Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние

Управление этими летающими роботами осуществляется централизованно; т.е. с наземного пункта управления команда передается на один из БПЛА, а затем она распространяется в "стае" благодаря локальной сети. На каждом самолете установлена мобильная платформа Toradex Colibri РХА270, а в качестве операционной системы используется Linux.

Рис. 1.87. SMAVNET – система управления "стаей" БПЛА на основе протокола ZigBee

К этому же классу централизованных управляемых систем можно отнести большую часть других часто упоминаемых в иностранной литературе "стай" (swarms). Часто в таких системах функцию ЦПУ выполняет смартфон или ноутбук [71]. Подобные примеры демонстрируют наряду с самой возможностью управления несколькими малоразмерными БПЛА с помощью одного портативного устройства проблему нехватки алгоритмического обеспечения для таких групповых полетов.

Существует другой подход планирования действий комплекса: каждый компонент должен самостоятельно решать задачу планирования своих действий на основе информации о текущей ситуации в среде, текущих состояниях и действиях других компонентов комплекса на небольшой интервал времени вперед [68].

Такой метод коллективного планирования действий может быть реализован с помощью распределенной (децентрализованной) системы, в которой каждый компонент R_j обладает своим процессорным узлом ПУ_j (рис. 1.85, б). Процессорные узлы всех компонентов комплекса связаны между собой информационными каналами по принципу «каждый с каждым», по которым передается информация о текущих состояниях Ј • остальных компонентов и выбираемых ими действиях.

Такой подход ориентирован на управление группой однотипных объектов, стремящихся выполнить одну общую цель. Объединение информационно-управляющих комплексов нескольких БПЛА в единую сеть позволяет производить комплексную обработку всей получаемой информации, а распределенная структура системы повышает ее надежность [72]. Один из обязательных принципов траекторного управления такой группой состоит в соблюдении некоторых установленных дистанций между управляемыми БПЛА, как и то, что все они являются взаимозаменяемыми с точки зрения достижения поставленной перед комплексом цели. В более сложных ситуациях (различные БПЛА и закономерности их взаимодействия друг с другом) требуется более сложная система управления комплексом [73].

1.3.3. Система управления БАК

Всю систему автоматического управления авиационным комплексом (АК) можно представить в виде иерархической структуры, показанной на рис. 1.89. Здесь стрелками показаны сигналы: управляющие (сверху вниз) и информационные (снизу вверх). На рисунке показаны три уровня автоматического управления АК и модели, используемые при формировании управляющих воздействий, а также верхний уровень управления, всю работу на котором выполняет человек-оператор. Следует отметить, что оператор, как правило, имеет возможность управлять любым из низлежащих уровней, задавая:

– текущую задачу для СУАК;

– действие для конкретного БПЛА;

– требуемое значение какого-либо параметра состояния БПЛА.

При этом всю необходимую информацию о состоянии компонентов БАК (помимо визуальной из окружающего пространства) оператор получает через средства отображения информации (СОИ), как правило, входящие в состав СУАК.

Рис. 1.89. Уровни управления авиационным комплексом

На уровне оператора используется модель авиационного комплекса, включающая описание:

– задач, которые способен выполнять комплекс;

– условий применения и областей достижимости АК;

– имеющихся ЛA, их полезной нагрузки и центральной системы управления комплексом;

– коммуникаций между компонентами комплекса.

Модель АК как средства для решения некоторого множества задач можно представить следующим образом:

Mod (1) = {T,E,R}, (1.1)

где Т =(Т₁,Т₂ …,Т_q) – множество задач, выполняемых комплексом;

Е = (Е₁, Е₂ ..., E_j)– параметры состояния окружающей среды (условия применения комплекса);

R = (R₁,R₂ ,…,R_n

) – множество компонентов, составляющих АК: ЛA, взлетно-посадочные устройства; устройства связи и управления.

На этом уровне решаются следующие задачи:

– назначение задачи сеанса функционирования АК;

– назначение конкретных ЛA для использования;

– обозначение основных ограничений и дополнительных условий.

Критерием качества управления на этом уровне может служить способность БАК выполнить поставленную задачу (совокупность задач) в определенных условиях за ограниченное время (t ‹= tзад )

I(1) = {T,E,t}.

Система управления АК может иметь различное базирование [66], но наземное расположение является самым простым и распространенным. На этом уровне используются модели описания:

– ЛA в составе комплекса, их основных ЛTX и функциональных возможностей, а также динамических характеристик других подвижных компонентов;

– назначенной задачи сеанса функционирования комплекса;