радиоуправление
Радиоуправление (часто сокращенно RC ) — это использование сигналов управления, передаваемых по радио, для дистанционного управления устройством. Примерами простых систем радиоуправления являются устройства открывания гаражных ворот и системы доступа без ключа для транспортных средств, в которых небольшой портативный радиопередатчик отпирает или открывает двери. Радиоуправление также используется для управления моделями транспортных средств с помощью ручного радиопередатчика . Промышленные , военные и научно-исследовательские организации также используют радиоуправляемые транспортные средства. Быстро растущим применением является управление беспилотными летательными аппаратами (БПЛА или дронами) как для гражданского, так и для военного использования, хотя они имеют более сложные системы управления, чем традиционные приложения.
История
[ редактировать ]Идея управления беспилотными аппаратами (по большей части в попытке повысить точность торпед военного назначения) возникла еще до изобретения радио. Во второй половине 1800-х годов было разработано множество таких устройств, подключаемых к оператору по проводам, включая первое практическое применение, изобретенное немецким инженером Вернером фон Сименсом в 1870 году. [1]
Избавление от проводов с помощью новой беспроводной технологии — радио — появилось в конце 1890-х годов. В 1897 году британский инженер Эрнест Уилсон и Си Джей Эванс запатентовали радиоуправляемую торпеду или продемонстрировали радиоуправляемые лодки на Темзе (сведения о том, что именно они действительно делали, различаются). [2] [3] На выставке 1898 года в Мэдисон-Сквер-Гарден Никола Тесла продемонстрировал небольшую лодку, в которой использовалось когерера . радиоуправление на основе [4] С намерением продать эту идею правительству США в виде торпеды, патент Теслы 1898 года включал в себя часовой преобразователь частоты, чтобы враг не мог взять под контроль устройство. [5]
В 1903 году испанский инженер Леонардо Торрес Кеведо представил систему радиоуправления под названием « Телекино ». [6] в Парижской академии наук . В том же году он подал заявки на несколько патентов в других странах. [7] [8] Он был задуман как способ испытания дирижабля «Астра-Торрес» , дирижабля собственной конструкции, без риска для человеческих жизней. [9] В отличие от предыдущих механизмов, осуществлявших действия типа «включение/выключение», Торрес создал систему управления любым механическим или электрическим устройством с различными состояниями работы. Для этого метода требовался передатчик, способный отправлять семейство различных кодовых слов посредством сигнала двоичного телеграфного ключа , и приемник, который мог устанавливать различное состояние работы используемого устройства в зависимости от кодового слова. Он мог независимо выбирать разные положения рулевого двигателя и разные скорости ходового двигателя , а также воздействовать на другие механизмы, такие как электрический свет для его включения и флажок для его поднятия или опускания одновременно. , [10] и так до 19 различных действий. [11] В 1904 году Торрес решил провести первое испытание на трехколесном наземном транспортном средстве с дальностью полета от 20 до 30 метров. [12] В 1906 году в присутствии публики, среди которой был король Испании Альфонсо XIII , Торрес продемонстрировал изобретение в порту Бильбао , управляя с берега электрическим катером «Бискайя» с людьми на борту, управляемым на расстоянии более 2 км. . [13]
В 1904 году «Бэт» , паровой катер «Уиндермир» , управлялся с помощью экспериментального радиоуправления его изобретателем Джеком Китченом. В 1909 году французский изобретатель [Габе] продемонстрировал то, что он назвал своей « Torpille Radio-Automatique », радиоуправляемую торпеду. [14]
В 1917 году Арчибальд Лоу , возглавлявший секретные экспериментальные работы Королевского летного корпуса (RFC) в Фелтэме , был первым человеком, успешно применившим радиоуправление на самолете, « Воздушной мишени 1917 года» . Его «пилотировал» с земли будущий рекордсмен мира по скорости в воздухе Генри Сегрейв . [15] Системы Лоу кодировали передачи команд в качестве контрмеры по предотвращению вмешательства противника. [16] К 1918 году секретная секция DCB Школы связи Королевского флота в Портсмуте под командованием Эрика Робинсона В.К. использовала вариант системы радиоуправления Aerial Target для управления с «материнского» самолета различными типами военно-морских судов, включая подводную лодку. [17]
Во время Первой мировой войны американский изобретатель Джон Хейс Хаммонд-младший разработал множество методов, используемых в последующем радиоуправлении, включая разработку торпед с дистанционным управлением, кораблей, систем защиты от помех и даже системы, позволяющей его кораблю с дистанционным управлением нацеливаться на прожекторы вражеского корабля. [18] В 1922 году он установил аппаратуру радиоуправления на устаревший линкор ВМС США « Айова», чтобы его можно было использовать в качестве корабля-мишени. [19] (потоплен в ходе артиллерийских учений в марте 1923 г.).
Советская Красная Армия использовала телетанки с дистанционным управлением в 1930-е годы в Зимней войне против Финляндии и выставила на вооружение как минимум два телетанковых батальона в начале Великой Отечественной войны . Телетанк управляется по радио из танка управления на расстоянии 500–1500 м, оба составляют телемеханическую группу . Были в Красной Армии и телеуправляемые катера, и экспериментальные дистанционно управляемые самолеты.
Разработка в годы Первой мировой войны в Великобритании радиоуправляемых «Воздушных мишеней» (AT) и «Катера дистанционного управления» (DCB) 1917 года с использованием систем управления Лоу в конечном итоге привела к появлению в 1930-х годах флота «Пчелиной королевы» . Это была дистанционно управляемая беспилотная версия самолета De Havilland « Tiger Moth » для тренировок по артиллерийским стрельбам ВМФ . На смену «Queen Bee» пришел самолет с аналогичным названием Airspeed Queen Wasp , специально созданный самолет-мишень с более высокими характеристиками.
Вторая мировая война
[ редактировать ]Радиоуправление получило дальнейшее развитие во время Второй мировой войны, прежде всего немцами, которые использовали его в ряде ракетных проектов. Их главным усилием была разработка радиоуправляемых ракет и планирующих бомб для использования против кораблей, целей, которые в противном случае было бы трудно и опасно атаковать. Однако к концу войны Люфтваффе столкнулись с аналогичными проблемами при атаке бомбардировщиков союзников и разработали ряд с радиоуправляемым управлением зенитных ракет класса «земля-воздух» , ни одна из которых не поступила на вооружение.
Эффективность систем Люфтваффе , в первую очередь состоящих из серии Telefunken Funk-Gerät (или FuG) 203 Kehl двухосных передатчиков с одним джойстиком, установленных на развертывающемся самолете, и приемника-компаньона Telefunken FuG 230 Straßburg, размещенного в боекомплекте. количество управляемых во время развертывания и используемых как Fritz X безмоторной бронированной противокорабельной бомбы , так и управляемой бомбы Henschel Hs 293 с приводом , было значительно сокращено из-за попыток британцев заглушить их радиосигналы, в конечном итоге с американской помощью. После первоначальных успехов британцы предприняли ряд рейдов коммандос для сбора ракетных радиостанций. На британские корабли тогда установили постановщики помех, и вооружение практически «перестало работать». Затем немецкие группы разработчиков обратились к ракетам с проводным наведением, как только поняли, что происходит, но системы не были готовы к развертыванию до тех пор, пока война уже не перешла во Францию.
Немецкая Кригсмарине с 1944 года использовала FL-Boote ( ferngelenkte Sprengboote ) — радиоуправляемые моторные лодки , начиненные взрывчаткой, для нападения на корабли противника.
И британцы, и США также разработали системы радиоуправления для аналогичных задач, чтобы избежать огромных зенитных батарей, установленных вокруг немецких целей. Однако на практике ни одна система не оказалась пригодной для использования, а крупнейшая операция США, операция «Афродита» , оказалась гораздо более опасной для ее пользователей, чем для цели. Однако американские Azon управляемые боеприпасы свободного падения оказались полезными как на европейском , так и на театре военных действий CBI во время Второй мировой войны.
Системы радиоуправления той эпохи, как правило, были электромеханическими по своей природе, в них использовались небольшие металлические «пальцы» или « трости » с разными резонансными частотами, каждый из которых приводил в действие одно из множества различных реле при приеме определенной частоты. Реле, в свою очередь, затем активируют различные исполнительные механизмы , действующие на поверхности управления ракеты. Радиопередатчик контроллера будет передавать разные частоты в ответ на движения ручки управления; обычно это были сигналы включения/выключения. Однако радиоаппаратура, используемая для управления функцией руля направления управляемого артиллерийского вооружения Azon , разработанного в Америке, представляла собой полностью пропорциональное управление, при этом «элероны» находились исключительно под контролем бортового гироскопа и служили лишь для предотвращения попадания артиллерийских снарядов в цель. катание.
Эти системы широко использовались до 1960-х годов, когда растущее использование твердотельных систем значительно упростило радиоуправление. Электромеханические системы, использующие герконовые реле, больше сигналов, называемых каналами управления были заменены аналогичными электронными, а продолжающаяся миниатюризация электроники позволила упаковать , в один и тот же корпус. В то время как ранние системы управления могли иметь два или три канала с использованием амплитудной модуляции , современные системы включают двадцать или более каналов с использованием частотной модуляции .
Радиоуправляемые модели
[ редактировать ]
Первое повсеместное использование систем радиоуправления в моделях началось в начале 1950-х годов с одноканального оборудования собственного изготовления; коммерческое оборудование появилось позже. Появление транзисторов значительно снизило требования к батареям, поскольку требования к току при низком напряжении были значительно снижены, а батареи высокого напряжения были исключены. Как в ламповых, так и в ранних транзисторных комплектах поверхности управления модели обычно приводились в действие электромагнитным « спусковым механизмом », управляющим запасенной энергией в резиновой петле, что позволяло просто включать и выключать руль направления (правый, левый и нейтральный), а иногда и другие функции. например, скорость двигателя. [20]
с кварцевым управлением Супергетеродинные приемники , обладающие лучшей избирательностью и стабильностью, сделали аппаратуру управления более функциональной и менее затратной. Многоканальные разработки были особенно полезны для самолетов, которым действительно требовалось как минимум три управляющих измерения (рыскание, тангаж и скорость двигателя), в отличие от лодок, которым требовалось только два или одно.
Когда началась революция в электронике, проектирование одноканальных схем стало излишним, и вместо этого радиоприемники обеспечивали потоки сигналов с пропорциональным кодированием, которые сервомеханизм мог интерпретировать, используя широтно-импульсную модуляцию (ШИМ).
высококачественные любительские системы, использующие функции импульсно-кодовой модуляции Совсем недавно на рынке появились (PCM), которые передают на принимающее устройство компьютеризированный сигнал цифрового потока данных вместо более раннего типа кодирования PWM. Однако даже при таком кодировании потеря передачи во время полета стала более распространенной. [ нужна ссылка ] , отчасти из-за все более беспроводного общества. Некоторые более современные приемники FM-сигнала, которые вместо этого до сих пор используют кодировку «ШИМ», могут, благодаря использованию в них более совершенных компьютерных микросхем, фиксироваться и использовать только индивидуальные характеристики сигнала излучений конкретного RC-передатчика ШИМ-типа. , без необходимости передачи специального «кода» вместе с управляющей информацией, как всегда требовалось кодирование PCM.
В начале 21 века радиоуправляемые системы управления с расширенным спектром 2,4 гигагерца стали все чаще использоваться для управления моделями транспортных средств и самолетов. Сейчас эти системы 2,4 ГГц производятся большинством производителей радиоприемников. Цена этих радиосистем варьируется от пары тысяч долларов , а некоторые доходят до 30 долларов США. Некоторые производители даже предлагают комплекты для переоборудования старых цифровых приемников и радиостанций 72 МГц или 35 МГц. Поскольку появляющееся множество радиоуправляемых систем с расширенным спектром диапазона 2,4 ГГц обычно использует «перестраиваемый по частоте» режим работы, такой как FHSS , который больше не остается на одной установленной частоте во время использования, старые положения «исключительного использования» при полетах моделей площадки, необходимые для контроля частоты систем управления радиоуправлением в диапазоне УКВ, для систем радиоуправления в диапазоне УКВ, которые использовали только одну заданную частоту, если не было обслуживания для ее изменения, не являются такими обязательными, как раньше.
Современные военные и аэрокосмические применения
[ редактировать ]
Военные приложения дистанционного управления обычно не представляют собой радиоуправление в прямом смысле этого слова, непосредственно управляющее поверхностями управления полетом и настройками мощности двигательной установки, а вместо этого принимают форму инструкций, отправляемых полностью автономному компьютеризированному автопилоту . Вместо сигнала «поворот налево», который подается до тех пор, пока самолет летит в правильном направлении, система отправляет одну команду «лететь в эту точку».
Одними из наиболее выдающихся примеров дистанционного радиоуправления транспортным средством являются марсоходы для исследования Марса, такие как Sojourner .
Промышленное радиоуправление
[ редактировать ]Сегодня радиоуправление применяется в промышленности для таких устройств, как мостовые краны и локомотивы сортировочных станций . Радиоуправляемые телеоператоры используются для таких целей, как досмотры, а специальные машины — для обезвреживания бомб . Некоторые устройства с дистанционным управлением условно называют роботами , но правильнее отнести их к категории телеоператоров, поскольку они работают не автономно, а только под контролем человека-оператора.
Промышленным радиодистанционным управлением может управлять человек или компьютерная система управления в межмашинном режиме (M2M). Например, автоматизированный склад может использовать радиоуправляемый кран, управляемый компьютером, для извлечения определенного предмета. Во многих юрисдикциях промышленное радиоуправление для некоторых применений, например подъемных механизмов, должно иметь отказоустойчивую конструкцию. [21]
Промышленные пульты дистанционного управления работают иначе, чем большинство потребительских товаров. Когда приемник получает радиосигнал, отправленный передатчиком, он проверяет его на правильную частоту и совпадение всех кодов безопасности. После завершения проверки приемник отправляет команду реле , которое активируется. Реле активирует в приложении функцию, соответствующую кнопке передатчиков. Это может быть включение электродвигателя мостового крана .В приемнике обычно имеется несколько реле, а в таком сложном устройстве, как мостовой кран, для управления всеми направлениями может потребоваться до двенадцати и более реле. В приемнике, открывающем ворота, часто бывает достаточно двух реле. [22]
Промышленные пульты дистанционного управления предъявляют все более высокие требования к безопасности. Например: пульт дистанционного управления не может потерять функциональность безопасности в случае неисправности. [23] Этого можно избежать, используя резервные реле с принудительными контактами.
См. также
[ редактировать ]- Высокоточный боеприпас
- Радиоуправляемый самолет
- Радиоуправляемый катер
- Радиоуправляемая машина
- Радиоуправляемый вертолет
- Пульт дистанционного управления
- Автомобиль с дистанционным управлением
- Телеуправление
- Телетанк
Примечания и ссылки
[ редактировать ]- ^ HR Everett, Беспилотные системы Первой и Второй мировых войн, MIT Press - 2015, страницы 79-80
- ^ HR Everett, Беспилотные системы Первой и Второй мировых войн, MIT Press - 2015, стр. 87
- ^ Эверетт, HR (6 ноября 2015 г.). Беспилотные системы Первой и Второй мировых войн . МТИ Пресс. ISBN 9780262029223 .
- ^ Тапан К. Саркар , История беспроводной связи , Джон Уайли и сыновья, 2006, ISBN 0-471-71814-9 , с. 276-278.
- ^ США 613809 , Тесла, Никола, «Способ и устройство для управления механизмом движущихся сосудов или транспортных средств», опубликовано 8 ноября 1898 г.
- ^ Тапан К. Саркар , История беспроводной связи , Джон Уайли и сыновья, 2006, ISBN 0-471-71814-9 , с. 97.
- ^ Торрес, Леонардо, « FR327218A Система под названием телекин для дистанционного управления механическим движением », Espacenet , 10 декабря 1902 г.
- ^ Торрес, Леонардо, « GB190327073 (A) - Средство или метод для направления механических движений на расстоянии или на расстоянии », Espacenet , 10 декабря 1903 г.
- ↑ Рэнди Альфред, « 7 ноября 1905 г.: Дистанционное управление поражает публику », Wired , 7 ноября 2011 г.
- ^ АП Юсте. Зал славы электротехники. Ранние разработки беспроводного дистанционного управления: Телекино Торрес-Кеведо , (pdf) том. 96, № 1, январь 2008 г., Труды IEEE.
- ^ «1902 — Телекин (Телекино) — Леонардо Торрес Кеведо (исп.)» . 17 декабря 2010 г.
- ^ HR Everett, Беспилотные системы Первой и Второй мировых войн, MIT Press - 2015, страницы 91-95
- ^ Эверетт, HR (6 ноября 2015 г.). Беспилотные системы Первой и Второй мировых войн . МТИ Пресс. ISBN 9780262029223 .
- ^ Нотон, Рассел. «Дистанционно пилотируемые летательные аппараты» . www.ctie.monash.edu.au . Архивировано из оригинала 8 декабря 2006 г. Проверено 30 декабря 2006 г.
- ^ «Краткая история дронов» .
- ^ «Рассвет дрона», Стив Миллс, Издательство Casemate 2019. Страница 189 «Чтобы дополнительно защититься от внешнего вмешательства, я могу иметь несколько инерционных колес с регулируемой скоростью, но только одно из них правильно отрегулировано, чтобы улавливать синхронизированные сигналы и приводить в действие механизм».
- ^ Национальный архив Великобритании ADM 1/8539/253 Возможности лодок с дистанционным управлением. Отчеты о судебных процессах в Дувре 28–31 мая 1918 г.
- ^ «Джон Хейс Хаммонд-младший - Программа Лемельсона-MIT» . lemelson.mit.edu . Архивировано из оригинала 24 августа 2017 г. Проверено 13 декабря 2017 г.
- ^ «Береговой линкор № 4 (бывший военный корабль США Айова, линкор № 4) — как корабль-мишень, 1921–1923» . Интернет-библиотека избранных изображений: КОРАБЛИ ВМФ США . Командование военно-морской истории и наследия. 13 апреля 2003 г. Архивировано из оригинала 9 февраля 2010 г. Проверено 21 мая 2012 г.
- ^ http://www.rcmodelswiz.co.uk/users-basic-guide-to-radio-control-systems. Архивировано 3 апреля 2015 г. в Wayback Machine RC Models Wiz: Базовое руководство по системам радиоуправления.
- ^ Аутек Срл. «Безопасность с помощью радиоуправления» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 марта 2015 г. Проверено 18 ноября 2013 г.
- ^ Теле Радио АБ. «Что такое промышленный пульт дистанционного управления» . Архивировано из оригинала 22 октября 2014 г. Проверено 14 ноября 2014 г.
- ^ «Резервные цепи | Промышленные пульты дистанционного управления» . Промышленные пульты дистанционного управления . 03.05.2016. Архивировано из оригинала 27 декабря 2017 г. Проверено 12 июня 2017 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]
- Билл Йенн, Атака дронов: история беспилотного воздушного боя , Zenith Imprint, 2004, ISBN 0-7603-1825-5
- Лоуренс Р. Ньюком Беспилотная авиация: краткая история беспилотных летательных аппаратов , AIAA, 2004, ISBN 1-56347-644-4 ,
