Автоматический беспилотный диагностический комплекс

Предлагаемый комплекс относится к области диагностической техники и может быть использован для систематического дистанционного контроля источников радиоизлучений (ИРИ) и состояния магистральных газопроводов и нефтепроводов, а именно для раннего обнаружения нарушений герметичности, повреждений и утечек в газопроводе и нефтепроводе за счет обеспечения лучших условий выполнения мониторинга, повышения оперативности и достоверности измерения параметров состояния газовых и нефтяных трубопроводов с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА). Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам. Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит систему 1 автоматического управления, спутники 2.1 (i=1, 2,…, 24) глобальной навигационной системы «Навстар» или «Глонасс», навигационную систему 3, инерциальную 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, информационно-логический блок 12, приемную аппаратуру 13 командного радиоуправления, обзорную телевизионную систему 14, систему 15 радиотелеметрии, систему 16 автоконтроля работы бортовых систем ДПЛА, систему 17 управления двигателем, вычислитель 18 системы автоматического управления, радиорейтранслятор 19, блок 20 управления бортовыми 5 системами, бортовой накопитель 21 информации, систему 22 посадки и выпуска парашюта, блок 23 управления системой диагностики состояния магистральных трубопроводов, систему 24 диагностики состояния магистральных трубопроводов, наземный пункт 26 управления, наземный пульт 27 управления, стартовую катапульту и систему 28 спасения, рули 29 направления. Радиотелеметрическая система 15 содержит две радиостанции 15.1 и 15.2, размещенные на ДПЛА и наземном пункте 26 управления соответственно, каждая из которых содержит синтезатор 30.1 (30.2) несущих частот, фазовый манипулятор 31.1 (31.2), источник 32.1 (32.2) дискретных сообщений и команд, первый смеситель 33.1 (33.2), синтезатор 34.1 (34.2) частот первого гетеродина, усилитель 35.1 (35.2) первой промежуточной частоты, первый усилитель 36.1 (36.2) мощности, дуплексир 37.1 (37.2), приемопередающую антенну 38.1 (38.2), второй усилитель 39.1 (39.2) мощности, второй смеситель 40.1 (40.2), синтезатор 41.1 (41.2) частот второго гетеродина, первый усилитель 42.1 (42.2) второй промежуточной частоты, перемножитель 43.1 (43.2), полосовой фильтр 44.1 (44.2), фазовый детектор 45.1 (45.2), синхронизатор 46.1 (46.2), генератор 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, синтезатор 48.1 (48.2) частот третьего гетеродина, третий смеситель 49.1 (49.2), второй усилитель 50.1 (50.2) второй промежуточной частоты, коррелятор 51.1 (51.2), пороговый блок 52.1 (52.2) и ключ 53.1 (53.2). 7 ил.

 

Предлагаемый комплекс относится к области диагностической техники и может быть использован для систематического дистанционного контроля источников радиоизлучений (ИРИ) и состояния магистральных газопроводов и нефтепроводов, а именно для раннего обнаружения нарушений герметичности, повреждений и утечек в газопроводе и нефтепроводе за счет обеспечения лучших условий выполнения мониторинга, повышения оперативности и достоверности измерения параметров состояния газовых и нефтяных трубопроводов с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

Известны системы и устройства для дистанционного контроля ИРИ и состояния магистральных трубопроводов (патенты РФ №№2.017.138, 2.040.783, 2.091.759, 2.158.423, 2.200.900, 2.201.584, 2.211.785, 2.256.894, 2.362.981, 2.424.539; патенты США №№3.490;032, 3.808.519, 6.181.426, 6.229.313, 6.766.226; патент Франции №2.270.514; патент ЕР №0.052.053; патент WO №0.008.435; Журнал «Крылья России», 1998, М. Беспилотные самолеты «Пчелка - 1T», модели «Эксперт» и «Альбатрос», ОКБ им. Яковлева и другие).

Из известных систем и устройств наиболее близким к предлагаемому является «Автоматический беспилотный диагностический комплекс» (патент РФ №2.424.539, G01V 3/16, 2010), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный комплекс обеспечивает обмен радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления путем использования дуплексной радиосвязи на двух частотах с псевдослучайной их перестройкой в заданном диапазоне частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн).

Однако в условиях организованных и непреднамеренных помех при контроле источников радиоизлучений, многолучевого распространения радиоволн, характерных для трасс прокладки магистральных трубопроводов, надежный обмен радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления вызывает определенные трудности.

В определенной мере проблема надежного обмена радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн решается путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ).

Кроме того, в состав известного комплекса входят приемники, построенные по супергетеродинной схеме, в которой одни и те значения второй промежуточной частоты ω_пр2i могут быть получены в результате приема сигналов на следующих частотах:

ω_1i, ω_2i, ω_3i; и ω_з2i;

ω_пр2i=ω_1i-ω_гi; ω_прi=ω_г2i-ω_2i,

ω_пр2i=ω_гi-ω_з1i; ω_пр2i=ω_з2i-ω_г2i,

где i=1, 2,… М,

М - число используемых несущих частот.

Следовательно, если частоты настройки ω_1i и ω_2i принять за основные каналы приема, то наряду с ними существуют и зеркальные каналы приема, частоты ω_з1i и ω_з2i которых расположены симметрично (зеркально) относительно частот ω_г1i и ω_г2i гетеродинов (фиг.4). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основным каналам. Поэтому зеркальные каналы приема наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость супергетеродинных приемников.

Кроме зеркальных существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема.

В общем виде любые комбинационные каналы приема имеют место при выполнении условий:

ω_пр1i=|±mω_kij±nω_г1i|,

ω_пр2i=|±mω_kij±nω_г2i|,

где ω_kij - частоты j-ых комбинационных каналов приема;

m, n, j - целые положительные числа.

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

ω_к1i=2ω_г1i-ω_пр2i, ω_к2i=2ω_г1i+ω_пр2i,

ω_к3i=2ω_г2i-ω_пр2i, ω_к4i=2ω_г2i+ω_пр2i,

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и надежности обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным 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 поршневыми двигателями, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, содержащим инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомер малых высот и вычислитель действительных координат, систему автоматического управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающую приемную аппаратуру командного радиоуправления, 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, при этом радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные синхронизатор, генератор псевдослучайного кода, синтезатор несущих частот, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом источника дискретных сообщений и команд, первый смеситель, второй вход которого через синтезатор частот первого гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через синтезатор частот второго гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, и первый усилитель второй промежуточной частоты, последовательно подключенные к выходу синтезатора частот первого гетеродина перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом синтезатора частот второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции, частоты ω_г1i и ω_г2i синтезаторов частот гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ω_г2i-ω_г1i=ω_пр2i,

где i=1, 2,…, М, М - число используемых несущих частот, радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах ω_1i=ω_пр1i=ω_г2i, a принимает - на частотах ω_2i=ω_пр3i=ω_г1i, где ω_пр1i и ω_пр3i - первые и третьи промежуточные частоты, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах ω_2i, а принимает - на частотах ω_1i, отличается от ближайшего аналога тем, что каждая радиостанция снабжена синтезатором частот третьего гетеродина, третьим смесителем, вторым усилителем второй промежуточной частоты, коррелятором, пороговым блоком и ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого через синтезатор частот третьего гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, второй усилитель второй промежуточной частоты, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу перемножителя, на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате частоты ω_г1i и ω_г3i синтезаторов частот первого и третьего гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_г3i-ω_г1i=2ω_пр2i

и выбраны симметричными относительно частоты ω_1i принимаемого сигнала

ω_1i-ω_г1i=ω_г3i-ω_1i=ω_пр2i,

а на наземном пункте управления частоты ω_г2i и ω_г3i синтезаторов частот второго и третьего гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_г2i-ω_г3i=2ω_пр2i

и выбраны симметричными относительно частоты ω_2i принимаемого сигнала

ω_2i-ω_г3i=ω_г2i-ω_2i=ω_пр2i.

Структурная схема автоматического беспилотного диагностического комплекса представлена на фиг.1. Структурная схема радиостанции 15.1, размещенной на борту ДПЛА, изображена на фиг.2. Структурная схема радиостанции 15.2, размещенной на наземном пункте 26 управления, изображена на фиг.3. Частотные диаграммы, иллюстрирующие процесс преобразования сигналов, показаны на фиг.4, 5 и 6. Фрагмент частотно-временной матрицы используемых ФМн-сигналов с ППРЧ приведен на фиг.7.

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, информационно-логический блок 12, приемную аппаратуру 13 командного радиоуправления, обзорную телевизионную систему 14, систему 15 радиотелеметрии, систему 16 автоконтроля работы бортовых систем ДПЛА, 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 трубопроводов, систему 24 диагностики состояния магистральных трубопроводов, наземный пункт 26 управления, наземный пульт 27 управления, стартовую катапульту и систему 28 спасения, рули 29 направления.

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 синхронизатор 46.1 (46.2), генератор 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, синтезатор 30.1 (30.2) несущих частот, 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 через синтезатор 34.1 (34.2) частот первого гетеродина соединен с выходом генератора 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, 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 через синтезатор 41.1 (41.2) частот второго гетеродина соединен с выходом генератора 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, первый усилитель 42.1 (42.2) второй промежуточной частоты, коррелятор 51.1 (51.2), пороговый блок 52.1 (52.2), ключ 53.1 (53.2), второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 42.1 (42.2) второй промежуточной частоты, перемножитель 43.1 (43.2), второй вход которого соединен с выходом синтезатора 34.1 (34.2) частот первого гетеродина, полосовой фильтр 44.1 (44.2) и фазовый детектор 45.1 (45.2), второй вход которого соединен с выходом синтезатора 41.1 (41.2) частот второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции 15.1 (15.2). К выходу второго усилителя 39.1 (39.2) последовательно подключены третий смеситель 49.1 (49.2), второй вход которого через синтезатор 48.1 (48.2) частот третьего гетеродина соединен с выходом генератора 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, и второй усилитель 50.1 (50.2) второй промежуточной частоты, выход которого соединен с вторым входом коррелятора 51.1 (51.2).

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 и 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. ДПЛА имеет трехколесное шасси. Основные колеса имеют тормозные устройства, обеспечивающие одновременное 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 3, в состав которой включены инерционная навигационная система 4 (ИНС), приемная аппаратура 5 спутниковой системы (СНС), связанной со спутниками 2.1 (i=1, 2,…, 24), система 8 воздушно-скоростных сигналов, малогабаритный радиовысотомер 9 малых высот, подключенных к блоку 20 управления бортовыми системами.

Вторая система - система 10 автоматического дистанционного управления, в состав которой входят система 13 командного радиоуправления и обзорная телевизионная система 14.

Система 24 диагностики состояния магистральных трубопроводов содержит магнитометр, соединенный с пассивными магнитометрическими датчиками, тепловизор, газоанализатор, телевизионную систему 14, соединенную с блоком 23 управления системой диагностики.

Выполнение полета, дистанционный контроль ИРИ и состояния магистральных трубопроводов с помощью автоматического беспилотного диагностического комплекса (АБДК) осуществляется следующим образом.

Система 10 автоматического дистанционного управления в составе блока 11 команд радиоуправления, командного 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.

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

Радиостанции 15.1 и 15.2 радиотелеметрической системы 15 работают следующим образом.

С помощью синхронизатора 46.1 включается генератор 47.1 псевдослучайного кода, который, в свою очередь, управляет работой синтезатора 30.1 несущих частот, синтезаторов 34.1, 41.1 и 48.1 частот первого, второго и третьего гетеродинов.

На выходе синтезатора 30.1 несущих частот последовательно во времени формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот:

U₁(t)=υ₁cos(ω₁t+φ₁),

U₂(t)=υ₂cos(ω₂t+φ₁),

U_i(t)=υ_icos(ω_it+φ_i),

U_м(t)=υ_мcos(ω_мt+φ_м), 0≤t≤T_c,

T_c=M.t_c

где U_i, ω₁, φ_i, Т_c - амплитуды, несущие частоты, начальные фазы и длительность высокочастотных колебаний;

i=1, 2,…, М, М - число используемых несущих частот (число частотных каналов);

М=Δω_с/Δω₁;

Δω_с - ширина полосы частот расширенного спектра используемого сигнала (фиг.7);

Δω₁ - ширина полосы частот одного частотного канала;

t_c - временной интервал между переключениями частот, характеризует собой время работы на одной несущей частоте.

В зависимости от соотношения времени работы на одной несущей частоте t_c и длительности информационных символов (элементарных посылок) τ_э псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) может быть разделена на межсимвольную, посимвольную и внутрисимвольную.

При межсимвольной ППРЧ n информационных символов передаются на одной частоте, при этом t_c=nτ_э, n≥2.

В качестве примера на фиг.7 показан фрагмент частотно-временной матрицы сложного сигнала с фазовой манипуляцией (ФМн) с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). При этом n выбрано равным 4 (t_c=4τ_э), квадратами с различной наклонной штриховкой обозначены различные информационные символы с различными фазами (0, π).

Сформированные высокачастотные колебания последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 31.1, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) 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, информация о источниках радиоизлучений и т.п. На выходе фазового манипулятора 31.1 образуется сложный ФМн-сигнал с ППРЧ

U_ci(t)=υ_icos[ω_it+φ_ki(t)+φ_i], 0≤t≤t_c,

где φ_ki(t)={0, π} - манипулирующая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем φ_ki(t)=const при Кτ_э<t<(к+1)τ_э и может изменяться скачком при t=Кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2,…, N₁-1),

τ_э, N₁ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительного Т_с(Т_с=N₁τ_э),

который поступает на первый вход смесителя 33.1, на второй вход которого подаются напряжения синтезатора 34.1 частот первого гетеродина:

U_г11(t)=υ_г11cos(ω_г11t+φ_г11),

U_г12(t)=υ_г12cos(ω_г12t+φ_г12),

U_г1i(t)=υ_г1icos(ω_г1it+φ_г1i),

U_г1м(t)=υ_г1мcos(ω_г1мt+φ_г1м),

которые формируются последовательно во времени с помощью генератора 47.1 псевдослучайного кода.

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

U_пр1i(t)=υ_пр1icos[ω_пр1it+φ_k1(t)+φ_пр1i],

где υ_пр1i=½(υ_iυ_г1i);

ω_пр1i=ω_i+ω_г1i - первая промежуточная (суммарная) частота (фиг.5).

ω_пр1i=φ_i+φ_г1i.

Это напряжение после усилителя в усилителе 36.1 мощности через дуплексер 37.1 поступает в приемопередающую антенну 38.1, излучается ею в эфир на частоте ω_1i=ω_пр1i=ω_г2i, улавливается приемопередающей антенной 38.2 наземного пункта 26 управления и через усилитель 39.2 мощности поступает на первые входы смесителей 40.2 и 49.2, на вторые входы которых подаются напряжения синтезаторов частот гетеродинов 41.2 и 48.2 соответственно.

U_г1i(t)=υ_г1icos(ω_г1it+φ_г1i),

U_г3i(t)=υ_г3icos(ω_г3it+φ_г3i).

Причем частоты ω_г1i и ω_г3i синтезаторов частот гетеродинов 41.2 и 48.2 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты (фиг.5)

ω_г3i-ω_г1i=2ω_пр2i

и выбраны симметричными относительно частоты ω_1i принимаемого сигнала

ω_г3i-ω_1i=ω_1i-ω_г1i=ω_пр2i.

Это обстоятельство приводит к увеличению количества элементов, но создает благоприятные условия для подавления дополнительных каналов приема за счет корреляционной обработки канальных напряжений.

На выходе смесителей 40.2 и 49.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 42.2 и 50.2 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:

U_пр2i(t)=υ_пр2icos[ω_пр2it+φ_k1(t)+φ_пр2i],

U_пр3i(t)=υ_пр3icos[ω_пр2it+φ_k1(t)+φ_пр3i],

0≤t≤T_c1,

где υ_пр2i=1/2(υ_пр1iυ_г1i),

υ_пр3i=1/2(υ_пр1iυ_г3i),

ω_пр2i=ω_1i-ω_г1i=ω_г3i-ω_1i - вторая промежуточная (разностная) частота:

φ_пр2i=φ_пр1i-φ_г1i; φ_пр3i=φ_г3i-φ_пр1i,

которые поступают на два входа коррелятора 51.2. На выходе последнего образуется напряжение, пропорциональное корреляционной функции R_i(τ). Так как канальные напряжения U_пр2i(t) и U_пр3i(t) образованы одним и тем же сложным ФМн-сигналом U_пр1i(t), принимаемым по основному каналу на частоте ω_1i, то между указанными канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора 51.2 достигает максимального значения и превышает пороговое напряжение υ_пор в пороговом блоке 52.2.

Следует также отметить, что корреляционная функция R(τ) сложных ФМн-сигналов обладает замечательным свойством: она имеет значительный по уровню главный лепесток и низкий уровень боковых лепестков.

При превышении порогового уровня υ_пор в пороговом блоке 52.2 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 53.2 и открывает его. В исходном состоянии ключ 53.2 всегда закрыт.При этом напряжения U_пр2i(t) с выхода усилителя 42.2 второй промежуточной частоты через открытый ключ 53.2 поступают на первый вход перемножителя 43.2.

На второй вход перемножителя 43.2 подаются напряжение синтезатора 34.2 частот первого гетеродина

U_г2i(t)=υ_г2icos(ω_г2it+φ_г2i).

На выходе перемножителя 43.2 образуются напряжения

U_2i(t)=υ_2icos[ω_г1it+φ_к1(t)+φ_г1i]

где υ_2i=1/2(υ_пр2iυ_г2i),

которые выделяются полосовым фильтром 44.2 и поступают на первый (информационный) вход фазового детектора 45.2, на второй (опорный) вход которого подаются напряжения U_г1i(t) гетеродина 41.2. На выходе фазового детектора 45.2 образуется низкочастотное напряжение

U_н1i(t)=υ_н1icosφ_к1(t),

где υ_н1i=1/2(υ_2iυ_г1i),

пропорциональное модулирующему коду M₁(t). На наземном пункте 26 управления с помощью синхронизатора 46.2, генератора 47.2 псевдослучайного кода и синтезатора 30.2 несущих частот формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот

U_i(t)=υ_icos(ω_it+φ_i),

которые последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 31.2, на второй вход которого подается модулирующий код M₂(t) с выхода источника 32.2 дискретных сообщений и команд. В качестве источника 32.2 дискретных сообщений и команд могут быть сигналы запроса о работе различных бортовых систем, команды на включение или выключении блоков и т.д.

На выходе фазового манипулятора 31.2 образуется сложный ФМн-сигнал

U_ci(t)=υ_icos[ω_it+φ_к2(t)+φ_i],

который поступает на первый вход смесителя 33.2, на второй вход которого подается напряжение U_г2i(t) синтезатора 34.2 частот первого гетеродина. На выходе смесителя 33.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.2 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты

U_пр4i(t)=υ_пр4icos[ω_пр3it-φ_к2(t)+φ_пр4i],

где υ_пр4i=1/2(υ_iυ_г2i);

ω_пр3i=ω_г2i-ω_i - третья промежуточная (разностная) частота;

φ_пр4i=φ_г2i-φ_i.

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 ω_2i=ω_пр3i=ω_г1i, устанавливается приемопередающей антенной 38.1 ДПЛА и через дуплексер 37.1 и усилитель 39.1 мощности поступает на первые входы смесителей 40.1 и 49.1, на вторые входы которых подаются напряжения синтезаторов частот гетеродинов 41.1 и 48.1 соответственно:

U_г2i(t)=υ_г2icos(ω_г2it+φ_г2i),

U_г3i(t)=υ_г3icos(ω_г3it+φ_г3i).

Причем частоты ω_г2i и ω_г3i синтезаторов частот гетеродинов 41.1 и 48.1 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты (фиг.6)

ω_г2i-ω_г3i=ω_пр2i

и выбраны симметричными относительно частоты ω_2i принимаемого сигнала

ω_г2i-ω_2i=ω_2i-ω_г3i=ω_пр2i.

На выходе смесителей 40.1 и 49.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 42.1 и 50.1 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:

U_пр5i(t)=υ_пр5icos[ω_пр2it-φ_к2(t)+φ_пр5i],

U_пр6i(t)=υ_пр6icos[ω_пр2it-φ_к2(t)+φ_пр6i],

где U_пр5=1/2(U_пр4iU_г2i);

U_пр6=1/2(U_пр4iU_г3i),

ω_пр2i=ω_г2i-ω_2i=ω_2i-ω_г3i - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_пр5i=φ_г2i-φ_пр4i; φ_пр6i=φ_пр4i-φ_г3i,

которые поступают на два входа коррелятора 51.1. На выходе последнего образуется напряжение, пропорциональное корреляционной функции R_i(τ). Так как канальные напряжения U_пр5i(t) и U_пр6i(t) образованы одним и тем же ФМн-сигналом, принимаемым по основному каналу на частоте ω_2i, то между указанными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора 51.1 достигает максимального значения и превышает пороговое напряжение U_пор в пороговом блоке 52.1. При превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 52.1 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 53.1 и открывает его. В исходном состоянии ключ 53.1 всегда закрыт.При этом напряжение U_пр5i(t) с выхода усилителя 42.1 второй промежуточной частоты через открытый ключ 53.1 поступает на первый вход перемножителя 43.1, на второй вход которого подается напряжение синтезатора 34.1 частот гетеродина.

U_г1i(t)=υ_г1icos(ω_г1it+φ_г1i).

На выходе перемножителя 43.1 образуется напряжение

U_3i(t)=υ_3icos[ω_г2it+φ_к2(t)+φ_г2i],

где υ_3i=1/2(υ_пр5iυ_г1i),

которое выделяется полосовым фильтром 44.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.1, на второй (опорный) вход которого подается напряжение U_г2i(t) синтезатора частот гетеродина 41.1. На выходе фазового детектора 45.1 образуется низкочастотное напряжение

U_н2i(t)=υ_н2icosφ_к2(t),

где υ_н2i=υ_3iυ_г2i,

пропорциональное модулирующему коду M₂(t).

При этом частоты ω_г1i и ω_г2i синтезаторов 34.1 (34.2) и 41.1 (41.2) гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ω_г2i-ω_г1i=ω_пр2i.

Радиостанция 15.1, размещаемая на ДПЛА, излучает сложные ФМн-сигналы с ППРЧ на частотах ω_1i=ω_пр1i=ω_г2i, а принимает - на частотах ω_2i=ω_пр3i=ω_г1i. Радиостанция 15.2, размещаемая на наземном пункте 26 управления, наоборот, излучает сложные ФМн-сигналы с ППРЧ на частотах ω_2i, a принимает - частотах ω_1i.

Описанная выше работа радиостанций 15.1 и 15.2 соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов с ППРЧ по основным каналам на частотах ω_1i и ω_2i (фиг.5 и 6).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте ω_з1i (фиг.5)

U_з1i(t)=υ_з1icos(ω_з1it+φ_з1i), 0≤t≤T_з1,

то усилителями 40.2 и 49.2 выделяются следующие напряжения:

U_пр7i(t)=υ_пр7icos(ω_пр2it+φ_пр7i),

U_пр8i(t)=υ_пр8icos(3ω_пр2it+φ_пр8i], 0≤t≤T_з1,

где υ_пр7i=1/2υ_з1iυ_г1i,

υ_пр8i=1/2(υ_з1iυ_г3i),

ω_пр2i=ω_г1i-ω_з1i - вторая промежуточная частота:

3ω_пр2i=ω_г3i-ω_з1i - утроенное значение второй промежуточной частоты;

φ_пр7i=φ_г1i-φ_з1i; φ_пр8i=φ_г3i-φ_з1i.

Однако только напряжение U_пр7i(t) попадает в полосу пропускания усилителя 42.2 второй промежуточной частоты. Выходное напряжение коррелятора 51.2 равно нулю. Ключ 53.2 не открывается и ложный сигнал (помеха) U_з1i(t), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте ω_з1i, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по третьему зеркальному каналу на частоте ω_з3i

U_з3i(t)=υ_з3icos(ω_з3it+φ_з3i], 0≤t≤T_з3,

то усилителя 40.2 и 49.2 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

U_пр9i(t)=υ_пр9icos(3ω_пр2it+φ_пр2i),

U_пр10i(t)=υ_пр10icos(ω_пр2it+φ_пр10i),

где υ_пр9i=1/2(υ_з3iυ_г1i);

υ_пр10i=1/2(υ_з3iυ_г3i);

3ω_пр2i=ω_з3i-ω_г1i - устроенное значение второй промежуточной частоты;

ω_пр2i=ω_з3i-ω_г3i - вторая промежуточная частота;

φ_пр9i=φ_з3i-φ_г1i; φ_пр10i=φ_з3i-φ_г3i.

Однако только напряжение U_пр10i(t) попадает в полосу пропускания усилителя 49.2 второй промежуточной частоты. Выходное напряжение коррелятора 51.2 также равно нулю. Ключ 53.2 не открывается и ложный сигнал (помеха) U_з3i(t), принимаемый по третьему зеркальному каналу на частоте ω_з3i, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому ω_к1i или второму ω_к2i или по любому другому комбинационному каналу.

Если ложные сигналы (помехи) одновременно принимаются по первому ω_з1i и третьему ω_з3i зеркальным каналам, то усилителями 42.2 и 50.2 второй промежуточной частоты выделяются напряжения:

U_пр7i=U_пр7icos(ω_пр2it+φ_пр7i),

U_прl0i=υ_пр10icos(ω_пр2it+φ_пр10i),

которые поступают на два входа коррелятора 51.2. На выходе последнего образуется напряжение, которое не достигает максимального и не превышает порогового уровня υ_пор в пороговом блоке 52.2. Это объясняется тем, что канальные напряжения U_пр7i(t) и U_пр10i(t) образованы разными ложными сигналами (помехами) U_з1i(t) и U_з1i(t), принимаемыми на разных частотах ω_3зi и ω_з3i. Поэтому между ними существует слабая корреляционная связь и напряжение коррелятора 51.2 не достигает максимального значения и не превышает пороговый уровень υ_пор в пороговом блоке 52.2. Кроме того, корреляционная функция R_i(τ) ложных сигналов (помех) не имеет ярко выраженного главного лепестка.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи) на ДПЛА, принимаемые на частотах ω_з2i, ω_з3i, ω_к5i, ω_к6i, ω_к7i и ω_к8i.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс позволяет получить радиотехническую информацию о ИРИ и визуальную информацию о состоянии магистральных трубопроводов в сложных метеоусловиях, в любое время суток при полете ДПЛА на высоте 50-100 м со скоростью 120-140 км/час над трубопроводом в равнинной местности по координатам с использованием спутниковой навигационной системы, что уменьшает ошибки, не превышающие по боковому отключению ±10 м и по высоте ±20 м.

В каждом полете ДПЛА обследует до 450 км трубопровода с возвратом на площадку старта.

Рабочие частоты сигналов и частоты гетеродинов изменяются в широких пределах в соответствии с псевдослучайными кодами, известными на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления и неизвестными постановщикам помех. Это обстоятельство обеспечивает повышение достоверности и скрытности обмена радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления.

Стратегия борьбы с организованными и непреднамеренными помехами в предлагаемом устройстве заключается в «уходе» сигналов дуплексной системы радиосвязи от воздействия помех путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты и в «противоборстве» с ними путем фазовой манипуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью. При защите от помех важной характеристикой является фактическое время работы на одной частоте t_c.

Чем меньше это время, тем выше вероятность того, что ФМн-сигналы дуплексной системы радиосвязи с ППРЧ не будут подвержены воздействию организованных помех. Помехоустойчивость зависит не только от времени работы на одной частоте, но и от вида помехи и ее мощности, мощности полезного сигнала, структуры приемников.

Используемые сложные ФМн-сигналы с ППРЧ обладают энергетической, структурной, временной, информационной и пространственной 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 с ППРЧ в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала с ППРЧ отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность меньше мощности шумов и помех.

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

Временная скрытность указанных сигналов определяется возможностью радиотехнической разведки по сбору необходимой информации о системе дуплексной радиосвязи (виде и параметрах сигналов, назначении системы радиосвязи и т.п.) за определенное время и зависит от условий, в которых используется система дуплексной радиосвязи, ее временных режимов работы на излучение, тактиль-технических характеристик станции радиотехнической разведки и характера ведения разведки.

Информационная скрытность определяется способностью противостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на раскрытие смысла сообщений, которыми обмениваются ДПЛА и наземный пункт управления.

Пространственная скрытность характеризует способность препятствовать станции радиотехнической разведки с необходимой точностью определять направление прихода сигналов или местоположение системы дуплексной радиосвязи. Пространственная скрытность, как и другие виды скрытности, кроме энергетической, является условным событием и зависит от параметров системы дуплексной радиосвязи, например мощности сигнала, вида и параметров диаграммы направленности приемопередающих антенн.

Таким образом, предлагаемый автоматический беспилотный диагностический комплекс по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости и надежности обмена радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, за счет корреляционной обработки канальных напряжений.

Автоматический беспилотный диагностический комплекс, содержащий 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, систему 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, 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, при этом радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные синхронизатор, генератор псевдослучайного кода, синтезатор несущих частот, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом источника дискретных сообщений и команд, первый смеситель, второй вход которого через синтезатор частот первого гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход - выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через синтезатор частот второго гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, и первый усилитель второй промежуточной частоты, последовательно подключенные к выходу синтезатора частот первого гетеродина, перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом синтезатора частот второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции, частоты ω_г1i и ω_г2i синтезаторов частот гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты
ω_г2i-ω_г1i=ω_пр2i,
где i=1, 2,…, М, М - число используемых несущих частот,
радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах ω_1i=ω_пр1i=ω_г2i, a принимает - на частотах ω_2i=ω_пр3i=ω_г1i, где ω_пр1i и ω_пр3i - первые и третьи промежуточные частоты, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах ω_2i, а принимает - на частотах ω_1i, отличающийся тем, что каждая радиостанция снабжена синтезатором частот третьего гетеродина, третьим смесителем, вторым усилителем второй промежуточной частоты, коррелятором, пороговым блоком и ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого через синтезатор частот третьего гетеродина соединен с выходом генератора пседослучайного кода, второй усилитель второй промежуточной частоты, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу перемножителя, на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате частоты ω_г1i и ω_г3i синтезаторов частот первого и третьего гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты
ω_г3i-ω_г1i=2ω_пр2i
и выбраны симметричными относительно частоты ω_1i принимаемого сигнала
ω_1i-ω_г1i=ω_г3i-ω_1i=ω_пр2i,
а на наземном пункте управления частоты ω_г2i и ω_г3i синтезаторов частот второго и третьего гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты
ω_г2i-ω_г3i=2ω_пр2i
и выбраны симметричными относительно частоты ω_2i принимаемого сигнала
ω_2i-ω_г3i=ω_г2i-ω_2i=2_пр2i.