Автономное управление полётом ЛА в строю на основе измерений параметров относительного движения, получаемых с помощью дальномерных и угломерных средств локации и визирования ведущего ЛА ведомым, позволяет обеспечить полёт в группе при дальностях между ними 30-150 м.
В некоторых случаях автономное управление не всегда осуществимо из-за малой дальности действия системы измерений параметров относительного движения, т. е. не может быть решена задача сбора ЛА в группу. Поэтому в некоторых случаях может оказаться необходимым использование комбинированного управления. При достаточно больших расстояниях между ЛА используется неавтономное управление, а при малых автономное управление.
Таким образом, проведённый выше анализ теоретических работ и состояние уровня исследований, посвященных вопросу автоматизации управления ЛА в строю, показал, что принципы, заложенные в их основу, не позволяют в полной мере реализовать их в СМСН БЛА. Нерешенные по данной проблематике задачи обусловливают актуальность разработки алгоритмов управления и обработки информации для СМСН БЛА, с помощью которых осуществляется выдерживание СМСН заданных параметров строя в прямолинейном полёте и при маневрировании ведущего БЛА.
Проблемы управления ЛА в группе можно объединить в три группы.
Первая группа проблем связана с решением задачи выбора алгоритмов управления и обработки информации для полёта ЛА в строю. Вторая группа проблем определяется задачей построения САУ, которая будет вести ЛА согласно выбранному закону с точностью, получаемой из условия безопасности, и, наконец, задача, к которой относится третья группа проблем, заключается в выборе технических средств, с помощью которых можно обеспечить полёт ЛА в строю.
Технические средства, позволяющие осуществлять групповой полет ЛА, это прежде всего те приборы и устройства, которые позволяют определять параметры относительного движения ЛА. Они должны обеспечивать получение необходимой дальномерной и угломерной информации. Эта измерительная аппаратура может быть основана на самых различных физических принципах радиотехнических, оптических, квантомеханических. На сегодняшний день наиболее перспективным представляется путь использования радиотехнических средств измерения дальности и углов места и азимута. Наличие радиолокатора на борту ЛА позволяет не только обеспечивать групповой полет ЛА, но и существенно расширить его возможности. Более того, большинство современных ЛА уже имеют бортовые РЛС различного назначения (метеонавигационные, наведения, обзорные, и т.д.). Для бортовой РЛС наиболее оптимальным является использование миллиметрового диапазона волн.
Несмотря на относительно высокое затухание (0,1-0,2 дБ/км) снижающее дальность обнаружения, миллиметровые волны обладают следующими преимуществами, обеспечивающими высокое разрешение во времени и пространстве:
получение узких диаграмм направленности в приемлемых апертурах,
широкие полосы частотных каналов при значительном их числе, т.е. при решении задач электромагнитной совместимости (ширина полосы окна прозрачности на 8,6 мм, равная 12 ГГц превышает весь диапазон сантиметровых волн),
эффективная поверхность рассеивания целей в миллиметровом диапазоне значительно возрастает по сравнению с сантиметровым.
Указанные преимущества очевидны и попытки их использования начались с середины 50-х годов. Однако лишь в 80-90-е годы удалось создать достаточно технологичную элементную базу с приемлемыми параметрами.
В настоящее время средняя мощность твердотельных выходных устройств может достигать десятка Ватт, а чувствительность малогабаритного приемника 600-900 К, что обеспечивает выполнение основных требований к бортовой РЛС.
Ниже приводится краткий обзор существующих зарубежных бортовых радиолокационных и навигационных станций.
РЛС WX-50 фирмы Вестенгауз прошла испытания на самолетах TA-41, OV-10 и вертолете UH-1N. Некогерентная РЛС 8 мм диапазона обеспечивает работу в следующих режимах:
облет препятствий и следование по рельефу местности,
обнаружение и селекция наземных и движущихся целей,
картографирование земной поверхности,
измерение высоты полета,
пеленгация источников излучения (маяков).
РЛС AN APQ-137B, работающий в диапазоне частот 34,5 ГГц и позволяющий обнаруживать движущие наземные цели. Радиолокатор размещается в подвесном контейнере.
РЛС Saiga-2 фирмы МарсельДассо 8 мм диапазона предназначен для предотвращения столкновений с препятствиями и воздушными объектами и обеспечивает полет в режиме следования рельефу местности при неблагоприятных метеоусловиях и в ночное время. Этот радиолокатор может также использоваться для навигационных целей.
РЛС E391, разработанная фирмой EM1 Электроникс (Англия), представляет собой аппаратуру высокого разрешения. Этот локатор может устанавливаться как на самолете, так и в отдельном контейнере.
Одним из отечественных аналогов этой аппаратуры является РЛС “Алмаз”. Основной особенностью этой РЛС является применение 8 мм диапазона, высокая разрешающая способность по дальности (до 4 м) и углу (до 1,2°), малая импульсная мощность (3 Вт) при низкой скважности.
Станция основана на использовании квазинепрерывного широкополосного сигнала с линейной частотной модуляцией. База сигнала 20000 позволяет обеспечивать высокую помехоустойчивость в условиях естественных и искусственных помех.
Корреляционная свертка сигнала, используемая для сжатия спектра, дополнена цифровой расфильтровкой по дальностным каналам, что позволяет варьировать технические характеристики РЛС, адаптируя систему обработки к конкретной задаче и радиолокационной обстановке.
Таблица 1
| Тип РЛСПараметр | WX-50 | AN/APQ-137B | Saiga-2 | Алмаз |
| Рабочая частота (ГГц) | 35 | 70 | 35 | 36 |
| Мощность в импульсе (КВТ) | 100 | 0,5 | 7 | 0,003 |
| Частота повторения (кГц) | 2 | 2,4 | 0,2 | До 100 |
| Длительность (мкс) | 0,2 | 0,04-0,12 | До 100 | |
| Ширина диаграммы (град) | 1,5 | 0,60,3 | 1,3 | 1,2 |
| Угловая скорость антенны (°/с) | 60 | 50 | 120 | |
| Масса (кг) | 64 | 15 | 53 | 28 |
| Объем (дм3) | 70 | 20 | 65 | 50 |
Что касается выбора алгоритмов управления и обработки информации, то в общем случае алгоритм управления полётом ЛА в группе, реализованный в БЦВМ, должен обеспечивать решение следующих основных задач [2]:
обработка результатов измерений с целью получения оценок параметров движения, используемых при определении управляющих воздействий,
определение отклонений расчётных параметров от требуемых заданий,
вычисление управляющих воздействий,
отработка управляющих воздействий с помощью внутренних контуров управления и автомата управления тягой двигателя.
Настоящая работа посвящена исследованию алгоритмов обработки информации СМСН с целью определения параметров движения ведущего ЛА и относительного движения. В этом случае нетрудно реализовать алгоритмы СМСН БЛА.
Задачу обработки информации относительного движения рассматривали при полном составе измерений: углах визирования, угловой скорости линии визирования, дальности и скорости изменения дальности.
Ключевым вопросом при решении этой задачи является разработка математической модели относительного движения ЛА.
Поскольку измерения содержат случайные ошибки, алгоритм оценки должен быть эффективным в смысле их снижения и снижения влияния этих ошибок на точность получаемых оценок параметров движения ведущего ЛА, то есть алгоритм обработки информации должен обеспечивать фильтрацию ошибок измерений и идентификацию параметров движения ведущего ЛА.
2. Уравнения относительного движения системы ведущий-ведомый ЛА.
Из задач, возлагаемых на СМСН, основными и наиболее трудоемкими являются задача сбора ЛА в группу и задача управления полетом группы ЛА. Для них актуальны проблемы обработки измерительной информации с целью получения оценок параметров движения (задача идентификации и оценки) и определения по этим оценкам управляющих воздействий, обеспечивающих полет ЛА в групповом порядке (задача управления). Математическая формулировка этих задач и выбор методов их решения тесно связаны с выбором математической модели процесса управления ЛА в группе. Математическая модель движения представляет собой объективную схематизацию действительного движения объекта, достаточно полно отражающую основные закономерности этого движения в наиболее простом и удобном виде для изучения и решения поставленной задачи. Основная трудность исследования полета ЛА в группе заключается в том, что при рассмотрении задач моделирования, синтеза алгоритмов управления, исследования алгоритмов обработки информации необходимо использовать несколько математических моделей. Существующие модели, предложенные для решения этих задач, построены не для всех условий. В связи с этим непосредственное использование известных математических моделей в настоящей работе затруднено, поскольку любая из них имеет определенное назначение и не учитывает в полной мере требований, вытекающих из указанных задач. Необходимо повторить вывод дифференциальных уравнений динамики с учетом направленности настоящей работы.