Материал: 2385

Определению величины вектора bSA посвящена процедура измерения выставочных

Где, bGA - вектор в G , координаты которого определяются непосредственно GPS

измерениями.

Полученное уравнение связи для топоцентрической СК и сканера позволяет формально описать все главные метрологические процедуры, выполняемые локатором. Представим описание операций дальномерного измерения. Каждое такое измерение

выполняется по схеме, иллюстрированной на рисунке 11.8.

Вектор на этом рисунке соответствует зондирующему лучу, а его длина соответствует измеренному значению наклонной

дальности. В процессе сканирования зондирующий вектор совершает

колебательные движения в плоскости ОYZ . Текущее положение определяется параметром - фазой сканирования. определяется углом наклона сканирующего зеркала. Главной целью каждого акта сканирования является определение координат N P , E P , AP точки, от которой произошло отражение зондирующего луча.

С учетом введенной системы обозначений дальномерное измерение можно выразить как:

На основании этого уравнения выполняется расчет всех координат лазерных точек.

4.2 Методы выполнения развертки

Основные схемы выполнения развертки, используемые в современных лазерных локаторах, и характерные рисунки распределения лазерных точек по поверхности сцены изображены на рисунке 11.9. Пока используются только механические методы развертки.

В качестве основного оптического элемента развертки используются:

Качающееся зеркало.

Вращающаяся призма.

192

Оптический клин.

Рисунок 11. 9 Основные схемы организации развертки в современных лидарах Рассмотрим достоинства и недостатки указанных методов организации развертки. Для этого выделим

несколько критериев, по которым будем оценивать эти достоинства и недостатки. А именно:

Простота технической реализации.

Возможность настройки (программирования) режимов сканирования.

Обеспечение максимальной равномерности распределения лазерных точек по поверхности

сцены.

Другие.

Что касается простоты технической реализации, то все рассматриваемые схемы сканирования не представляют никаких проблем по этой позиции. Везде используется единственный движущийся оптический элемент, который в первом случае совершает колебания, а во втором и третьем вращается с постоянной угловой скоростью. Это обстоятельство облегчает юстировку и в значительной степени способствует стабильности и надежности работы оптической системы.

Наибольшие возможности по части гибкости и возможности программирования режимов сканирования обеспечивает схема с качающимся зеркалом. При использовании такой схемы имеется возможность регулировать все три главных параметра, характеризующих воздушную лазерно-локационную съемку – ширина полосы захвата S (регулируется значением амплитуды колебаний), частота сканирования f, т.е. количество линий сканирования в секунду (регулируется значением частоты колебаний). Третий важнейший параметр лазерно-локационной съемки плотность сканирования d, т.е. количество лазерных точек на единицу поверхности однозначно определяется по значениям S и f. Схемы развертки с использованием призмы и оптического клина без применения дополнительных элементов регулировать ширину полосы захвата, что на практике оказывается существенным недостатком.

Дополнительным преимуществом схемы развертки с использованием качающегося зеркала является возможность динамического управления параметрами развертки в процессе выполнения аэросъемочных работ. Благодаря этой возможности удается, например, в лидарах типа ALTM реализован режим компенсации бокового крена, которой гарантирует покрытие заданной полосы съемки, что в значительной степени облегчает пилотирование.

Следует также отметить, что в случае использования качающегося зеркала за счет изменения закона колебаний можно получить различные траектории сканирования, как например, синусоидальную либо пилообразную, что проиллюстрировано на рисунке 11.20.

Наибольшая равномерность распределения лазерных точек по поверхности сцены обеспечивается при использовании призмы в качестве сканирующего элемента. В этом случае рисунок сканирования состоит из набора прямых линий параллельных друг другу. Легко показать, что при заданной скорости движения носителя V, высоте съемки H, и ширине полосы захвата S можно подобрать такое значение частоты сканирования f, что будет обеспечено равенство продольного и поперечного расстояния между соседними лазерными точками.

193

Развертка с использованием оптического клина также не отличается особой гибкостью. Кроме того, при использовании этого метода наблюдается наибольшая неравномерность распределения лазерных точек, причем минимальная плотность приходится как раз на середину полосы захвата, т.е. на ту область, которая и представляет наибольший интерес. Однако, сканирование с использованием оптического клина имеет одно важное преимущество. При реализации этого метода каждый участок полосы съемки сканируется дважды – при подлете и при отлете от этого участка. Такая особенность, во-первых, позволяет получать отклики от вертикально расположенных объектов, таких как стены здания, стволы деревьев или опоры ЛЭП, а, вовторых, создает исключительно благоприятные условия для самокалибровки лидара.

Возможность получения откликов от вертикально расположенных объектов имеется и при реализации других схем сканирования. Так в лидарах типа ALTM, использующих метод качающегося зеркала, предусмотрена возможность установки сканерного блока в наклонное положение до 30° от надира. Такое положение используется наиболее часто при съемке ЛЭП.

Также следует упомянуть о волоконно-оптическом методе развертки, предлагаемой компанией

TopoSys.

Глава 12 БЕСПИЛОТНИКИ– ПЕРСПЕКТИВНОЕ СРЕДСТВО

ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ 1. Обзор информации о БПЛА

В наиболее развитых странах мира заметна тенденция расширения использования беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самых различных классов и назначения в первую очередь для военных целей, изначально для разведки. По оценкам американских экспертов, активно занимаются проблемами создания БПЛА около 45 стран.

По состоянию на начало 2001 г. 53 фирмы в 13 странах разрабатывали и выпускали БЛА 143 типов. Практически все развитые страны в той или иной степени занимаются этой проблемой.

В ИНОСТРАННОЙ военной и технической литературе конца XX в. для определения всего множества беспилотных летательных аппаратов (БЛА) используется термин UAV (Unnamed Air Vehicle), под которым принято понимать дистанционно пилотируемые и автономно (программно) управляемые ЛА. Известные проекты БЛА разработаны или разрабатываются в большинстве своем для выполнения задач разведки (включая наблюдение и обнаружение целей), хотя просматривается наращивание усилий для выполнения ряда других задач. В настоящее время беспилотные системы не только дополняют пилотируемые платформы, но и начинают выступать в качестве альтернативы последним.

Появилась классификация многочисленных систем БПЛА по следующим основным критериям:

-в зависимости от массы: микро - менее 5 кг, мини - менее 200 кг, и макси - свыше

1000 кг;

-в зависимости от продолжительности нахождения в воздухе: менее 1 часа, до 3 часов, до 6 часов, до 12 часов, до 24 часов и более;

-в зависимости от высоты полета: до 1 км, до 3 км, 9-12 км, до 20 км.

Важную роль играет, естественно, и способ управления аппаратом. Здесь есть телеуправляемые и радиоуправляемые системы, совершающие полеты по заранее разработанной программе и в связке с космическими системами навигации. Есть БПЛА поля боя, оперативного и фронтового назначения, а также континентального и межконтинентального применения.

Беспилотники обладают широким набором характеристик, которые позволяют им

194

решать многоплановые задачи, в том числе разведывательные. Массовые поступления этих систем на вооружение частей Объединенных вооруженных сил НАТО ожидаются к 2007 году). Специалисты полагают, что «численность их парка в центральной Европе может достигнуть примерно 60 тысяч единиц, из которых около 60%, по-видимому, будут составлять малоразмерные аппараты» (Рис. 12.1а, 12.1б).

UAV Prowler Рис 12.1а UAV NASTI (похож на летающую тарелку) Рис 12.1б

В США рассматривается вопрос о включении к 2008 году в перечень стандартного вооружения бригады сухопутных войск до 150-200 БПЛА оперативно-тактического назначения. Речь также идет о внедрении все более совершенных и продвинутых систем, которые вкупе с уже имеющимися средствами могут значительно изменить характер ведения вооруженной борьбы, особенно в конфликтах малой и средней интенсивности.

Разведывательные БЛА, в соответствии с американским подходом, классифицируются на две категории: стратегические и тактические. Стратегические разведывательные БЛА предназначены для обеспечения боевых действий авиации и других видов вооруженных сил на ТВД.

С конца 1990-х годов их принято классифицировать на высотные (полет на высотах 12200-19800 м в течение 24-48 часов) и средневысотные (выполняют задания аналогичной продолжительности на высотах 6100-12200 м). Радиус действия обеих категорий стратегических разведывательных БЛА превышает 1000 км.

Современные высотные и средневысотные стратегические разведывательные БЛА во многом отличаются от БЛА первого поколения, прежде всего значительно меньшей взлетной массой (в 3-10 раз) при значительно большей продолжительности полета, измеряемой не часами, а сутками. Такие характеристики стали возможными благодаря использованию последних достижений дозвуковой аэродинамики, технологии изготовления легких конструкций из композиционных материалов (в частности, крыльев очень большого удлинения), а также высокоэкономичных двигателей. Уже есть БПЛА летающие за счёт энергии Солнца.

К числу существующих и разрабатываемых стратегических разведывательных БЛА относятся высотные RQ-4A "Глобал Хок" и "Сенсор Крафт" (оба - США), французский "Фрегат", шведский "Гладан". В категорию средневысотных входят RQ-1A "Предатор", A- 160 "Хаммингберд" (США), европейский "Игл-1", израильский "Гермес-450".

Тактические разведывательные БЛА обеспечивают разведывательной информацией части и соединения сухопутных войск и военно-морских сил от корпусного звена и ниже. В европейских странах для тактических разведывательных БЛА в качестве определяющего параметра рассматривается их радиус действия (глубина зоны применения). В соответствии с чем они подразделяются на следующие типоразмеры: среднего (от 70 до 200 и более км), малого (до 50-70 км) и сверхмалого (до 10-20 км) радиусов действия.

Модернизация существующих и разработка новых образцов тактических разведывательных БЛА осуществляется практически во всех индустриально развитых зарубежных странах. В США создание разведывательных БЛА ведется в интересах сухопутных войск, ВМС, корпуса морской пехоты. Помимо традиционной разведки они

предназначены для картографирования района боевых действий и обнаружения

195

минных полей. Для флота и морской пехоты создаются БЛА вертикального взлета и посадки.

Вевропейских государствах главной причиной активизации как применения БЛА, так и проведения работ по их усовершенствованию стали воздушная война в Косово. Великобритания, Франция и ФРГ, беспилотники которых в ней участвовали, убедились в том, что возможности существующих аппаратов по ведению разведки в реальном масштабе времени являются весьма ограниченными. Проводимые в связи с этим работы направлены как на модернизацию ранее разработанных БЛА, так и на создание новых.

На авиакосмическом салоне "Эршоу Чайна-2000" в Чжухае были представлены достижения Китая в области создания беспилотных летательных аппаратов различного (в первую очередь военного) назначения. Хотя демонстрировались в основном экспериментальные и демонстрационные образцы БЛА, очевидно, в начале XXI в. Китай сможет полностью обеспечить национальные потребности в области беспилотных летательных аппаратов, а также выйти на мировой рынок.

Во второй половине 1990-х годов обозначились серьезные исследования в новом направлении развития беспилотных летательных систем - создании сверхминиатюрных беспилотных летательных аппаратов, именуемых микроБЛА (МБЛА). Повышенный интерес к этому классу аппаратов в последнее время является результатом одновременного появления новых достижений в области миниатюризации компонента ЛА и новых военнотехнических концепций применения таких аппаратов, лежащих в русле перспективных концепций информатизации вооруженной борьбы. В отличие от средств разведки с более высоким уровнем характеристик, подобно спутникам и высотным БЛА, микроБЛА будут эксплуатироваться в интересах отдельных групп солдат как средство уровня взвода, обеспечивая локальную разведку по непосредственному требованию потребителя. Главным принципом боевого применения становится непрерывная разведка, планирование и управление выполнением запланированных действий.

Внастоящее время лидирующую роль среди зарубежных стран в исследованиях и разработках микроБЛА занимают США. Основные прикладные поисковоисследовательские работы по данному направлению возглавляет и финансирует управление перспективных разработок Министерства обороны США (ДАРПА) в рамках программы MAV. Предполагается, что такие аппараты, оснащенные телевизионными или тепловизионными камерами, биохимическими, радиационными и акустическим датчиками, будут входить в состав индивидуального снаряжения военнослужащих и использоваться при ведении контр террористических операций и боевых действий в городских условиях.

Существующие технические концепции, разработанные в США, предполагают, что разведка с помощью МБЛА будет происходить на удалении до 10 км, длительностью до 1 ч

исо скоростью от 10 до 20 м/с. При этом будет обеспечиваться оперативность и круглосуточность наблюдений (днем и ночью) .

Исследования и разработки, проводимые по программе MAV, доказали реальность изготовления миниатюрных беспилотных летательных аппаратов размером не более 150 мм. Такие микроБЛА прошли путь от идеи до реально существующих образцов, которые превысили требования, определенные специалистами.

ВИзраиле, обремененном тяжелейшей борьбой с терроризмом, на выставке, посвященной конфликтам низкой интенсивности и ведению военных действий в городских условиях, в марте 2004 года были показаны в числе других систем БПЛА «SPY THERE» и

«BIRDY». Первая из них при взлете весит всего 5 кг и способна выполнять различные разведывательные задачи в течение одного часа. Все оборудование переносится двумя операторами.

Разведка была практически главной и фактически доминирующей линией в использовании БПЛА, что и сейчас является одной из их ведущих функций среди многих других. Выбор имеющихся здесь систем весьма впечатляющ. Кроме названных выше

196