поверхности. Дальность и дискретность определения измеряемого расстояния зависят от дискретности матрицы видеокамеры и расстояния между строительными осями видеокамеры и излучателей. Для создания картины подстилающей поверхности необходимо проведение сканирования. Для неподвижных излучателей это достигается учетом двух особенностей полета вертолета: вертолет движется поступательно над подстилающей поверхностью движением вертолета, что непрерывно перемещает строительные оси излучателей и камеры в продольном направлении и вращает относительно вертикальной оси вертолета; вертолет непрерывно осуществляет вращательные движения по трем осям, что дает нам постоянно изменяющиеся отклонения строительных осей излучателей и камеры по продольной и поперечной осям.
В статье [15], а также проводя анализ малого вертолета типа «Орленок» разработки и производства ООО «ОКБ Ротор», легко видеть, что значения
отклонении вертолета относительно установившегося режима полета в канале крена достигает плюс-минус 4 градуса, по каналу тангажа до 1 градуса, по курсу до плюс-минус 3 градусов. Колебания осуществляются с частотой 0.5 - 2 Гц. Подобные отклонения позволяют с высоты 100 метров иметь отклонения строительных осей до 8 метров от установившегося маршрута полета. Благодаря этому мы осуществляем непрерывное сканирование подстилающей поверхности при неподвижных строительных осях излучателей и камеры относительно корпуса вертолета.
Первоначально навигационное обеспечение вертолета строится на основании данных спутниковых навигационных систем и собственной/собственных бесплатфоменных инерциальных навигационных систем [16], [17]. Вертолет движется в пространстве, имея всю необходимую абсолютную информацию по собственному местоположению и ориентации в пространстве.
С момента принятия решения об осуществлении автоматической посадки вертолет осуществляет поиск допустимых мест для посадки продолжая использовать ИНС и СНС. Но с момента определения конкретной посадочной площадки навигационное обеспечение становится относительным. Имея собственную актуальную оперативно построенную трехмерную карту местности система автоматического управления вертолетом и СОАП осуществляют управление полетом, построение траектории посадки (глиссады) относительно подстилающей поверхности. Непрерывно работающие излучатели и камера обеспечивают СОАП информацией о местоположении вертолета относительно посадочной площадки, геометрической высоте и векторе скорости в режиме реального времени. Частота обновления информации по результатам предварительных проработок и моделирования должна быть не менее 10 Гц.
Необходимо отметить, что ранее создаваемые трехмерные карты местности важны для осуществления полётов, но для осуществления посадки не применимы.
Заключение
Безопасность проведения полетов летательных аппаратов в воздушном пространстве является наиболее важной задачей при обеспечении полетов. Аэродромы, оборудованные оборудованием согласно требованиям по категориям IIIa - IIIc остаются в небольшом количестве, в основном из-за необходимости нести существенные финансовые затраты на создание и поддержание в рабочем состоянии необходимого оборудования.
В данной статье предложено направление, позволяющее с применением минимально возможных затрат осуществлять выполнение безопасного и точного выполнения автоматического захода на посадку пилотируемых и беспилотных вертолетов на любую не оборудованную в инженерном отношении площадку.
Предлагаемое направление не полностью решает задачу осуществления автоматической посадки вертолета на неподготовленную площадку в автоматическом режиме. Также важной и не раскрытой задачей является определение качества подстилающей поверхности. Осуществлять касание земли необходимо на твердой и ровной поверхности, с указанными в статье характеристиками по прочности, отсутствию препятствий и минимально допустимым наклоном.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кульченко А.Е. Адаптивное позиционно-траекторное управление роботизированным одновинтовым вертолетом с использованием нелинейной модели его движения системы: дис. ... канд. техн. наук: Южный федеральный университет. Таганрог, 2015. 153с.
2. Морозов А.А. Разработка методики исследования авторотации при аварийных ситуациях // Международный научно-технический вестник ФС77-51038.
3. Авиационный справочник (для летчика и штурмана) / Под ред. генерал-майора авиации В.М. Лав-ского. - М.: Военное издательство министерства обороны СССР, 1964. -415с.
4. Нгуен Чонг Шам. Учет влияния метеорологических возмущений при интерактивном управлении движением легкого дистанционно-пилотируемого летательного аппарата в сложных погодных условиях: дис. ... канд. техн наук: Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, 2015. 122с
5. Шелагурова М. С. Система информационного обеспечения синтезированного видения для бортовых комплексов летательных аппаратов: дис.канд. техн. наук: ОАО «РПКБ», 2015. 251 с.
6. Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов / Под ред. М.Н. Красильщикова, Г.Г. Серебрякова - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2009. -556с.
7. Компенсация температурной погрешности интеллектуальных датчиков давления/ А.Ю. Николаенко, А.А. Львов, П.А. Львов // Труды международного симпозиума Надёжность и качество. Пенза, 2014. Т.2. С. 57-59
8. Щеглов Д.И., Громовик А.И. Основы геоморфологии: учебное пособие. Воронежский государственный университет. Воронежский государственный университет. - Воронеж: Издательский дом ВГУ, 2017. 178 с.
9. Рычагов Г.И. Общая геоморфология: учебник - 3-е изд., перераб. И доп./Рычагов Г.И. - Москва: Издательство Московского университета: Наука, 2006. 416 с.
10. ФАП-262, требования, предъявляемые к аэродромам, предназначенным для взлета, посадки, руления и стоянки гражданских воздушных судов
11. ИКАО Приложение 14 т.2 к Конвенции о международной гражданской авиации. Вертодромы
12. Юкин С. А. Формирование и обработка радиолокационного изображения поверхности земли при маловысотном полёте. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
13. Радж Балдев, Раджендран В., Паланичами П. Применения ультразвука. Москва: Техносфера, 2006. 575 с. ISBN 5-94836-088-1
14. Быков Н.И., Попов Е.С. Наблюдения за динамикой снежного покрова в ООПТ Алтае-Саянского экорегиона (методическое руководство). Красноярск, 2011. 64 с.
15. Гулевич С.П. Использование современных датчиков угловых скоростей и линейных ускорений для обеспечения автоматического захода на посадку летательных аппаратов./ С.П. Гулевич, И.В. Сергушов, Е.Н. Скрипаль, А.В. Абакумов // Сборник докладов XXIII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб., Изд. ЦНИИ Электроприбор. - 2016. - С. 321 -326.
16. Абакумов А.В. Особенности конструирования пилотажно-навигационных комплексов для малых беспилотных летательных аппаратов различного типа. / А.В. Абакумов, Д.Е. Гуцевич, Р.В. Ермаков, Д.Ю. Лившиц, С.Н. Ромадин, А.А. Серанова, И.В. Сергушов, Е.Н. Скрипаль // XXIV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб., Изд. ЦНИИ Электроприбор.
- 2017. - С. 142 - 152.
17. Ермаков Р.В. Особенности применения микромеханических инерциальных датчиков при эксплуатации на летательных аппаратах вертолетного типа / Р.В. Ермаков, Д.В. Кондратов, А.А. Львов, Е.Н. Скрипаль.// Труды Международного симпозиума НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО. Пенза, 2017. Т.2 - С. 122 - 124.
УДК 623.746.-519; 681.518.5 Морозов Д.В.
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ» (КНИТУ
- КАИ), Казань, Россия
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ПОЛЕТЕ
Разработана методика определения потерь в решении задач повышения надежности функционирования системы управления беспилотного летательного аппарата в полете. С помощью математической модели определяют потери, при реализации очередной элементарной самопроверки (ЭС) и производят оценку ложного забракования оставшихся ЭС, из подозреваемой на отказ области элементов (ПОЭ). В качестве потерь принимается вероятность ложного забракования бортовой контрольно-проверочной аппаратуры (БКПА) системы управления беспилотного летательного аппарата по выполняемой ЭС, выбираемой из области ЭС, покрывающую подозреваемую на отказ область комбинаторных подмножеств элементов. Модель представлена в форме графа. Граф является поли-тохомическим деревом решений. Вершины графа отображают функциональный состав комбинаторных подмножеств элементов (КПЭ) в элементарных самопроверках, в контролируемой и подозреваемой на отказ областях элементов, гипотезы о состояниях КПЭ и возможные решения, принимаемые по результатам проверок и функциональной принадлежности КПЭ. Дуги - вероятности перехода состояний и событий. Такая структура графа позволяет решать задачи, связанные с прогнозированием принятия соответствующих решений по выбираемой очередной ЭС, при локализации отказа в бортовой контрольно-проверочной аппаратуре.
Получены выражения для вероятности ложного забракования, вероятности ложного пропуска отказа в бортовой контрольно-проверочной аппаратуре, позволяющие решить задачу определения оптимальной глубины локализации отказов, с учетом пересечения элементарных самопроверок и применить гибкий алгоритм функционирования к системе управления беспилотного летательного аппарата в полете, для выполнения конечной задачи целевого применения. Полученные в общем виде аналитические выражения для соответствующих решений учитывают состояния функциональных составляющих: бортовой контрольно-проверочной аппаратуры, системы самоконтроля, бортовой аппаратуры системы управления, подозреваемой на отказ область элементов, контролируемую область элементов, а также процесс изменения контролируемой области элементов.
Ключевые слова:
САМОКОНТРОЛЬ, ВЕРОЯТНОСТЬ ЛОЖНОГО ЗАБРАКОВАНИЯ, ВЕРОЯТНОСТЬ ЛОЖНОГО ПРОПУСКА ОТКАЗА, СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
Введение
Применение управляющей цифровой вычислительной машины в системе управления (СУ) позволило резко расширить количество выполняемых функций и задач беспилотным летательным аппаратом (БЛА). На борт были переданы не только функции контроля и диагностического самоконтроля, но и полностью перевести полет БЛА в автоматический режим. Насыщение СУ БЛА микроэлектроникой привело к возникновению и обострению ряда проблем [1]: увеличилась чувствительность к электромагнитным воздействиям (ЭМВ) как естественного (природного) происхождения ЭМВ так и искусственного происхождения, электромагнитной совместимости на борту. Это, как следствие, привело к увеличению количества отказов в СУ БЛА. В соответствии с [2,3] СУ БЛА состоит из бортовой контрольно-проверочной аппаратуры (БКПА), системы ее самоконтроля (ССК) и бортовой аппаратуры (БА) выполнения задач целевого применения. Поскольку
решение каждой задачи требует выполнения некоторой совокупности операций управления и контроля, реализуемых соответствующими техническими средствами, то БКПА СУ, имеет в своем составе аппаратуру контроля (АК): работоспособности (АКР), функционирования (АКФ) и аварийного режима полета БЛА (АП) [4^8]. Отказы, возникшие в различных функциональных частях, не принадлежащих АП, не приводят к отказу всей СУ, а переводят ее в состояние, характеризующееся способностью выполнять частные задачи, т.е. СУ обладает возможностью функционировать с разными уровнями эффективности. Многофункциональность аппаратуры СУ, отказы элементов которой в различной степени влияют на эффективность выполнения отдельных задач, указывает на то, что результаты контроля аппаратуры СУ в полете могут и должны использоваться для выбора наиболее эффективного варианта ее применения [3^8]. Целью
