ПРАВИЛА И ПРИЁМЫ СОСТАВЛЕНИЯ АЛГОРИТМОВ РЕШЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ЗАДАЧ ДЛЯ БЕСПИЛОТНЫХ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

«Беспилотное воздушное судно - воздушное судно, управляемое, контролируемое в полете пилотом, находящимся вне борта такого воздушного судна (внешний пилот). Экипаж беспилотного воздушного судна состоит из одного либо нескольких внешних пилотов, одного из которых владелец беспилотного воздушного судна назначает командиром такого воздушного судна» [1].

Наблюдаемое в последние десятилетия бурное развитие беспилотной авиации стало закономерным развитием пилотируемой авиации, находя подтверждение в том, что и ранее предпринимались попытки использования беспилотных летательных аппаратов в качестве воздушных мишеней, средств разведки и целеуказания, доставки грузов и средств поражения.

Такая потребность в беспилотных авиационных системах появилась по причине возможностей, которые вытекают из следующего: выводя пилота за пределы воздушного судна, появляется возможность сделать воздушное судно сколь угодно малых размеров. Это повышает разведзащищённость и способность к скрытной разведке противника. Отсутствие человека на борту позволяет не учитывать физические ограничения человеческого организма, такие как перегрузки и время нахождения в полёте. Существенно повышается безопасность полётов, так как нет прямого риска для жизни пилота. Всё вышеперечисленное ведёт к энергетическим и экономическим выигрышам: вместо кабины экипажа, и, вместе с тем, остекления кабины, систем жизнеобеспечения и покидания появляется возможность установки дополнительной полезной нагрузки, а потеря беспилотного воздушного судна несопоставимо мала по затратам с потерей подготовленного пилота.

Но существует пока и множество недостатков, присущих переходному периоду. Вывод экипажа за пределы воздушного судна и автоматизация решения задач навигации и пилотирования коренным образом изменяют условия деятельности экипажа, его функцию, роль и место. Беспилотное воздушное судно с его бортовым оборудованием является примером сложных человеко-машинных комплексов, получивших название эргатических систем. Человек был и останется главным звеном любой эргатической системы, так как он обладает свойством предвидения событий, способностью принимать решения и планировать свои действия при минимуме информации в условиях постоянно и произвольно меняющейся ситуации, выполнять много различных функций. К ним относятся наблюдение, распознавание, слежение, вычисление, логические суждения, анализ событий, прогнозирование их, принятие решений, кодирование и декодирование, приём и передача команд, задержка и сглаживание сигналов, хранение информации, выборка данных, смена и выполнение заданных программ, манипулирование органами управления, тонкие координированные движения, силовые функции и многое другое. Человек способен к творческим актам, инициативе в достижении цели, обучаться, учитывать накопленных опыт, адаптируясь к изменяющимся условиям. Он обладает эвристическими возможностями, высокоизбирателен при отборе информации, может накапливать её в памяти и при необходимости в нужное время вспоминать большое её количество, объединять в единое целое информацию, поступающую к нему через различные анализаторы, быстро опознавая различные образы (зрительные, звуковые).

 Все эти качества, которые можно было бы дополнить, делают человека в эргатической системе самым важным, организующим звеном, способным принимать оптимальные решения относительно плана работы всей системы. Человек должен не только принимать, математически и логически обрабатывать извлекаемую из приборов и сигнализаторов информацию, принимать решение, но и осуществлять функцию управляющего, энергетического звена, реализуя своё решение через органы управления путём приложения соответствующего на них воздействия.

Иными словами, перенос экипажа с борта воздушного судна на наземный пункт управления не должен принципиально повлиять на безопасность полётов, он всё так же должен обладать полной информацией, чтобы осуществлять постоянный контроль за ходом выполнения задачи на всех этапах полёта и иметь возможность изменить или прекратить программу полёта, исключая возможность столкновения с воздушными судами в полёте либо с любыми объектами на земле. Назрела необходимость полноценной интеграции беспилотных воздушных судов с целью выполнения совместных полётов с пилотируемыми воздушными судами в едином воздушном пространстве.

Как определено в Концепции интеграции беспилотных воздушных судов в единое воздушное пространство Российской Федерации, утверждённой распоряжением Правительства РФ в 2021 году:

«Аспекты интеграции беспилотных воздушных судов в единое воздушное пространство Российской Федерации включают в себя элементы структуры воздушного пространства и классификацию воздушного пространства, а также правила, процедуры и технологии организации и использования воздушного движения, позволяющие на приемлемом уровне обеспечить совместное выполнение в нем полетов беспилотных и пилотируемых воздушных судов.

Одним из основных направлений развития технологий интеграции беспилотных воздушных судов в единое воздушное пространство Российской Федерации является обеспечение навигации при полётах беспилотных воздушных судов» [2].

Для успешного и непрерывного управления движением БПЛА экипаж, управляющий им с командных пунктов, с достаточной точностью должен знать:

    - где находится ЛА в данный момент времени;

    - куда необходимо лететь в дальнейшем, как следует перемещаться, чтобы в заданные пункты (на цель, аэродром посадки и т.д.) прибыть в назначенное время, обеспечив высокую эффективность выполнения задания и безопасность полёта.

Составление алгоритмов решения навигационных задач включает в себя следующие основные этапы:

    - анализ процесса (задачи), в результате которого он делится на отдельные этапы; каждый этап характеризуется тем, что на нём выполняется некоторая элементарная математическая или логическая операция;

    - математическое описание операций  в каждом этапе;

    - установление последовательности и связей этапов в общем алгоритме процесса (задачи);

    - выбор общего и частного критериев оценки результатов решения задачи;

  - составление блок-схемы из блоков, характеризующих отдельные этапы, установление связи между ними.

«Модель компонента АК (летательного аппарата), как материальной точки, выполняющей определенные действия в окружающей среде, можно представить следующим образом:

                         ,                          (1)

где      – параметры состояния компонента;

m – количество переменных, описывающих состояние компонента;

  - действия, которые может выполнять компонент комплекса для изменения окружающей среды и собственного состояния;

h – количество таких действий» [3, с. 113].

В алгоритме, как правило, указываются исходные данные, необходимые для решения данной задачи, и те параметры, которые получают в результате её решения.

Рисунок 1. Алгоритм решения задач счисления пути и коррекции счисленных координат

Этот алгоритм предусматривает следующие основные операции:

• счисление координат местонахождения ЛА;
• выбор датчика-корректора, являющегося по основным показателям наиболее целесообразным в данных условиях;
• оптимальную обработку навигационной информации от выбранного датчика-корректора (одного или нескольких);
• расчёт координат, полученных путём оптимальной обработки навигационной информации от выбранного датчика-корректора (эталонных);
• сравнение счисленных координат с координатами, полученными с помощью корректора;
• определение целесообразности корректирования счисленных координат местонахождения ЛА.

В качестве примера рассмотрим также основной алгоритм решения задачи вывода ЛА в заданную точку одним из принятых способов.

Рисунок 2. Основной алгоритм решения задачи вывода ЛА в заданную точку

В основе этого алгоритма лежат следующие операции:

• ввод координат очередной заданной точки маршрута;
• определение координат местонахождения ЛА;
• оценка дальности до заданной точки;
• определение текущих параметров, характеризующих отклонение ЛА от линии заданного пути и от расчётного времени следования по маршруту;
• формирование сигнала выхода ЛА в заданную точку;
• формирование сигналов управления полётом, обеспечивающих прибытие ЛА в заданную точку в назначенное время.