Электромагнитная система ориентации и навигации малого радиуса действия для точной посадки беспилотных летательных аппаратов

Электромагнитная система ориентации и навигации малого радиуса действия (ЭМСОН) предназначена для информационного обеспечения точной посадки предназначенных для экологического мониторинга беспилотных ЛА на малоразмерные, не оборудованные в навигационном отношении площадки.

Система ЭМСОН определяет три координаты и угловую ориентацию ЛА в посадочной системе координат с точностью, обратно пропорциональной кубу расстояния от места посадки. Зона захвата системы достигает 1000 м при достаточно небольших массогабаритных параметрах излучателя. Практически ЭМСОН при существенно меньших материальных затратах решает задачу спутниковых систем посадки, использующих дифференциальный режим.

Принцип работы системы заключается в создании с помощью специального излучателя низкочастотного электромагнитного поля заданной конфигурации, измерении параметров этого поля приемником, установленным на объекте, и преобразовании полученной информации в значения координат и угловой ориентации приемника в системе координат излучателя.

Диаграмма направленности излучателя принципиально позволяет контролировать всю сферу пространства вокруг него в пределах радиуса действия. Низкочастотный характер излучения обеспечивает малые искажения электромагнитного поля окружающими объектами, что позволяет использовать ЭМСОН в качестве системы посадки на небольшие закрытые площадки. В качестве точки приземления может быть выбрано любое место на посадочной площадке, относительно координат которого и будет решаться задача навигации и ориентации.

Так как массогабаритные характеристики наземного оборудования системы существенно зависят от частоты выдачи информации потребителю, использование ЭМСОН предпочтительнее на летательном аппарате, имеющем режим зависания на этапе прецизионной посадки, что позволяет реализовать наиболее простой вариант решения задачи посадки без вмешательства в штатный режим бортовой навигационной системы. В более общем случае применения возможна модернизация алгоритмов работы бортовых навигационных систем с целью получения на борту выходной информации ЭМСОН с частотой, отвечающей требованиям системы управления летательного аппарата.

Наземное оборудование системы включает в себя излучатель низкочастотного электромагнитного поля, низкочастотный генератор, блок управления режимами излучения и сигналом синхронизации и радиоканал, обеспечивающий синхронизацию излучаемого на земле и принимаемого на объекте сигнала. Возможно применение двух вариантов излучателя - в виде трех взаимно перпендикулярных рамочных антенн или в виде двух или трех распределенных на посадочной площадке устройств с вращающимися постоянными магнитами. Первый вариант излучателя прост, надежен, удобен для развертывания, но отличается значительным весом (порядка 100 кг) и большой потребляемой мощностью около (1 кВт). Во втором случае потребляемая мощность невелика, и возможно увеличение радиуса действия системы, но надежность электромеханических устройств ограничена.

В состав бортового оборудования системы входят приемник излучения, блок преобразования сигнала, вычислитель, обеспечивающий решение задачи навигации и ориентации объекта, компенсацию погрешностей и формирование выходного сигнала, а также радиоканал, поддерживающий прием синхронизирующего сигнала. Приемник может быть реализован как магнитометр на однодоменных пленочных структурах или как узкополосный магнитометр на индукционных катушках. Достоинствами индукционного магнитометра являются простота его конструкции, малая стоимость и уникальная чувствительность в широком частотном диапазоне, что позволяет использовать его и качестве многофункционального бортового датчика.