АВТОМАТИЧЕСКИЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Предлагаемый комплекс относится к области многофункциональной работы технической диагностической техники и может быть использован для систематического дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и нефтепроводов, для технической разведки и контроля местности и объектов, проведения видео-, фотосъемки, получения информации об излучении радиоэлектронных средств (РЭС), дозиметрического контроля и другой информации в режиме реального масштаба времени с высоты «птичьего полета» с помощью комплексной аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

Известны автоматические беспилотные диагностические комплексы (патенты РФ №№2.017.138, 2.040.783, 2.091.759, 2.190.152, 2.200.900, 2.234.632, 2.256.894, 2.362.981, 2.424.539, 2.464.592, 2.509.002; патенты США №№3.490.032, 3.808.519, 6.229.313, 6.766.226; патент ЕР №0.052.053; патент WO №0.008.435: журнал «крылья России», 1998, М. Беспилотные самолеты «Пчелка-1Г», модели «Эксперт» и «Альбатрос», ОКБ им. А.С. Яковлева и другие).

Из известных систем и устройств наиболее близкими к предлагаемому является «Автоматический беспилотный диагностический комплекс» (патент РФ №2.256.894, G01M 3/00, 2003), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный комплекс обеспечивает обмен радиотелеметрической и командной информацией между дистанционным пилотируемым летательным аппаратом (ДПЛА) и наземным пунктом Управления путем использования дуплексной радиосвязи на двух частотах ω₁ и ω₂ и сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн).

Однако в приемниках радиостанций 15.1 и 15.2 радиотелеметрической системы 15 одно и то же значение второй промежуточной частоты ω_up2 может быть получено в результате приема сигналов на частотах ω₁, ω₂, ω_з1 и ω_з2, т.е.

ω_up2=ω₁-ω_r1, ω_up2=ω_r1-ω_з1,

ω_up2=ω_r2-ω₂, ω_up2=ω_з2-ω_r2.

Следовательно, если частоты настройки ω₁ и ω₂ принять за основные каналы приема, то наряду с ними будут иметь место зеркальные каналы приема, частоты ω_з1 и ω_з2, которых отличаются от частот ω₁ и ω₂ на 2ω_up2 и расположены симметрично (зеркально) относительно частот ω_r1 и ω_r2 первого и второго гетеродинов (фиг. 4). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основным каналам. Поэтому они наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость приемников.

Кроме зеркальных существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении следующих условий:

ω_up2=(±mω_ki±nω_r1),

ω_up2=(±mω_kj±nω_r2),

где ω_ki, ω_kj - частоты i-го и j-го комбинационных каналов приема;

m, n, i, j - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты принимаемого сигнала с гармониками гетеродинов малого порядка (второй, третий), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности основных каналов. Так, четырем комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ω_k1=2ω_r1-ω_up2, ω_k2=2ω_r1+ω_up2,

ωk₃=2ω_r2-ω_up2, ω_k4=2ω_r2+ω_up2,

где 2ω_r1, 2ω_r2 - вторые гармоники частот первого и второго гетеродинов.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости приемников радиостанций.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности и помехоустойчивости приемников радиостанций путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что автоматический беспилотный диагностический комплекс, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, включающий планер, силовую установку с поршневым двигателем, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, содержащую инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, системы воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомер малых высот и вычислитель действительных координат, систему автоматического дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающую приемную аппаратуру командного радиоуправления и обзорную телевизионную систему, радиоретрансляционную систему, систему автоконтроля работы бортовых систем, радиотелеметрическую систему, систему посадки и выпуска парашюта, систему управления двигателем, вычислитель системы автоматического управления, радиомаяк, систему диагностики состояния магистральных трубопроводов и блок управления системой диагностики, размещенные в фюзеляже летательного аппарата, а также мобильный наземный пункт управления, содержащий радиотелеметрическую систему, телевизионную систему, стартовую катапульту и пульт управления, радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом источника дискретных сообщений и команд, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты, последовательно подключенные к выходу первого гетеродина перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции, при этом частоты ω_r1 и ω_r2 первого и второго гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту ω_r2-ω_r1=ω_up2, радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₁=ω_up1=ω_r2, где ω_up1 - первая промежуточная частота, принимает на частоте ω₂=ω_up3=ω_r1, где ω_up3 - третья промежуточная частота, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте w₂, а принимает - на частоте w₁, отличается от ближайшего аналога тем, что каждая радиостанция снабжена колебательным контуром, узкополосным фильтром, амплитудным детектором, пороговым блоком и ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены колебательный контур, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен ко второму входу перемножителя, частота настройки w_н1 колебательного контура и узкополосного фильтра радиостанции, размещенной на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, выбрана равной ω_н1=ω₂=ω_r1, а частота настройки ω_н2 колебательного контура и узкополосного фильтра радиостанции, размещенной на наземном пункте управления, выбрана равной ω_н2=ω₁=ω_r2.

Структурная схема автоматического беспилотного диагностического комплекса представлена на фиг. 1 Структурная схема радиостанции 15.1, размещенной на борту дистанционно-пилотируемого летательного аппарата (ДПЛА), изображена на фиг. 2. Структурная схема радиостанции 15.2, размещенной на наземном пункте 26 управления, изображена на фиг. 3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая процесс преобразования сигналов, показана на фиг. 4. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы радиотелеметрической системы, изображены на фиг. 5.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит систему 1 автоматического управления, спутники 2.i (i=1, 2, …, 24) глобальной навигационной системы «Навстар» или «ГЛОНАСС», навигационную систему 3, инерциальную навигационную систему 4, приемную аппаратуру 5 спутниковой навигационной системы «Навстар» или «ГЛОНАСС», вычислитель 6 действительных координат ДПЛА, радиомаяк 7, систему 8 воздушно-скоростных сигналов, малогабаритный радиовысотомер 9 малых высот, систему 10 автоматического дистанционного управления, систему 11 команд радиоуправления, информационный логический блок 12, приемную аппаратуру 13 командного радиоуправления, обзорную телевизионную систему 14, систему 15 радиотелеметрии, систему 16 автоконтроля работы бортовых систем ДПЛА с вычислителем, систему 17 управления двигателем, вычислитель 18 системы автоматического управления, радиоретранслятор 19, блок 20 управления бортовыми системами, бортовой накопитель 21 информации, систему 22 посадки и выпуска парашюта, блок 23 управления системой диагностики состояния магистральных газопроводов, систему 24 диагностики состояния магистральных газопроводов, радиовысотомер 25, наземный пункт 26 управления, наземный пульт 27 управления, стартовую катапульту, систему 28 спасения и рули направления 29.

Радиотелеметрическая система 15 содержит две радиостанции 15.1 и 15.2, размещенные на ДПЛА и наземном пункте 26 управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные генератор 30.1 (30.2) высокой частоты, фазовый манипулятор 31.1 (31.2), второй вход которого соединен с выходом источника 32.1 (32.2) дискретных сообщений и команд, первый смеситель 33.1 (33.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 34.1 (34.2), усилитель 35.1 (35.2) первой промежуточной частоты, первый усилитель 36.1 (36.2) мощности, дуплексер 37.1 (37.2), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 38.1 (38.2), второй усилитель 39.1 (39.2) мощности, второй смеситель 40.1 (40.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 41.1 (41.2), усилитель 42.1 (42.2) второй промежуточной частоты, ключ 50.1 (50.2), перемножитель 43.1 (43.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 34.1 (34.2), полосовой фильтр 44.1 (44.2) и фазовый детектор 45.1 (45.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 41.1 (41.2), а выход является выходом радиостанции 15.1 (15.2). К выходу второго усилителя 39.1 (39.2) мощности последовательно подключены колебательный контур 46.1 (46.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 34.1 (34.2), узкополосный фильтр 47.1 (47.2), амплитудный детектор 48.1 (48.2) и пороговый блок 49.1 (49.2), выход которого соединен с вторым входом ключа 50.1 (50.2).

Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит ДПЛА, планер которого выполнен из дешевых композиционных материалов.

Аэродинамическая схема ДПЛА содержит моноплан с высокорасположенным крылом небольшой стреловидности, двухбалочным хвостовым оперением и расположенным в задней части фюзеляжа двухцилиндровым двухтактным поршневым двигателем с трехлопастным толкающим воздушным винтом фиксированного шага. В центроплане крыла размещаются мягкие топливные баки. В центральной части центроплана размещается посадочный парашют. Хвостовое оперение выполнено двухкилевым, между килями располагается стабилизатор.

В передней части фюзеляжа расположен отсек полезной нагрузки. Двигатель выполнен поршневым с трехлопастным винтом фиксированного шага, подключенным к системе 17 управления двигателем.

ДПЛА имеет трехколесное шасси. Основные колеса имеют тормозные устройства, обеспечивающие одновременно и дифференциальное торможение, связанные с системой 22 посадки и выпуска парашюта, подключенной к блоку 20 управления бортовыми системами.

Бортовые системы ДПЛА содержат систему 1 автоматического управления, состоящую из двух систем.

Первая система - навигационная система 3, в состав которой включены: инерционная навигационная система 4 (ИНС), приемная аппаратура 5 спутниковой навигационной системы (СНС), связанной со спутниками 2.i (i=1, 2, … 24), система 8 воздушно-скоростных сигналов, подключенная к вычислителю 18 САУ, малогабаритный радиовысотомер 9 малых высот, подключенных к блоку 20 управления бортовыми системами.

Вторая система - система 10 автоматического дистанционного управления, в состав которой входят системы 13 командного радиоуправления, обзорная телевизионная система 14. Система 17 управления двигателем подключена к системе 11 команд радиоуправления. Радиотелеметрическая система 15 соединена с системой 16 автоконтроля, подключенной к блоку 20 управления бортовыми системами.

В блоке 23 управления системой диагностики встроены блок контроля функционального состояния диагностической системы, блок накопления диагностической информации, блок включения/отключения, блок включения обогрева диагностической аппаратуры, блок вычислений.

Система 24 диагностики состояния магистральных газопроводов и технической разведки содержит магнитометр, соединенный с пассивными магнитометрическими датчиками, тепловизор, лазерный газоанализатор, телевизионную систему, аппаратуру видео-, фотосъемки, получения информации об излучении радиоэлектронных средств, дозиметрического контроля и соединена с блоком 23 управления системой диагностики.

Наземная часть содержит радиотелеметрическую систему 15, телевизионную систему 14, стартовую катапульту 28, связанную с наземным пультом 27 управления наземного пункта 26.

Выполнение полета и диагностики состояния газовых трубопроводов и объектов технической разведки с помощью предлагаемого комплекса осуществляется следующим образом.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс (АБДК) обеспечивает наилучшее условие для выполнения мониторинга и измерения параметров состояния газовых трубопроводов и объектов технической разведки с помощью бортовой аппаратуры. Навигационная система 3 в составе ИНС 4, приемной аппаратуры 5 СНС, системы 8 воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомера 9 малых высот обеспечивает стабилизацию углового положения ДПЛА на всех режимах полета, управления полетом ДПЛА по заданному программой маршруту, выдачу потребителям текущих координат ДПЛА и другой навигационной информации.

Система 10 автоматического дистанционного управления в составе блока 11 команд радиоуправления, логического блока 12, приемной аппаратуры 13 командного радиоуправления, обзорной телевизионной системы 14 обеспечивает:

- коррекцию или изменение маршрута полета ДПЛА;

- управление системами ДПЛА при выполнении автоматического взлета по - самолетному;

- управление системами ДПЛА при выполнении штатной, вынужденной или аварийной посадки по - самолетному;

- автоматическое пилотирование ДПЛА, прекращение выполнения задания и возврат на площадку посадки в случае необходимости;

- обеспечивает безопасность полета ДПЛА и газопроводов в случае остановки двигателя, выхода из строя командной радиолинии управления.

В чрезвычайных обстоятельствах система переключает управление полетом ДПЛА на себя и работает автономно по записанной в БЦВМ 21 логике в соответствии с конкретными отказами.

Система обеспечения посадки ДПЛА включает парашютную систему, трехколесное шасси. Система обеспечивает посадку ДПЛА по самолетному на подготовленную площадку.

Диагностирование выполняемой с помощью установленных на ДПЛА газоанализатора, тепловизора, магнитометрической системы контроля катодной защиты трубопровода, с помощью телевизионной системы и системы радиоэлектронного контроля. Тепловизор позволяет получить видимое изображение исследуемого трубопровода по его собственному тепловому (ИК) излучению, определяя формы и места положения слабонагретых и замаскированных трубопроводов в дневных и ночных условиях. Тепловые аномалии, создаваемые магистральными трубопроводами, связаны с транспортом нагретого газа и утечками из трубопровода.

Для работы системы диагностики обеспечивают ввод данных о точной высоте полета над трубой с помощью радиовысотомера, об угловых координатах положения планера, о текущих координатах местности, поступающих из НО в вычислитель блока управления системой диагностики состояния магистральных газопроводов и далее в блоки вычисления и накопления.

В процессе полета обзорная телевизионная система передает на наземный пункт управления обзор местности, передает изображение военной техники, текущие координаты полета, информацию о работе и отказах бортовых систем. Оператор наблюдает на видеокамере изображение трубы относительно ДПЛА по визуальной сетке. Изображением желаемой траектории полета является визирная сетка, перекрестие, направленное на цель, которую необходимо выдерживать. Объективы тепловизора, телевизионной системы автоматически закрываются с помощью шторок при взлете и посадке. Через командную радиолинию с земли оператор корректирует полет ДПЛА, осуществляет контроль функционального состояния диагностической системы, при необходимости ее обогрев и управление. В результате чего происходят измерения полей температурного контраста тепловизионной системой, затем измерение концентрации трансформируемого газа газоанализатором. Определение магнитного поля регистрируют в соответствии с линейным положением магнитометра по отношению к трубопроводу. При этом скорость сканирования тепловизионной и телевизионной систем устанавливается по сигналу, поступающему из блока 23 управления, определяемому по соотношению скорости полета к высоте. Полученные измерения диагностической системы и параметры траектории полета поступают в блок вычислителя 6, а затем в блок накопления диагностической информации, встроенные в блок 23 управления диагностической системы.

В вычислителе 6 используется комплексная обработка информации (КОИ), результатом которой являются действительные значения параметров движения ДПЛА.

Повышение точности формирования действительных значений пилотажно-навигационных параметров достигается использованием оптимальной КОИ с реализацией фильтра Калмана.

В приемной аппаратуре 5 СНС измеряется псевдодальность по оценке задержки огибающей псевдослучайных последовательностей и радиальная псевдоскорость по оценке доплеровского смещения частоты несущей. В сигналы кодов закладывается соответствующий массив служебной информации, содержащей эфемериды, альманах, частотно-временные поправки, метки времени, сведения о работоспособности бортовой аппаратуры по результатам измерений. В приемной аппаратуре 5 СНС решается навигационно-временная задача.

Управление АбДК осуществляется с помощью системы 18 автоматического управления, обеспечивающей отработку и стабилизацию пространственной траектории, отслеживающей траекторию движения АБДК, и автомата управления тягой двигателей, выдерживающего заданную скорость полета.

Радиостанции 15.1 и 15.2 радиотелеметрической системы 15 работают следующим образом.

Генератор 30.1 высокой частоты формирует гармоническое колебание (фиг. 5, а)

u_c1(t)=U_c1⋅Cos(ωct+ϕ_c1), 0≤t≤T_c1,

где u_c1, ωс, ϕ_с1, T_c1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания, которое поступает на первый выход фазового манипулятора 31.1, на второй вход которого подается модулирующий код М₁(t) (фиг. 5, б) с выхода источника 32.1 дискретных сообщений и команд. В качестве источника 32.1 дискретных сообщений и команд могут быть текущие координаты ДПЛА, информация о работе и отказах бортовых систем, результаты технической разведки и т.п. На выходе фазового манипулятора 31.1 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН) (фиг. 5, в).

u₁(t)=U_c1⋅Cos[ωct+ϕ_k1(t)+ϕ_c1], 0≤t≤T_c1,

где ϕ_k1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t) (фиг. 5, в), причем ϕ_k1(t)=const при kτ_э<t<(k+1) τ_э и может изменяться скачком при t=kτ_э. т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, … N₁); τэ, N₁ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c1 (T_c1=τ_э⋅T₁), который поступает на первый вход первого смесителя 33.1, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 34.1.

u_r1(t)=U_r1⋅Cos(ω_r1t+ϕ_r1).

На выходе смесителя 33.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.1 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты.

u_up1(t)=U_up1⋅Cos[ω_up1t+ϕ_k1(t)+ϕ_up1], 0≤t≤T_c1,

где

ω_up1=ω_c+ω_r1 - первая промежуточная (суммарная) частота;

ϕ_up1=ϕ_c1+ϕ_r1.

Это напряжение после усиления в усилителе 36.1 через дуплексер 37.1 поступает в приемопередающую антенну 38.1, излучается ею в эфир на частоте ω₁=ω_up1, улавливается приемопередающей антенной 38.2 наземного пункта 26 управления и через дуплексер 37.2 и усилитель 39.2 мощности поступают на вход второго смесителя 40.2. На второй вход второго смесителя 40.2 подается напряжение второго гетеродина 41.2.

u_r1(t)=U_r1⋅Cos((ω_r1t+ϕ_r1).

На выходе второго смесителя 40.2 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителем 42.2 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты.

U_up2(t)=U_up2⋅Cos[ω_up2t+ϕ_k1(t)+ϕ_up2], 0≤t≤Т_с1,

где

ω_up2=ω_up1-ω_r1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_up2=ϕ_up1-ϕ_r1.

Принимаемый сигнал U_up1(t) на частоте ω₁=ω_up1 с выхода второго усилителя 39.2 мощности одновременно поступает на первый вход колебательного контура 46.2, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 34.2.

u_r2(t)=U_r2⋅Cos(ω_r2t+ϕ_r2).

так как частота ω_up1=ω₁=ω_r2 принимаемого сигнала выбирается равной частоте ω_r2 первого гетеродина 34.2, то в колебательном контуре 46.2 возникает явление резонанса, выходное напряжение колебательного контура 46.2 достигается максимального значения U_max, выделяется узкополосным фильтром 47.2, частота настройки ω_н2=ω₁=ω_r2, детектируется амплитудным детектором 48.2 и поступает на вход порогового блока 49.2, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор. Пороговый уровень U_пор превышается только при максимальном напряжении U_max амплитудного детектора 48.2, которое соответствует явлению резонанса. При превышении порогового уровня U_пор(U_max>U_пор) в пороговом блоке 49.1 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 50.2 и открывает его. В исходном состоянии ключ 50.2 всегда закрыт. При этом напряжение U_up2 (t) второй промежуточной частоты с выхода усилителя 42.2 второй промежуточной частоты через открытый ключ 50.2 поступает на первый вход перемножителя 43.2, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34.2.

u_r2(t)=U_r2⋅Cos(ω_r2t+ϕ_r2).

На выходе перемножителя 43.2 образуется напряжение (фиг. 5, г)

u₂(t)=U₂⋅Cos[ω_r1t-ϕ_k1(t)+ϕ_r1], 0≤t≤T_c1,

где

которое выделяется полосовым фильтром 44.2 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.2, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 41.2

Ur₁(t)=U_r1⋅Cos(ω_r1t+ϕ_r1).

На выходе фазового детектора 45.2 образуется низкочастотное напряжение (фиг. 5, д).

u_н1(t)=U_н1⋅Cosϕ_k1(t), 0≤t≤T_c1,

где

пропорциональное модулирующему коду M₁(t) (фиг. 5, б).

На наземном пункте 26 управления формируется с помощью генератора 30.2 высокой частоты гармоническое колебание (фиг. 5, е)

u_c2(t)=U_c2⋅Cos(ω_ct+ϕ_c2), 0≤t≤Т_с2,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 31.2, на второй вход которого подается модулирующий код М₂(t) (фиг. 5, ж) с выхода источника 32.2 дискретных сообщений и команд. В качестве источника дискретных сообщений могут быть сигналы запроса о работе различных бортовых систем, команды на включение или выключение блоков и т.д. На выходе фазового манипулятора 31.2 образуется сложный ФМН сигнал (фиг. 5, з)

u₃(t)=U_c2⋅Cos[ω_ct+ϕ_k2(t)+ϕ_c2], 0≤t≤Т_с2,

который поступает на первый вход первого смесителя 33.2, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 34.2.

ur₂(t)=U_r2⋅Cos(ω_r2t+ϕ_с2).

На выходе смесителя 33.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.2 выделяется напряжение в третьей промежуточной (разностной) частоты

u_up3(t)=U_up3⋅Cos[ω_up3t-ϕ_k2(t)+ϕ_up3], 0≤t≤T_c2,

где

ω_up3=ω₂=ω_r2-ω_c - третья промежуточная (разностная) частота.

ϕ_up3=ϕ_r2-ϕ_c2.

Это напряжение после усиления в усилителе 36.2 мощности через дуплексер 37.2 поступает в приемопередающую антенну 38.2, излучается ею в эфир на частоте ω₂=ω_up3, улавливается приемопередающей антенной 38.1 ДПЛА и через дуплексер 37.1 и усилитель 39.1 мощности поступает на первый вход второго смесителя 40.1. На второй вход второго смесителя 40.1 подается напряжение второго гетеродина 41.1.

u_r2(t)=U_r2⋅Cos(ω_r2t+ϕ_r2).

На выходе второго смесителя 40.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 42.1 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_up4(t)=U_up4⋅Cos[ω_up2t+ϕ_k2(t)+ϕ_up4], 0≤t≤T_c2,

где

ω_up2=ω_r2-ω_up3 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_up4=ϕ_r2-ϕ_up3,

принимаемый сигнал U_up3(t) на частоте ω₂=ω_up3 с выхода второго усилителя 39.1 мощности одновременно поступает на первый вход колебательного контура 46.1, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 34.1.

u_r1(t)=U_r1⋅Cos(ω_r1t+ϕ_r1).

Так как частота w₂ принимаемого сигнала выбирается равной частоте w_r1 первого гетеродина 34.1 ω₂=ω_r1=ω_up1, то в колебательном контуре 46.1 возникает явление резонанса, выходное напряжение колебательного контура 46.1 достигает максимального значения, выделяется узкополосным фильтром 47.1, частота настройки w_н1 которого выбирается равной ω_н1=ω₂=ω_r1, детектируется амплитудным детектором 48.1 и поступает на вход порогового блока 49.1, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор. Пороговый уровень U_пор превышается только при максимальном напряжении U_max амплитудного детектора 48.1, которое соответствует явлению резонанса.

При превышении порогового уровня U_пор(U_max>U_пор) в пороговом блоке 49.1 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 50.1 и открывает его. В исходном состоянии ключ 50.1 всегда закрыт. При этом напряжение U_up4(t) второй промежуточной частоты с выхода усилителя 42.1 второй промежуточной частоты через открытый ключ 50.1 поступает на первый вход перемножителя 43.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34.1

u_r1(t)=U_r1⋅Cos(ω_r1t+ϕ_r2).

На входе перемножителя 43.1 образуется напряжение (фиг. 5, и)

u₄(t)=U₄⋅Cos[ω_r2t+ϕ_k2(t)+ϕ_r2], 0≤t≤Т_с2,

где

которое выделяется полосовым фильтром 44.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.1, на второй (опорный) вход которого подается напряжение второго гетеродина 41.1

u_r2(t)=U_r2⋅Cos(ω_r2t+ϕ_r2).

На выходе фазового детектора 45.1 образуется низкочастотное напряжение (фиг. 5, к)

u_н2(t)=U_н2⋅Cosϕ_k2(t), 0≤t≤T_c2,

где

пропорциональное модулирующему коду М2(t) (фиг. 5, ж).

При этом частоты ω_r1 и ω_r2 гетеродинов 34.1 (34.2) и 41.1 (41.2) разнесены на вторую промежуточную частоту

ω_r2-ω_r1=ω_up2.

Радиостанция 15.1, размещаемая на ДПЛА, излучает сложные ФМн сигналы на частоте ω₁=ω_up2=ω_r2, а принимает на частоте ω₂=ω_up3=ω_r1.

Радиостанция 15.2, размещаемая на наземном пункте 26 управления, наоборот, излучает сложные ФМн сигналы на частоте ω₂, а принимает на частоте ω₁.

Описанная выше работа радиостанции 15.1 и 15.2 соответствует случаю приема полезных сложных ФМн сигналов по основным каналам на частотах ω₁ и ω₂ (фиг. 4).

Если ложный сигнал (помеха)

u_з1(t)=U_з1⋅Cos(ω_з1t+ϕ_з1), 0≤t≤Т_з,

поступает по первому зеркальному каналу на частоте ω_з1, то он также поступает с выхода второго усилителя 39.2 мощности на первый вход второго смесителя 40.2 и на первый вход колебательного контура 46.2, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34.2

u_r2(t)=U_r2⋅Cos(ω_r2t+ϕ_r2).

Так как частоты ω_з1 и ω_r2 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_r2-ω_з1=2ω_up2,

то в колебательном контуре 46.2 явления резонанса не наблюдается, его выходное напряжение не достигает максимального напряжения, продетектированное напряжение U на выходе амплитудного детектора 48.2 не превышает порогового напряжения U_пор(U<U_пор), ключ 50.2 не открывается и ложный сигнал (помеха) u_з1(t), поступающий по первому зеркальному каналу на частоте ω_з1, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха)

u_з2(t)=U_з2⋅Cos(ω_з2t+ϕ_з2), 0≤t≤Т_з,

поступающий по второму зеркальному каналу на частоте ω_з2, то он также с выхода второго усилителя 39.2 мощности поступает на первый вход смесителя 40.1 и на первый вход колебательного контура 46.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34.1

u_r1(t)=U_r1⋅Cos(ω_r1t+ϕ_r2).

Так как частоты ω_з2 и ω_r1 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_з2-ω_r1=2ω_up2,

то в колебательном контуре 46.1 явления резонанса не наблюдается, его выходное напряжение не достигает максимального значения, продетектированное напряжение U амплитудным детектором 48.1 не превышает порогового напряжения U_пор в пороговом блоке 49.1 (U<U_пор), ключ 50.1 не открывается и ложный сигнал (помеха), поступающий по второму зеркальному каналу на частоте ω_з2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому комбинационному каналу ω_k1, по второму комбинационному каналу на частоте ω_k2 и по любому другому дополнительному каналу.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс позволяет получать визуальную информацию о состоянии магистральных газопроводов в сложных метеоусловиях, в любое время суток при полете ДПЛА на высоте 50 м со скоростью 120…140 км/час над газопроводом в равнинной местности по координатам с использованием СНС, что уменьшает ошибки, не превышающие по боковому отклонению ±10 м и по высоте ±20 м.

В каждом полете ДПЛА про диагностируется до 450 км газопровода. Обнаружение мест утечек газа обеспечивается диагностической системой при расходе газа 20…50 м³/сутки, выявляются разрушения покрытий в трубе площадью до 1 м и более. Полеты совершают в оба направления магистрали на удалении до 225 км (до следующий через одну станцию газоперекачки) с возвратом на площадку старта с использованием радиотелескопа 19.

Между ДПЛА и наземным пунктом 26 управления устанавливается дуплексная радиосвязь на двух частотах ω₁ и ω₂ с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Сложные ФМн сигналы обладают высокой помехоустойчивостью, энергетической и структурной скрытностью. Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника. Сложные ФМн сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.

Таким образом, предлагаемый автоматический беспилотный дистанционный комплекс по сравнению с прототипом и другими техническим решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение избирательности и помехоустойчивости приемников радиостанций. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, используются колебательные контуры, реализующие явление резонанса.

Следует отметить, что явление резонанса является основополагающим принципом работы многих систем и устройств радиоэлектроники.