Беспилотный летательный аппарат самолетного типа для обнаружения пропавшего человека

Изобретение относится к авиационной технике. Беспилотный летательный аппарат самолетного типа для обнаружения пропавшего человека содержит корпус, встроенную бортовую вычислительную систему, модуль определения пространственных координат, модуль связи, аудиорегистратор. Летательный аппарат имеет два громкоговорителя, усилитель звукового сигнала, две антенны F типа, радиомодуль передачи данных с компьютера и звукового сигнала с аудиорегистратора. Компьютер подключен через интерфейс питания к распаечной коробке, имеет возможность соединения с камерой наблюдения в виде беззеркальной фотокамеры и радиомодулем передачи данных с компьютера и звука с аудиорегистратора в виде высокочувствительного микрофона, жестко закрепленного на одном крыле. Между громкоговорителями размещен парашютный люк. Модуль определения пространственных координат выполнен с антенной GPS/Glonass приемника и соединен с полетным контроллером. Модуль связи выполнен в виде радиомодуля телеметрии и управления. Бортовой обрабатывающий одноплатный компьютер и беззеркальная фотокамера установлены на съемную карбоновую площадку. Беззеркальная фотокамера соединена распаечной коробкой с полетным контроллером. Изобретение направлено на повышение оперативности определения координат пропавшего человека. 5 ил.

 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к беспилотным летательным аппаратам и может быть использовано для проведения операций по спасению и поиска людей.

Известна система наблюдения за земной поверхностью с беспилотным летательным аппаратом (БЛА), содержащая установленные на БЛА контроллер, связанный с аппаратурой наблюдения, автопилотом и первым приемопередающим модулем, двигательную установку и рулевой привод, подключенные к соответствующим выходам контроллера, аэродинамические рули, соединенные с выходом рулевого привода, а также наземное носимое или возимое устройство обработки информации и управления, включающее в себя второй приемопередающий модуль, выполненный с возможностью обмена информацией по радиоэфиру с первым приемопередающим модулем, блок обработки и отображения информации, вход которого подключен к выходу второго приемопередающего модуля, и блок управления, первый выход которого подключен ко входу второго приемопередающего модуля, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью формирования на первом выходе команд включения и выключения двигательной установки для перевода БЛА в режим самолета с леером или в режим воздушного змея при полете в условиях соответственно отсутствия или наличия ветра, при этом для осуществления второго из указанных режимов в систему дополнительно введены затягивающая лебедка и леер, причем управляющий вход затягивающей лебедки подключен ко второму выходу блока управления, леер намотан на барабан лебедки, а конец леера прикреплен к корпусу БЛА. Аппаратура наблюдения включает в себя цифровой фотоаппарат, выполненный с возможностью видеосъемки, и поворотное устройство, выполненное с возможностью ориентации цифрового фотоаппарата в заданных направлениях, а блок управления выполнен с дополнительными возможностями формирования команд управления цифровым фотоаппаратом и поворотным устройством. Первый и второй приемопередающие модули выполнены в виде Bluetooth-модулей. Двигательная установка выполнена на основе электродвигателя. (Патент РФ №2323851, опубл. 10.05.2008)

Известен мобильный комплекс беспилотного воздушного мониторинга, содержащий малогабаритный беспилотный летательный аппарат вертолетного типа,оснащенный аппаратурой полезной нагрузки, передающей в режиме реального времени потоковую информацию, цифровой фотоаппарат, цифровую видеокамеру, тепловизионную камеру, радиометр-дозиметр, газоанализатор, мобильный наземный пункт управления летательным аппаратом, радиотелеметрическую систему двунаправленной связи летательного аппарата и его мобильного наземного пункта управления, состоящую из бортовой и наземной аппаратуры, отличающийся тем, что дополнен двумя беспилотными летательными аппаратами самолетного типа малого и среднего радиуса действия, эластичным и механическим пусковыми устройствами для беспилотных летательных аппаратов самолетного типа, портативной автономной метеостанцией, комплектом средств жизнеобеспечения, а также средствами радиосвязи и переносным видеотерминалом для получения и передачи видео- и телеметрических данных с района чрезвычайной ситуации с беспилотного летательного аппарата экипажу транспортного средства, в качестве полезной нагрузки включает гиростабилизированную оптико-электронную систему, оснащенную видео- и тепловизионными камерами, модуль для оповещения населения и модуль ретрансляции радиосигналов, а в качестве мобильного наземного пункта управления летательным аппаратом - наземную станцию управления, представляющую собой автоматизированное рабочее место переносного автономного исполнения, размещенное на шасси автомобиля повышенной проходимости. Патент РФ №2612754, опубл. 13.03.17)

Известен беспилотный авиационный комплекс, содержащий беспилотный летательный аппарат вертолетного типа, предназначенный для радиолокационно-оптического дозора, выполнен по схеме квадрокоптера и содержит фюзеляж, балковый держатель, предназначенный для подвески и транспортирования контейнера полезной нагрузки, первую силовую установку, вторую силовую установку, третью силовую установку и четвертую силовую установку, закрепленных к фюзеляжу четырьмя поворотными опорами, на фюзеляже размещена оптико-электронная система, бортовая система автоматического сопровождения и управления полетом, а снизу фюзеляжа, с использованием балкового держателя, подвешен контейнер полезной нагрузки, оснащенный в передней части радиопрозрачным обтекателем и радиотехническим комплексом, левое полозковое шасси и правое полозковое шасси соединены с первой, второй, третьей и четвертой опорными стойками, которые соединены с фюзеляжем. Контейнер полезной нагрузки, оснащенный радиопрозрачным обтекателем и радиотехническим комплексом, предназначенный для обнаружения, опознавания и сопровождения воздушных, морских и наземных объектов, обнаружения и пеленгации средств радиоэлектронных помех, мониторинга объектов топливно-энергетического комплекса, картографирования местности, обнаружения метеообразований, содержит пилотажно-навигационный комплекс, предназначенный для пилотирования беспилотного летательного аппарата в зоне дозора по типовым траекториям, информационного обмена с мобильным пунктом управления, автоматического отслеживания координат беспилотного летательного аппарата, формирования траектории полета беспилотного летательного аппарата, управления силовыми установками беспилотного летального аппарата, бортовую вычислительную систему, бортовую радиолокационную станцию, антенный блок, систему жидкостного охлаждения, систему воздушного охлаждения, систему государственного опознавания, оптическую систему наблюдения, блок интерфейсный, топливную систему, систему обогрева, противообледенительную систему, систему электропитания, при этом первый вход-выход пилотажно-навигационного комплекса соединен с первым входом-выходом бортовой вычислительной системы, второй вход-выход которой соединен с первым входом-выходом бортовой радиолокационной станции, второй вход-выход которой соединен с первым входом-выходом антенного блока, третий вход-выход бортовой радиолокационной станции соединен с первым входом-выходом системы жидкостного охлаждения, четвертый вход-выход бортовой радиолокационной станции соединен с первым входом-выходом системы воздушного охлаждения, пятый вход-выход упомянутой бортовой радиолокационной станции соединен с первым входом-выходом системы государственного опознавания, второй выход которой соединен с третьим входом бортовой вычислительной системы, четвертый вход-выход которой соединен с первым входом-выходом оптической системы наблюдения, пятый вход-выход упомянутой бортовой вычислительной системы соединен с первым входом-выходом блока интерфейсного, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом топливной системы, третий вход-выход блока интерфейсного соединен с первым входом-выходом системы обогрева, четвертый вход-выход блока интерфейсного соединен с первым входом-выходом противообледенительной системы, пятый вход-выход упомянутого блока интерфейсного соединен с первым входом-выходом системы электропитания. В качестве оптико-электронной системы используется оптико-электронная система ОЭС-52, предназначенная для обзора пространства в видимом и инфракрасном диапазонах, обнаружения и автосопровождения наземных и надводных объектов, измерения дальности до объектов. В качестве бортовой радиолокационной станции используется бортовое радиоэлектронное оборудование, предназначенное для формирования, излучения и приема радиолокационного сигнала, используемого для обнаружения и сопровождения воздушных, морских и наземных объектов на дальности до 400 км, работы в Х-диапазоне частот, причем в качестве антенного блока используется пассивная фазированная решетка, установленная на механическом двухстепенном (по азимуту и крену) электрогидроприводе, которая обеспечивает, с учетом ширины диаграммы направленности, углы обзора, относительно строительной оси беспилотного летательного аппарата, по азимуту ±120, по углу места ±60°. (Патент РФ №187275, опубл. 28.02.2019)

Известен беспилотный летательный аппарат (БПЛА) вертолетного типа, содержащий электрические двигатели, оснащенные несущими винтами, обеспечивающими вертикальный взлет и посадку БПЛА, аккумуляторную батарею, являющуюся источником энергии для электрических двигателей, который оснащен электромагнитным реле с возможностью переключения контактов, срабатывающим в момент разрядки аккумуляторной батареи, конденсатором большой емкости, подключаемым с помощью контактов электромагнитного реле к зажимам электрических двигателей. (Патент РФ №182648, опубл. 24.08.2018)

За прототип выбран беспилотный летательный аппарат для поисковых и спасательных операций, характеризующийся тем, что он содержит встроенный микропроцессор и соединенные с ним встроенные модуль определения пространственных координат и модуль связи, при этом корпус беспилотного летательного аппарата имеет разъемы, обеспечивающие возможность зарядки его аккумуляторов, и выполнен с возможностью одновременной фиксации и подключения к микропроцессору видеокамеры высокого разрешения, инфракрасной камеры ночного видения, неохлаждаемой тепловизионной камеры, аудиорегистратора направленного действия, сканирующего лидара, модуля обнаружения сигнала сотового телефона, модуля обнаружения пассивного радиочастотного маячка, модуля обнаружения активного лавинного биппера, подповерхностного радиолокатора и биорадиолокатора. Модуль определения пространственных координат является спутниковым. Модуль связи функционирует по радиоканалу. Корпус является пылевлагонепроницаемым. Корпус выполнен с возможностью фиксации на корпусе транспортного средства. (Патент РФ №181691, опубл. 26.07.2018)

К общим недостаткам известных технических решений следует отнести слабое определение координат выделенного малого объекта в зоне поиска, отсутствие возможности принятия и передачи звуковых сигналов спасаемого человека.

Задача - возможность осуществления поиска пропавшего человека.

Технический результат - возможность проведения оперативной разведки местности беспилотным летательным аппаратом для определения координат пропавшего человека.

Технический результат достигается беспилотным летательным аппаратом самолетного типа для обнаружения пропавшего человека, который содержит встроенную бортовую вычислительную систему, модуль определения пространственных координат, модуль связи, аудиорегистратор, при этом корпус беспилотного летательного аппарата выполнен с возможностью одновременной фиксации и подключения к бортовой вычислительной системе камеры наблюдения, дополнительно содержит два громкоговорителя, усилитель звукового сигнала, две антенны F типа, радиомодуль передачи данных с компьютера и звукового сигнала с аудиорегистратора, интерфейс питания, при этом бортовая вычислительная система представлена обрабатывающим одноплатным компьютером со сверхточной нейронной сетью, к которому подключен радиатор воздушного охлаждения и которые расположены в монолитном корпусе беспилотного летательного аппарата, при этом обрабатывающий одноплатный компьютер подключен через интерфейс питания к распаечной коробке, имеет возможность соединения с камерой наблюдения в виде беззеркальной фотокамеры и радиомодулем передачи данных с компьютера и звука с аудиорегистратора в виде высокочувствительного микрофона, жестко закрепленного на одном крыле, край которого выполнен с нанесением виброгасящего и шумоизолирующего покрытий и имеет возможность соединения с радиомодулем передачи данных с компьютера и звука, два громкоговорителя соосно жестко закреплены в нижней части корпуса беспилотного летательного аппарата, каждый находится в пластиковом корпусе со степенью защиты IP55 и имеет соединение с усилителем звукового сигнала, который соединен с распаечной коробкой, между громкоговорителями размещен парашютный люк с системой парашютной посадки, модуль определения пространственных координат выполнен с антенной GPS/Glonass приемника и имеет возможность соединения с полетным контроллером, модуль связи выполнен в виде радиомодуля телеметрии и управления беспилотного летательного аппарата, закреплен на расположенной во внутренней части корпуса 3D печатной платформе из ABS пластика и имеет соединение с полетным контроллером, антенны выполнены медными F типа, работающими на частоте 860-980 МГц, одна из которых имеет соединение с ридиомодулем телеметрии и управления беспилотного летательного аппарата, другая имеет соединение с радиомодулем передачи данных с компьютера и звукового сигнала с микрофона, каждая закреплена на съемной текстолитовой площадке, бортовой обрабатывающий одноплатный компьютер и беззеркальная фотокамера установлены на съемную карбоновую площадку, которая крепится по центру внешнего корпуса беспилотного летательного аппарата, распаечная коробка выполнена из ABS пластика, в которую установлен полевой транзистор, беззеркальная фотокамера соединена распаечной коробкой с полетным контролером.

Существенными признаками, влияющими на достижение указанного технического результата являются:

- дополнительная комплектация в виде двух громкоговорителей, усилителя звукового сигнала, двух антенн F типа, радиомодуля передачи данных с компьютера и звукового сигнала с аудиорегистратора в виде высокочувствительного микрофона, интерфейса питания;

- представление бортовой вычислительной системы обрабатывающим одноплатным компьютером со сверхточной нейронной сетью, к которому подключен радиатор воздушного охлаждения и которые расположены в монолитном корпусе беспилотного летательного аппарата, при этом обрабатывающий одноплатный компьютер подключен через интерфейс питания к распаечной коробке, имеет возможность соединения с камерой наблюдения в виде беззеркальной фотокамерой и радиомодулем передачи данных с компьютера и звука с высокочувствительного микрофона;

- выполнение аудиорегистратора направленного действия в виде высокочувствительного микрофона, жестко закрепленного на одном крыле, край которого выполнен с нанесением виброгасящего и шумоизолирующего покрытий и имеет возможность соединения с радиомодулем передачи данных с компьютера и звука;

- наличие двух громкоговорителей, которые соосно жестко закреплены в нижней части корпуса беспилотного летательного аппарата, каждый из которых находится в пластиковом корпусе со степенью защиты IP55 и имеет соединение с усилителем звукового сигнала, который соединен с распаечной коробкой;

- размещение между двух громкоговорителей парашютного люка с системой парашютной посадки;

- выполнение модуля определения пространственных координат с антенной GPS/Glonass приемника, и возможность ее соединения с полетным контроллером;

- выполнение модуля связи в виде радиомодуля телеметрии и управления беспилотного летательного аппарата, который закреплен на расположенной во внутренней части корпуса 3D печатной платформе из ABS пластика и который имеет соединение с полетным контроллером;

- выполнение антенн медными F типа, работающими на частоте 860-980 Мгц, одна из которых имеет соединение с ридиомодулем телеметрии и управления беспилотного летательного аппарата, другая имеет соединение с радиомодулем передачи данных с компьютера и звукового сигнала с микрофона, каждая закреплена на съемной текстолитовой площадке;

- установление бортового обрабатывающего одноплатного компьютера и беззеркальной фотокамеры на съемную карбоновую площадку, которая крепится по центру внешнего корпуса беспилотного летательного аппарата,

- выполнение распаечной коробки из ABS пластика, в которую установлен полевой транзистор;

- возможность соединения беззеркальной фотокамеры распаечной коробкой с полетным контролером.

Степень защиты громкоговорителей IP55 надежно предохраняет от воздействия различных негативных факторов, в частности воздействия влаги, прямого попадания воды, пыли, а также механического воздействия различных предметов.

Радиомодуль передачи данных служит для передачи данных с компьютера и звуковых сигналов из микрофона.

Радиомодуль телеметрии и управления предназначен для приема и передачи телеметрической информации.

Антенна GPS/Glonass используется для удержания позиции БЛА. Позволяет стабилизировать положения БЛА, осуществлять автоматический полет по маршруту, автоматический возврат в точку старта с целью повышения безопасности эксплуатации.

Полетный контроллер обеспечивает стабилизацию БЛА в воздухе, удержание высоты, автоматический полет по опционально заданным точкам, передачу на землю текущих параметров полета.

Виброгасящее и шумоизолирующее покрытия наносятся соответственно последовательно на край крыла, на котором установлен высокочувствительный микрофон. Виброгасящее покрытие обеспечивает механическую защиту и повышает виброакустические свойства материала. Шумоизолирующее покрытие обеспечивает устранение посторонних звуков, помех.

Радиомодуль телеметрии и управления работает на частотах 915 Мгц. Для совместимости его с антенной F типа заявлен диапазон 860-980 Мгц. Выполнение антенны F типа медной обеспечивает надежность и долговечность электрических контактов, хорошую работу антенны в течение длительного времени (не подвержена коррозии. Легко подвергаются пайке.

Установление высокочувствительного микрофона позволяет уловить малейшие звуковые сигналы со стороны пропавшего человека, даже не явно выраженные.

Беспилотный летательный аппарат самолетного типа для обнаружения пропавшего человека поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 - изображен общий вид;

фиг. 2 - распаечная коробка с расположенным в ней транзистором;

фиг. 3 - громкоговоритель в защитном корпусе;

фиг. 4 - расположение одноплатного компьютера с радиатором воздушного охлаждения в монолитном корпусе.

Фиг. 5 - схема соединений конструктивных элементов

Беспилотный летательный аппарат самолетного типа для обнаружения пропавшего человека состоит из бортового обрабатывающего одноплатного компьютера 1 со сверхточной нейронной сетью, антенны GPS/Glonass приемника 2, радиомодуля телеметрии и управления беспилотного летательного аппарата 3, высокочувствительного микрофона 4, беззеркальной фотокамеры 5, двух громкоговорителей 6, двух антенн F типа 7, полетного контроллера 8, радиомодуля передачи данных с компьютера и звукового сигнала с микрофона 9, интерфейса питания 10, распаечной коробки 11, внутри которой расположен полевой транзистор 12, парашютного люка 13, 3D печатной платформы 14, на которую установлен радиомодуль телеметрии и управления беспилотного летательного аппарата 3. Каждая из антенн F типа 7 закреплена на съемной текстолитовой площадке 15. К бортовому обрабатывающему одноплатному компьютеру подключен радиатор воздушного охлаждения 16. Бортовой обрабатывающий одноплатный компьютер 1 и беззеркальная фотокамера 5 установлены на съемную карбоновую площадку 17. Каждый из двух громкоговорителей 6 установлен в пластиковый корпус 18. Усилитель звукового сигнала 19. Монолитный корпус беспилотного летательного аппарата 20, в котором расположены обрабатывающий одноплатный компьютер и радиатор воздушного охлаждения.

Пример конкретного выполнения.

Предварительно корпус беспилотного летательного аппарата комплектуется внешними и внутренними конструктивными элементами.

Край крыла, где устанавливается высокочувствительный микрофон, выполняется с виброгасящим (например алюминиевая фольга) и шумоизолирующим (например вспененный полиэтилен) покрытиями.

Радиомодуль телеметрии и управления, соединенный с полетным котроллером (в нашем примере Pixhawk) позволял удаленно управлять беспилотником.

Бортовой обрабатывающий одноплатный компьютер для питания нужного тока подключался через интерфейс питания к распаечной коробке с транзистором совместно с беззеркальной фотокамерой.

После приведения беспилотника в рабочее состояние он направлялся в заданную зону поиска потерявшегося человека.

Посредством беззеркальной фотокамеры (в нашем примере фотокамера Sony а6000 24 Мпик), аппарат выполняет аэросъемку, сканируя территорию при помощи фотоснимков. Полеты беспилотника выполнялись таким образом, чтобы фотоснимки получались с минимальными продольными и поперечными перекрытиями. Отсканируемая информация поступала на бортовой обрабатывающий одноплатный компьютер (в нашем примере NVIDIA Jeston AGX Xavier), где происходила обработка снимков на наличие человека.

Параллельно, по радиомодулю передачи данных с компьютера и звука с высокочувствительного микрофона, формировался поток данных, включая звуковой и цифровой. Далее, с использованием антенн F типа, звуковой сигнал передавался на наземную станцию управления, прослушиваемый с поверхности земли во время полета и передавался цифровой поток данных в виде фотоснимков с их координатами, и с предполагаемым объектом для более точного изучения кадра на земле.

Координаты, привязанные к фотоснимку, определялись антенной GPS/Glonass, подключенной к полетному контроллеру (в нашем примере Pixhawk 2.1). На земле полученные фотоснимки обрабатывались более подробно с помощью сверхточной нейронной сети и делалось экспертное заключение.

После более точного экспертного мнения человека и нейронной сети на место выделенного объекта направляется БЛА с целью установления контакта при помощи громкоговорителей, подключенных к усилителю звукового сигнала, и заранее записанных голосовых команд. Обратная связь осуществлялась при помощи высокочувствительного микрофона, с помощью которого на землю передавался звуковой сигнал (при возможности спасаемого издавать и принимать команды). Даже если контакт не устанавливался, наблюдение над спасаемым человеком продолжало вестись.

Также координаты передавались спасательному отряду, который имел возможность выдвинуться в заданное место. Параллельно велось общение со спасаемым посредством громкоговорителей.

После выполнения полета через парашютный люк выбрасывалась система парашютной посадки, с помощью которой выполнялась посадка беспилотного летательного аппарата.

Таким образом, заявляемая конструкция беспилотного летательного аппарата самолетного типа для обнаружения пропавшего человека обеспечивает возможность проведения оперативной разведки местности беспилотным летательным аппаратом для определения координат пропавшего человека.

Беспилотный летательный аппарат самолетного типа для обнаружения пропавшего человека содержит встроенную бортовую вычислительную систему, модуль определения пространственных координат, модуль связи, аудиорегистратор, при этом корпус беспилотного летательного аппарата выполнен с возможностью одновременной фиксации и подключения к бортовой вычислительной системе камеры наблюдения, отличающийся тем, что дополнительно содержит два громкоговорителя, усилитель звукового сигнала, две антенны F типа, радиомодуль передачи данных с компьютера и звукового сигнала с аудиорегистратора, интерфейс питания, при этом бортовая вычислительная система представлена обрабатывающим одноплатным компьютером со сверхточной нейронной сетью, к которому подключен радиатор воздушного охлаждения, и которые расположены в монолитном корпусе беспилотного летательного аппарата, при этом обрабатывающий одноплатный компьютер подключен через интерфейс питания к распаечной коробке, имеет возможность соединения с камерой наблюдения в виде беззеркальной фотокамеры и радиомодулем передачи данных с компьютера и звука с аудиорегистратора в виде высокочувствительного микрофона, жестко закрепленного на одном крыле, край которого выполнен с нанесением виброгасящего и шумоизолирующего покрытий и имеет возможность соединения с радиомодулем передачи данных с компьютера и звука, два громкоговорителя соосно жестко закреплены в нижней части корпуса беспилотного летательного аппарата, каждый находится в пластиковом корпусе со степенью защиты IP55 и имеет соединение с усилителем звукового сигнала, который соединен с распаечной коробкой, между громкоговорителями размещен парашютный люк с системой парашютной посадки, модуль определения пространственных координат выполнен с антенной GPS/Glonass приемника и имеет возможность соединения с полетным контроллером, модуль связи выполнен в виде радиомодуля телеметрии и управления беспилотного летательного аппарата, закреплен на расположенной во внутренней части корпуса 3D печатной платформе из ABS пластика и имеет соединение с полетным контроллером, антенны выполнены медными F типа, работающими на частоте 860-980 МГц, одна из которых имеет соединение с ридиомодулем телеметрии и управления беспилотного летательного аппарата, другая имеет соединение с радиомодулем передачи данных с компьютера и звукового сигнала с микрофона, каждая закреплена на съемной текстолитовой площадке, бортовой обрабатывающий одноплатный компьютер и беззеркальная фотокамера установлены на съемную карбоновую площадку, которая крепится по центру внешнего корпуса беспилотного летательного аппарата, распаечная коробка выполнена из ABS пластика, в которую установлен полевой транзистор, беззеркальная фотокамера соединена распаечной коробкой с полетным контроллером.