Тема работы:

«Радиосистема управления беспилотным аппаратом»

Часть 1.

Выполнил:

студент группы №218

Названов А.С.

Исходные данные к работе:

·        Радиус зоны обслуживания точки доступа: 3000 м

·        Тип местности: пригород, сельская местность

·        Вероятность ошибки на бит Pb: 2*10-6

·        Мощность излучения подвижной станции Ризл: < 0,7 Вт

·        Радиоинтерфейс: OFDM

·        PR: 90%

·        Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.

   Задачей данной курсовой работы  является разработка системы предназначенной для обеспечения радиоуправления беспилотным аппаратом и получения от него видеопотока. В прямом направлении на подвижный аппарат поступают команды управления движением и видеокамерой, в обратном – видеопоток и точные географические координаты аппарата.

Требования к системе:

- шифрование команд управления и трафика.

Введение

   Существует широкий спектр работ, участие человека в которых нежелательно. В наше время благодаря экономическому и технологическому прогрессу существуют новейшие электронные системы, роботизированные грузовые платформы, микроскопические шпионы, беспилотные военные транспортные средства. Все эти автоматические устройства заменяют человека в боевых ситуациях для сохранения жизни или для работы в условиях, не совместимых с возможностями человека, в целях разведки, разминирования и боевых действий. 
Для выполнения специфических и весьма важных для общества функций разрабатываются различные беспилотные летательные аппараты (БПЛА). В настоящее время существуют как беспилотные автономные, так и дистанционно-пилотируемые летательные аппараты. По функционированию они делятся на многоцелевые, экспериментальные, оперативные, разведчики, планеры для боеприпасов, ударные и БПЛА с модульной нагрузкой.

   Бурное развитие беспилотных и роботизированных комплексов стало возможным благодаря ряду технических решений, связанных с развитием систем автоматизированного управления, навигации, ростом производительности и миниатюризацией микропроцессорной техники, с использованием перспективных телекоммуникационных средств, а также с влиянием политических установок на минимизацию потерь личного состава и техники при ведении вооруженных конфликтов.

   1.1. Архитектура решения: обоснование функционального состава радиосети, определение источника и получателя сообщений. Краткая характеристика целевого ПО терминала, пользовательского интерфейса (интерфейса взаимодействия с внешним объектом). Описание обобщенных функциональных схем терминала и выделенного узла сети, пояснение цели и места радиомодуля в составе терминала. Пояснение роли выделенного узла сети, анализ основных видов поддержки, оказываемых выделенным узлом терминалам сети.

v  1.1.1.Архитектура решения: обоснование функционального состава радиосети, определение источника и получателя сообщений.



Рис.1. Архитектура решения.

   При разработке схемы учитывалась исходная информация о топологии сети. В данном случае техническое задание обязывает выбрать топологию  точка-точка, которая предполагает в своем составе 2 терминала:

-терминал при командном пункте (ведущий)

-терминал при БПЛА (ведомый)

    Разрабатываемая сеть включает в свой состав командный пункт (КП) и БПЛА. Ведущий терминал передает команды управления для ведомого терминала . Ведомый терминал в свою очередь передает (с помощью проводного интерфейса) команду для БПЛА(управление рулями), либо для периферийных устройств (камера, GPS, датчики),находящихся на БПЛА. Также терминал при БПЛА отправляет трафик ,содержащий видео, GPS-координаты и показание датчиков на КП.

В данной сети источником сообщения может быть как ведущий терминал, так и ведомый.

 v 1.1.2.Краткая характеристика целевого ПО терминала, пользовательского интерфейса (интерфейса взаимодействия с внешним объектом).

     Основная цель работы КП состоит в управлении БПЛА и его периферийными устройствами. БПЛА в ответ на команды, посылаемые с КП должен выполнять следующие задачи: 1)отправлять видео на КП. 2)отправлять GPS-координаты на КП. 3)четко следовать командам, модулю управления рулями(МУР). Это будет осуществляться посредством применения радиомодуля, работающего на обеих сторонах радиосети. Оператор выбирает команды, заложенные в программном обеспечении(ПО). Под контролем ПО происходит передача команд на радиомодуль(РМ) через USB. РМ обрабатывает полученные данные и отправляет в канал. БПЛА в свою очередь слушает канал, принимает команды управления, обрабатывая их, посредством системы управления передает их соответствующему функциональному блоку (видеокамера, GPS). 

    

Рис.2.Целевое ПО.

Интерфейс взаимодействия с оператором должен обеспечивать:

1)отображать координаты БПЛА на карте.

2)переводить команды управления в сообщения.

3)принимать видеопоток и предоставлять его оператору.

4)отражать на карте положение БПЛА.

Интерфейс взаимодействия с БПЛА обеспечивает следующие функции:

1)управление рулями.

2)передача информации о техническом состоянии(заряд батареи).

3)расчет координат с GPS-приемника.


 

v  1.1.3.Описание обобщенных функциональных схем терминала и выделенного узла сети, пояснение цели и места радиомодуля в составе терминала.

Задачи, выполняемые Т при КП:

-Прием трафика и отправка пользователю через USB.

-Передача запроса и прием ответа о наличии БПЛА в сети.

-Передача команд управления на БПЛА.

-Прием сообщений об изменении состояния БПЛА и отправка пользователю по USB.

-Прием сообщений о сигнализации и отправка пользователю по USB.

-Проведение радиоизмерений и отправка сообщений об изменении физического уровня на БПЛА. 

 


Рис. 3 функциональная схема терминала при КП.

   Сообщение поступает на радиомодуль(РМ), затем на РМ выделяется сообщение L2 уровня и поступает в информационную подсистему(ИП). Из информационной подсистемы сообщение через интерфейсное устройство(которое является USB-контроллером) на ПК со специализированным ПО, где и отображается для пользователя. Правило выделения L2 сообщения, управляет сценарий взаимодействия. Также на информационную подсистему  отправляется результаты радиоизмерений. Пользователь с помощью ПО формирует команды управления для БПЛА, эта команда по шине USB отправляется на терминал, далее команда поступает в информационную подсистему и преобразуется в сообщение L2 уровня и отправляется на РМ. На РМ формируется сообщение L1 уровня и отправляется на БПЛА, формированием всех видов сообщений управляет сценарий взаимодействия.

Задачи, выполняемые Т при БПЛА:

-Передача трафика на КП.

-Прием запроса и передача ответа о наличии БПЛА в сети.

-Прием команд управления.

-Передача команд управления периферийными устройствами.


     

Рис. 4 функциональная схема терминала при БПЛА.

   Данные с периферийных устройств отправляются в информационную подсистему через интерфейсное устройство, по запросу с КП отправляются на РМ и передаются на КП. Команды, принимаемые БПЛА на РМ  отправляются в информационную подсистему, а из нее отправляются на модуль управления рулями, через интерфейсное устройство. Сценарий взаимодействия контролирует взаимодействие устройств в терминале.

 Радиомодуль – отвечает за прием и передачу потока битов с заданным качеством по радиоканалу.

Сценарий взаимодействия – отвечает за порядок взаимодействия устройства и терминала в различных ситуациях.

Информационная подсистема – обеспечивает хранение таблиц маршрутизации, запись и долговременное хранение видеоинформации, полученной с периферийных устройств.

Интерфейсное устройство – обеспечивает согласование периферийных устройств и радиомодуля.

Интерфейс пользователя- персональный компьютер с программным обеспечением.

v 1.1.4.Пояснение роли выделенного узла сети, анализ основных видов поддержки, оказываемых выделенным узлом терминалам сети.

    Задачи узла  делятся на постоянно-выполняемые и интерактивные. К интерактивным относятся управление движением, прием сообщений о сигнализации, сообщение о смене режима работы, сообщение о смене профиля физического уровня. К постоянно-выполняемым относятся прием координат, прием видео, частотная и временная синхронизация, прием сообщений об изменении состояния БПЛА(уровень заряда батареи)

Поддержка, оказываемая узлом сети:

1)Временная и частотная синхронизация.

2)Сообщение-сигнализация о смене профиля физического уровня.

1.2. Обоснование возможности решения поставленной задачи на основании результатов п.1, описание основных моментов функционирования радиосети. Пояснение роли выделенного узла сети.

   Основное состояние терминала-это режим ожидания. Из которого он переходит в состояние опроса в случае, если он уже ведет работу с терминалом при КП. Из состояния приема запроса терминал  всегда переходит в состояние передачи ответа, в котором ведомый терминал уведомляет ведущий, о своем наличии в сети. В случае наличия команд для терминала при БПЛА от терминала при КП, ведомый терминал переходит в режим приема команд. Наличие команд ведомый терминал определяет из сообщений запроса. После приема команд(при отсутствии команд, после передачи ответа) в случае наличия трафика. Для терминала при БПЛА, ведомый терминал переходит в состояние передачи трафика. Под трафиком понимаем данные: координаты  GPS-приемника, видеопоток, показания датчиков, сигнализация. После обмена трафиком (команд, в случае отсутствия того и другого просто ответа) терминал переходит в состояние ожидания до следующего опроса. Интервал опрашивания задается при опросе терминала.


    

Рис. 5.Диаграмма состояний терминала при БПЛА.

   Основное состояние терминала при КП, как и для терминала при БПЛА является состояние покоя. Из этого состояния терминал периодически переходит в состояние запроса, для терминала при БПЛА. Из этого состояния терминал при КП может выйти, как для приема ответа, так и в случае отсутствия ответа в режиме ожидания. После приема ответа терминал, он может перейти в состояние приема трафика, в случае отсутствия команд, после передачи команды терминал при КП переходит в состояние приема трафика, либо в состояние покоя, при отсутствии трафика.

 

Рис. 6.Диаграмма состояний терминала при КП.



Список используемой литературы:

1.    Бакке А.В. "Лекции по курсу: Системы и сети связи с подвижными объектами".

2.    http://omoled.ru/publications/view/788

3.    http://omoled.ru/publications/view/782

4.     https://ru.wikipedia.org