Cudze chwalicie, swego nie znacie, sami nie wiecie, co posiadacie – to przysłowie znaczy, że ludzie bardzo chwalą to, co jest cudze, ale nie zastanowią się, co sami mają i że to może być również dobre. W tej sytuacji czuje się zobowiązany zaprezentować polskie rozwiązanie w dziedzinie dronów na uwięzi, które jest już z sukcesem stosowane dla ochrony naszych granic.
Dodatkowo znaczenie tego typu rozwiązań konstrukcyjnych, zastosowania światłowodu do sterowania dronami i zdalnymi robotami, potwierdzają ostatnie informacje z Ukrainy. Ukrainian Developers Demonstrate Fiber-Optic Drone Control Systems https://mil.in.ua/en/news/ukrainian-developers-demonstrate-fiber-optic-drone-control-systems/
Ukraińscy inżynierowie zademonstrowali nowe możliwości systemów komunikacji światłowodowej zintegrowanych z różnymi typami dronów. Wprowadzenie systemów światłowodowych w bezzałogowych statkach powietrznych przenosi walkę z wojną elektroniczną na nowy poziom. Drony stają się niewrażliwe na zakłócenia, a jakość komunikacji pozostaje stabilna w każdych warunkach. Cewka waży około 2,3 kg, a długość drutu wynosi do 10 km. https://youtu.be/HxnPdff_ukY
US11691761 Detachable power cable for unmanned aerial vehicle, FlyFocus Sp z o.o, Dolata et al. Data patentu: 4.06.2023. Przedmiotem wynalazku jest system dronów obserwacyjnych, który obejmuje bezzałogowy statek powietrzny (UAV), stację zasilania bazowego oraz linkę do łączenia bezzałogowego statku powietrznego (UAV) ze stacją zasilania bazowego, aby zapewnić bezzałogowemu statkowi powietrznemu zasilanie elektryczne w powietrzu. Stacja zasilania bazowego może być wyposażona w zespół nawijający linę, służący do zwalniania i nawijania linki. Wtyczka lub moduł zasilania są umieszczone na wolnym końcu uwięzi skonfigurowanej tak, aby można je było odłączyć od UAV, aby przesyłać energię elektryczną do UAV, a także ewentualnie dane do i z UAV. Po odłączeniu wtyczki od modułu zasilania, UAV może swobodnie latać bez ograniczeń. Dzięki takiemu rozwiązaniu bezzałogowy statek powietrzny może pozostawać w powietrzu przez dłuższy czas, monitorując dany obszar, a także może zostać wypuszczony, aby zrealizować lot rozpoznawczy w monitorowanym obszarze.
FIG.1 przedstawia system drona obserwacyjnego zgodnie z przedmiotowym wynalazkiem; FIG.2 przedstawia schemat jednostki obliczeniowej (CPU) i innych komponentów, które mogą być zawarte w UAV zgodnie z przedmiotowym wynalazkiem; FIG.3-7 przedstawiają różne widoki UAV, które mogą być używane z przedmiotowym wynalazkiem; FIG. 8-14 przedstawiają kamery, które mogą być używane z UAV zgodnie z wynalazkiem; FIG.15-17 przedstawiają bezprzewodowy nadajnik/odbiornik, który może być używany z bezzałogowym statkiem powietrznym zgodnie z wynalazkiem; FIG.18 przedstawia widok z góry mechanizmu mocującego, który może być używany z UAV do odłączalnego połączenia z uwięzią zgodnie z wynalazkiem; FIG.19 to widok przekroju poprzecznego wzdłuż linii 19-19 na FIG.18; FIG.19A i 19B przedstawiają konfiguracje wtyczek, które można stosować z przedmiotowym wynalazkiem; FIG.20 przedstawia widok perspektywiczny mechanizmu ustalającego z FIG.18; FIG.21 przedstawia widok z perspektywy stacji bazowej zasilania, która może być używana z przedmiotowym wynalazkiem; FIG.22 i 24 przedstawiają zespół pobierania kabla, który może być używany z podstawową stacją zasilającą zgodnie z wynalazkiem; FIG.23 przedstawia widok perspektywiczny stacji bazowej z FIG.21 w stanie otwartym; FIG.25 przedstawia schemat przykładowego przepływu zasilania między bazową stacją zasilania a UAV zgodnie z wynalazkiem; FIG.26 przedstawia schemat blokowy przykładowego sterowania procesem dla UAV zgodnie z wynalazkiem; FIG.27-31 przedstawiają różne widoki kolejnego UAV, który może być wykorzystywany zgodnie z wynalazkiem; FIG.32 przedstawia schematycznie uwięź z okablowaniem zasilania i okablowaniem transmisji danych zgodnie z wynalazkiem; FIG.33 przedstawia schematycznie uwięź z okablowaniem zasilającym skonfigurowanym do transmisji danych „sygnał nad zasilaniem” zgodnie z wynalazkiem; FIG.34-37 przedstawiają odłączany moduł zasilania, który może być używany z bezzałogowym statkiem powietrznym zgodnie z wynalazkiem.
FIG.1 przedstawia system dronów obserwacyjnych 10, który zasadniczo obejmuje UAV12, bazową stację zasilania 14 i uwięź 16 do łączenia UAV 12 z bazową stacją zasilania 14. UAV12 może być dowolnego znanego typu, który jest zasilany elektrycznie. UAV12 może być wielowirnikowy lub jednowirnikowy. Jak pokazano na rysunkach FIG.3-5 i 27-31, UAV12 może być typu wielowirnikowego z wieloma wirnikami skrzydłowymi 13. Płozy do lądowania 15 mogą służyć do podparcia UAV12 podczas lądowania i spoczywania na ziemi.
W odniesieniu do FIG.2, UAV12 zawiera wbudowany akumulator 18, który jest elektronicznie połączony z silnikami do obsługi wirników skrzydłowych 13 i innych komponentów UAV12 (tj. akumulator 18 ma wystarczającą pojemność do zasilania całego UAV12). UAV12 zawiera również jednostkę obliczeniową CPU20 skonfigurowaną do sterowania UAV12. CPU20 może zawierać system zarządzania lotem, oraz może kontrolować charakterystykę lotu UAV12, w tym prędkość, wysokość, sterowanie itp. Bezprzewodowy nadajnik/odbiornik 22 może być umieszczony na UAV12 operacyjnie połączony z CPU20 w celu odbierania i przesyłania sygnałów sterujących do i z CPU 20. UAV12 może również zawierać co najmniej jedną kamerę wideo 24. Kamera 24 może być cyfrowa i zawierać rozszerzone tryby, takie jak wykrywanie podczerwieni i funkcje noktowizora. Kamera 24 może być standardową kamerą cyfrową, kamerą termowizyjną, kamerą wielospektralną, kamerą IR i/lub kamerą noktowizyjną. UAV12 może zawierać wiele kamer 24 różnych typów, aby umożliwić wykrywanie ciepła, wykrywanie podczerwieni, wykrywanie podczerwieni (fale średnie (MWIR) i długie (LWIR)) i/lub noktowizor, niezależnie od standardowego cyfrowego strumienia wideo. Kamera 24 może być zamontowana na gimbalu, aby mieć trzy stopnie swobody obrotu, FIG. 9. Pojedyncza kamera 24 może zawierać więcej niż jeden obiektyw 25, aby zapewnić przechwytywanie wideo w różnych trybach (standardowym, IR itp.). Pamięć 26 może służyć do przechowywania części lub całości danych wideo przechwyconych przez kamerę (kamery) 24. Ponadto lub alternatywnie, przechwycone dane wideo mogą być przesyłane w czasie rzeczywistym jako transmisja na żywo za pośrednictwem nadajnika/odbiornika 22. Opcjonalnie, dalmierz (np. dalmierz laserowy) może być dostarczony z UAV12, aby umożliwić pomiary odległości do docelowych obiektów lub osób.
Procesor 20 może być operacyjnie połączony z pamięcią 26 w celu przeglądania przechwyconych danych wideo. Umożliwia to wykrywanie konkretnych, wcześniej ustalonych anomalii. Na przykład procesor CPU 20 można skonfigurować tak, aby wykrywał obiekty i/lub wykrywał ruch obiektów (powyżej pewnego rozmiaru fizycznego) w monitorowanym obszarze (np. porównywanie klatek znanego widoku). Wykrywanie obiektów można osiągnąć stosując znaną metodę analizy przechwyconego obrazu, np. ekstrakcję cech na podstawie klatek. Umożliwia to wykrycie potencjalnej osoby na monitorowanym obszarze, szczególnie poza godzinami otwarcia. Aby ograniczyć fałszywe odczyty, upoważniony personel może zostać wyposażony w identyfikatory IR, które emitują wykrywalny wzór IR, możliwy do odczytania przez procesor CPU20. Zapobiega to fałszywemu wykryciu obecności osoby upoważnionej na monitorowanym obszarze. Alternatywnie, wykrywanie ciepła za pomocą kamery termowizyjnej może być wykorzystane do identyfikacji nieznanych profili ciepła na monitorowanych obszarach, szczególnie w godzinach, w których obowiązują ograniczenia. Procesor CPU20 umożliwia UAV12 monitorowanie danego regionu pod kątem wstępnie ustalonych anomalii. Dzięki ciągłemu zasilaniu z uwięzi 16, UAV 12 może przebywać w powietrzu przez dłuższy czas w celach obserwacyjnych.
Procesor CPU20 może być wyposażony w sztuczną inteligencję (AI) umożliwiającą sterowanie UAV12. Sztuczna inteligencja może kontrolować charakterystykę lotu UAV12 w reakcji na warunki otoczenia (np. wiatr, zmiany ciśnienia barometrycznego). Na pokładzie UAV12 mogą znajdować się czujniki otoczenia 28 (np. wiatru, ciśnienia barometrycznego, wibracji), które są operacyjnie połączone z procesorem CPU20 w celu dostarczania danych pomiarowych otoczenia. Przetworniki mogą być wykorzystywane w razie potrzeby w celu zapewnienia konwersji sygnału analogowego na cyfrowy. Zmierzone dane otoczenia mogą zostać zapisane w pamięci 26. Ponadto zmierzone dane otoczenia mogą być przesyłane w czasie rzeczywistym lub przesyłane z pamięci 26 w formie wsadowej za pośrednictwem nadajnika/odbiornika 22. Zmierzone dane otoczenia mogą zostać wykorzystane przez procesor CPU20, np. za pomocą sztucznej inteligencji, do przewidywania potrzebnych prac konserwacyjnych, np. wykrywania nadmiernych wibracji jako możliwego wskaźnika luźnego łożyska. Czujniki mogą być również przewidziane do monitorowania aktywności elektrycznej, np. czy akumulator 18 jest w pełni naładowany, czy moc jest przesyłana, poziomów napięcia, poziomów natężenia prądu itp. Dane dotyczące elektryczności mogą być przesyłane w czasie rzeczywistym lub przesyłane z pamięci 26 w formie wsadowej za pośrednictwem nadajnika/odbiornika 22.
Ponadto procesor CPU20, wykorzystujący sztuczną inteligencję, może być używany do wykrywania lub rozpoznawania obiektów, w szczególności wykorzystując w celach informacyjnych dane wideo przechowywane w pamięci 26. Uwięź 16 obejmuje elastyczny, osłonięty kabel przesyłowy 30, który zapewnia zasilanie bezzałogowemu statkowi powietrznemu 12 w pozycji zawisu. Kabel przesyłowy 30 zawiera dwa przewody przewodzące (zasilający S i powrotny R) na całej swojej długości, które przesyłają energię elektryczną ze stacji bazowej 14 do bezzałogowego statku powietrznego 12. Ponieważ UAV12 wymaga prądu stałego, wymagane napięcie do przesyłu może być stosunkowo niskie, np. 24V DC. Napięcie na kablu przesyłowym 30 może być ustawione na wyższe niż wymagane przez UAV12. Jak pokazano na rysunku FIG.25, wraz z UAV12 może zostać dostarczony przetwornik DC-DC 29 w celu przekształcenia przesyłanego napięcia na napięcie znamionowe UAV12. Przewód przesyłowy 30 może być wymiarowany tak, aby obsługiwać zakres 12V–400V. Na przykład, 400V DC może być dostarczane przez przewód przesyłowy 30, a przetwornik DC-DC 29 obniża napięcie do 24V DC dla UAV12.
Przewód przesyłowy 30 jest odporny na warunki atmosferyczne, a w szczególności na wilgoć. Uwięź 16 powinna mieć na tyle wytrzymałą konstrukcję, aby wytrzymać naprężenia występujące podczas normalnego użytkowania. Ponadto, preferowane jest, aby linka 16 była na tyle elastyczna, aby można ją było zwijać zarówno podczas użytkowania, jak i przechowywania. Uwięź 16 może zawierać wzmocnienie z włókien syntetycznych, na przykład z włókien marki Kevlar. Jak pokazano w FIG.32, uwięzi 16 mogą obejmować jeden lub więcej kabli transmisji danych D oprócz dwóch przewodów przewodzących S, R, aby umożliwić dwukierunkową transmisję dowolnych danych możliwych do przesłania lub odebrania przez bezprzewodowy nadajnik/odbiornik 22. Kable do transmisji danych D mogą być dowolnego znanego typu, w tym światłowodowe, skrętkowe (np. CAT 5, CAT 5e, CAT 6, CAT 7) i tak dalej. Transmisja danych poprzez linę 16 umożliwia przewodową transmisję danych przy pomocy linki 16 połączonej ze statkiem powietrznym UAV12. Po odłączeniu uwięzi 16 od bezzałogowego statku powietrznego 12 można korzystać z bezprzewodowego nadajnika/odbiornika 22 w celu bezprzewodowej komunikacji danych.
Jak pokazano w FIG.18-20 , na końcu uwięzi 16 znajduje się wtyczka 32, która zawiera otwory na kołki 32, 34 umożliwiające połączenia elektryczne odpowiednio z przewodami zasilającymi i powrotnymi kabla przesyłu mocy 30. Wtyczka 32 zawiera kołnierz 38 służący do trwałego zamocowania do kabla przesyłowego 30. Kołnierz 38 pełni funkcję odciążenia przewodu przesyłowego 30. Na wtyczce 32 znajduje się para wgłębień 40, najlepiej skierowanych w przeciwnych kierunkach. Bezzałogowy statek powietrzny UAV12 zawiera gniazdo 42 umożliwiające rozłączne połączenie z wtyczką 32. Gniazdo 42 zawiera kołki 44 przeznaczone do włożenia do otworów kołkowych 34, 36 i do połączenia elektrycznego odpowiednio z przewodami zasilającymi i powrotnymi S, R, jak pokazano schematycznie na rysunku FIG.19A.
Złącza 45 mogą być również przewidziane w celu umożliwienia podłączenia dowolnych kabli do przesyłu danych D do okablowania w bezzałogowym statku powietrznym 12, aby umożliwić przesył danych. Złącza 45 są najlepiej rozdzielne, aby można je było odłączyć od wtyczki 32, która jest odłączona od gniazda 42. Przykładowo złącza światłowodowe typu push-pull można stosować w okablowaniu światłowodowym do przesyłu danych. Przewody zasilające i powrotne S, R mogą być pokryte jedną lub kilkoma warstwami izolacji. Ponadto kable do transmisji danych D mogą być osłonięte, np. w postaci wiązki włókien światłowodowych, tworząc kabel światłowodowy.
Aby umożliwić odłączenie wtyczki 32, można zastosować silnik 56 (np. serwomotor) połączony z ramionami obrotowymi 48 w taki sposób, że wraz z obrotem wału wyjściowego silnika 56 wolne końce 49 ramion obrotowych 48 rozsuwają się. Silnik 56 może być sterowany przez procesor 20. W rezultacie ramiona obrotowe 48 obracają się na zewnątrz, a zaczepy 50 wysuwają się z wgłębień 40. Umożliwia to odłączenie wtyczki 32. W alternatywnym układzie, jak pokazano na rysunku FIG.34-37, uwięź 16 może obejmować moduł zasilania 100 skonfigurowany tak, aby można go było odłączać od statku powietrznego UAV 12, a nie wtyczkę 32. Moduł zasilania 100 może obejmować obudowę 102 zawierającą dowolny przetwornik napięcia (DC-DC, AC-DC).
Można zastosować rozłączalne styki elektryczne w celu elektrycznego połączenia obudowy 102 z bezzałogowym statkiem powietrznym 12, aby umożliwić przepływ energii z modułu zasilania 100 do akumulatora 18 i umożliwić dwukierunkowy przepływ danych, jeśli skonfigurowano go do przepływu danych. Bateria 18 pozostaje na pokładzie UAV12 po odłączeniu modułu zasilania 100. Moduł zasilania 100 może być odłączalnie sprzężony z bezzałogowym statkiem powietrznym 12 za pomocą wzbudzanego elektromagnesu (np. solenoidu) umieszczonego na jednym lub obu elementach: bezzałogowym statku powietrznym 12 i module zasilania 100. Odłączenie może być kontrolowane przez procesor CPU20, np. za pomocą sygnału powodującego odłączenie elektromagnesu. Dodatkowo lub alternatywnie, moduł zasilania 100 może być odłączalnie sprzężony za pomocą zwalnianych kołków lub zatrzasków. W stanie sprzężonym kołki lub zatrzaski mogą trwale zazębiać się z modułem zasilania 100. W przypadku wyłączenia sworzni lub zatrzasków (np. przez cofnięcie, przesunięcie, regulację promieniową itd.) moduł zasilania 100 nie jest podparty, co powoduje, że może spaść pod wpływem siły grawitacji np.za pomocą spadochronu. Odłączenie może być kontrolowane przez procesor CPU20, np. za pomocą sygnału powodującego regulację kołków lub zatrzasków.
WNIOSKI
System drona na uwięzi Cableguard to zaawansowane rozwiązanie przeznaczone do długotrwałej ochrony granic, zapewniające ciągły nadzór obszaru przy wykorzystaniu kamer dziennych i termowizyjnych (IR). System przesyła strumień wideo w czasie rzeczywistym do centrum dowodzenia, umożliwiając natychmiastową reakcję. Cableguard jest w pełni zintegrowany z systemem ATAK, co pozwala na łatwą współpracę z istniejącą infrastrukturą operacyjną. System posiada zaawansowane funkcje automatycznej detekcji i rozpoznawania obiektów ruchomych, umożliwiając natychmiastowe przekazanie informacji do systemów zarządzania w celu podjęcia odpowiednich działań. Cableguard oferuje również funkcjonalność radiostacji, zapewniając zasięg radiowy do 30 km oraz możliwość tworzenia sieci łączności MESH z pojazdami oraz radiostacjami przenośnymi. Współpracując z pojazdami RWŁC, Cableguard znacząco zwiększa zasięg łączności, a także umożliwia zastosowanie modułów walki radioelektronicznej, takich jak SigInt czy IMSI Catcher, do efektywnego monitorowania i kontroli obszaru operacyjnego. W skład systemu wchodzą: dron, akumulator, stacja zasilania, GCS oraz opcjonalne komponenty, takie jak spadochron, system ADS-B oraz głowice optoelektroniczne. Opracowany system zapewnia realizacje szerokiej gamy wymagań techniczno eksploatacyjnych::
1.Wodoodporność
Wszystkie elementy systemu (UAV, stacja zasilania naziemna, tracker antenowy, GCS) zostały zaprojektowane z myślą o najtrudniejszych warunkach pogodowych.
2.Dodatkowa bateria
Wbudowana bateria pozwala CableGuard kontynuować lot przez maksymalnie 30 minut po odłączeniu. Wymiana baterii zajmuje mniej niż 30 sekund.
3.Długozasięgowa transmisja
Antena śledząca z cyfrowym, szyfrowanym łączem wideo i danych umożliwia zasięg do 10 km na standardach UE (CE) i 15 km na standardach USA (FCC).
4.Konfigurowalność
Dzięki uniwersalnemu uchwytowi ładunku, podłączenie naszych modułów oraz tych, których zażąda klient, nie stanowi problemu.
6.Zasilanie na uwięzi
System zasilania o wysokim napięciu pozwala na przesył energii do drona za pomocą lekkiego i wytrzymałego kabla. Dzięki temu rozwiązaniu UAV może przebywać w powietrzu 24/7.
7.Obserwacje ISR do 7 dni
System ISR (Intelligence, Surveillance, Reconnaissance) wyposażony w funkcję długotrwałej obserwacji umożliwia ciągłe monitorowanie obszaru przez okres do 7 dni bez przerwy.
8.+ 30 min lotu swobodnego
System Cableguard to opatentowane rozwiązanie pozwalające na odłączanie się od uwięzi, co umożliwia dronowi śledzenie wykrytego celu przez 30 minut. Dron przesyła obraz wideo na żywo do centrali. Po zakończeniu misji wraca do stacji bazowej i ponownie łączony jest z uwięzią, kontynuując operacje.
9.Obserwacja w ciszy radiowej
Opcja łączności przez światłowód pozwala na przeprowadzanie misji w pełnej ciszy radiowej, czyniąc drona niewykrywalnym dla systemów antydronowych opartych na sensorach RF i analizie protokołów łączności. Dron jest także odporny na jamming GPS, co zapewnia bezpieczną i niezawodną operację w trudnych warunkach EW.
FlyFocus sp. z o.o. jest w pełni polską firmą działającą w Warszawie. Od lat specjalizuje się w projektowaniu i produkcji bezzałogowych statków powietrznych na potrzeby rynku cywilnego, wojskowego i organów ścigania. Trzon zespołu stanowią doświadczeni inżynierowie o szerokim zakresie umiejętności i wiedzy eksperckiej na temat systemów UAV. Firma zapewnia również rozwój produktów i niestandardowe usługi inżynieryjne, nie ograniczając się wyłącznie do obszaru UAV. FlyFocus sp. z o.o. jest wykonawcą programów badań i rozwoju nowoczesnych technologii na rzecz obronności państwa.
Specyfikacja techniczna
|
Czas lotu: |
Do 7 dni na uwięzi + 30 min lotu swobodnego |
|
Długość kabla: |
do 100 m |
|
Udźwig: |
Do 5 kg |
|
MTOW: |
Do 14 kg |
|
Warunki wiatrowe: |
Trwałe – 13 m/s, podmuch 18 m/s |
|
Odporność na warunki atmosferyczne: |
IP 55 |
|
Maksymalna wysokość: |
3000 m ASL |
|
Zakres temperatur: |
od -30 do +40 °C |
|
Zasilanie stacji ładowania: |
Agregat, alternator zabudowany na pojeździe lub sieciowe 230V |
|
Autopilot: |
COTS lub zgodny z DO178/254/810 |
|
Łączność przewodowa: |
Pojedynczy / podwójny światłowód (single/duplex mode) o przepustowości do 10 Gbps |
|
Sensory EO/IR: |
Kamera dzienna z 40-krotnym zoomem, kamera termowizyjna 640×480, rozpoznawanie i śledzenie |
|
Moc ciągła: |
Do 3 500 W |
|
Moc chwilowa: |
Do 4 500 W |
|
Namierzanie celu: |
Dalmierz laserowy |
CableGuard Tethered UAV | City Surveillance https://youtu.be/gaU_5oHJRlk