Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы



Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы
Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы

Владельцы патента RU 2700908:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к способу определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы. Способ заключается в последовательном фотоэкспонировании земной поверхности фотокамерой, размещенной на 3-рамном кардановом подвесе, установленной на летательном аппарате, при этом получают оцифрованные изображения трех наземных лазерных маяков с известными координатами, осуществляют стабилизацию положения изображений на фотоматрице двух фронтально расположенных на взлетно-посадочной полосе из трех лазерных маяков, определяют координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы. 2 ил.

 

Изобретение относится к навигации и предназначено для определения пространственного положения летательного аппарата относительно земли. Может использоваться как для автономной навигации, так и для работы в комплексе с другими навигационными системами.

Известен способ определения ориентации подвижного объекта по координатам реперных источников (РИ), включающий определение сигналов, соответствующих положению изображения РИ в плоскости фотодетектора, определение углов пеленгов каждого РИ по полученным сигналам с учетом фокусного расстояния объектива и определение координат РИ по данным углов-пеленгов с учетом расстояния между РИ.

Этот способ реализован в устройстве, содержащем реперные источники на подвижном объекте, а на неподвижном - два фотоприемных оптико-локационных блока и блок определения координат РИ и ориентации подвижного объекта, описанный в патенте на изобретение [Патент GB №2002986 А, 8 МПК G01S 13/46, опубл. 28.02.1979].

Недостатком описанного аналога является использование реперных источников с известным расположением на подвижном объекте, а также определение только ориентации подвижного объекта при неизвестном местоположении, что не может обеспечить автоматизацию посадки.

Известен наиболее близкий к заявляемому изобретению способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы и устройство для его осуществления, основанный на приеме излучения трех наземных лазерных маяков посредством цифровой фотокамеры, установленной на борту ЛА и вычислении его координат по координатам маяков на изображении, снимаемом с фотоматрицы, описанный в патенте на изобретение [Патент RU №2347240, 8 МПК G01S 13/46, опубл. 20.02.2009].

Недостатком этого способа является низкое угловое разрешение и большие погрешности измерения координат поскольку для обеспечения видимости маяков при эволюциях ЛА неуправляемая фотокамера используется в короткофокусном режиме. Кроме этого, возникает необходимость обработки движущихся изображений маяков, что также способствует увеличению погрешностей измерения координат ЛА.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения координат ЛА и обеспечение видимости лазерных маяков в широком диапазоне изменения координат ЛА в процессе посадки.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе определения координат летательного аппарата, основанном на получении изображения трех наземных лазерных маяков с известными координатами и вычислении координат летательного аппарата, осуществляют стабилизацию положения изображений на фотоматрице двух фронтально расположенных на взлетно-посадочной полосе из трех лазерных маяков, определяют координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы.

Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют стабилизацию положения изображений на фотоматрице двух фронтально расположенных на взлетно-посадочной полосе из трех лазерных маяков, определяют координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы.

В известном способе определения координат летательного аппарата погрешности измерения например дальности ΔX* имеют обратную зависимость от фокусного расстояния объектива фотокамеры, поэтому малое фокусное расстояние обусловленное необходимостью широкого поля зрения приводит к большим ошибкам измерения координат

где ΔX*, Δz* - погрешности измерения дальности и расстояния между изображениями фронтально расположенных маяков на фотоматрице, L1 - расстояние между фронтально расположенными маяками, F - фокусное расстояние фотообъектива, X - дальность до маяков.

Стабилизация положения изображений на фотоматрице двух фронтально расположенных маяков обеспечивает максимально возможное значение фокусного расстояния для всех дальностей и следовательно меньший уровень погрешностей измерения координат.

На фиг. 1 показана оптическая схема измерения линейных и угловых координат положения ЛА относительно ВПП; M1, М2, М3 - лазерные маяки, R1, R2, R3 - изображения маяков на фотоматрице.

На фиг. 2 показана структура системы стабилизации изображений маяков с цифровым вычислителем 5, кардановым подвесом 4, цифровой фотокамерой 3, в состав которой в свою очередь входят варифокальный фотообъектив 1 и фотоматрица 2.

Принцип измерения координат основан на формировании изображений трех лазерных наземных маяков на ФМ цифровой фотокамеры, обработке оцифрованных изображений с целью определения координат изображений маяков (уk, zk), вычислении линейных и угловых координат ЛА относительно ВПП.

Система координат O'X'Y'Z' подвижная система, связанная с геометрическим центром фотоматрицы. Ось оптическая ось цифровой фотокамеры, - оси симметрии фотоматрицы.

единичные орты связанной системы координат OXYZ;

единичные орты измерительной системы координат ;

единичные орты нормальной системы координат F - фокусное расстояние фотообъектива, м.

Единичные орты связаны между собой известным соотношением

где bij - элементы матрицы направляющих косинусов (В), i=1 … 3, j=1 … 3.

где углы θυ, θψ, θγ - ориентации карданова подвеса относительно связанной системы координат.

Единичные орты связаны между собой соотношением

где αij - элементы матрицы направляющих косинусов (A), i=1 … 3, j=1 … 3.

ψ - угол рыскания, υ - угол тангажа, γ - угол крена ЛА.

Преобразование координат произвольного вектора из связанной системы координат OXYZ в нормальную систему координат осуществляется посредством известного соотношения, учитывающего только взаимное угловое положение систем координат. Связь между старыми и новыми координатами вектора для случая, когда оба базиса являются ортонормированными, задается следующей формулой:

Тогда координаты измерительной и нормальной систем связаны посредством следующего соотношения

Необходимо определить координаты ЛА в нормальной системе координат.

Вектор, описывающий пространственное положение объектива в системе (точка F) относительно n-го маяка обозначим :

где - координаты вектора - искомые координаты вектора (положение объектива в системе ), - координаты n-го маяка в нормальной системе координат.

Спроецируем вектор на оси измерительной системы координат

Вектор в системе координат O'X'Y'Z' выражается следующим образом

Вектора лежат на одной прямой, поэтому должны удовлетворять условию коллинеарности

В скалярном виде это условие перепишется в следующем виде

Поскольку полученные уравнения линейно-зависимы, что легко проверяется, то отбросим первое из них и преобразуем два других, получим

где n=1 … 3.

При наличии шести неизвестных двух полученных уравнений недостаточно для решения задачи об определении местоположения ЛА, поэтому используем три разнесенных лазерных маяка (n=1 … 3), которые не расположены на одной прямой. Таким образом, полученные уравнения связывают шесть неизвестных переменных при этом величины известны.

Полученная система уравнений (6) относительно дальности высоты бокового отклоненияи углов рыскания ψ, крена γ, тангажа υ является нелинейной. Нелинейность вносят коэффициенты матрицы направляющих косинусов, представляющие собой произведения тригонометрических функций рыскания, крена и тангажа, а также произведения коэффициентов матрицы направляющих косинусов на дальность, высоту и боковое отклонение. Система уравнений (6) может быть решена одним из численных методов при условии, что координаты маяков на ВПП известны. Причем наиболее предпочтительным является метод Ньютона-Рафсона, который обеспечивает быструю сходимость.

Слежение за созвездием маяков. Опыт использования камеры видеонаблюдения, размещенной в кардановом подвесе с гироскопической стабилизацией положения камеры, показывает, что значительные дрейфы микромеханических гироскопов приводят к тому, что рама курса оказывается свободно дрейфующей в азимуте, поэтому необходима стабилизация положения изображения объекта интереса на фотоматрице камеры. Кроме этого, погрешности измерения параметров местоположения ЛА существенно зависят от фокусного расстояния фотообъектива, при этом желательно использовать наибольшее фокусное расстояние, а это возможно, если фокусное расстояние регулируется автоматически, обеспечивая его наибольшее значение на этой дальности. Во время посадки объектом интереса является пара фронтально расположенных наземных лазерных маяков (стабилизация положения изображений всех трех маяков возможна только при движении ЛА по единственным образом расположенной прямой траектории), поэтому рассмотрим решение задачи стабилизации изображения пары лазерных маяков на фотоматрице камеры. Величины углов θγ, θψ, θυ снимаются с датчиков углов карданова подвеса, при этом управляющие сигналы для рам карданова подвеса формируются таким образом, чтобы оптическая ось фотокамеры проходила через середину отрезка М1М2. Изображение отрезка М1М2 на фотоматрице - отрезок S1S2 должно совместиться со строкой фотоматрицы. Для обеспечения этих условий вместо сигналов гироскопической стабилизации сформируем три следующих сигнала управления рамами подвеса

где Мγ, Мυ, Mψ - моменты сил в каналах рам крена, тангажа и рыскания, Kγ, Kυ, Kψ - коэффициенты передачи каналов отработки рам крена, тангажа и рыскания.

Важным элементом системы слежения за парой маяков (стабилизации положения изображений) является обеспечение стабильности расстояния между изображениями при изменении дальности до БЛА. Этого можно достигнуть автоматическим изменением фокусного расстояния вариообъектива камеры пропорционально расстоянию до маяков

где KF - коэффициент передачи канала регулирования фокусного расстояния объектива, - расстояние между фронтально расположенными маяками M1 и М2, - заданное значение фокусного расстояния.

Все описанные изменения в схеме карданова подвеса отражены в следующей структуре системы стабилизации изображений маяков, показанные на фиг. 2

Таким образом, наилучшим образом обеспечению измерений местоположения ЛА на посадке отвечает монокулярная система технического зрения, установленная на его борту, причем система стабилизации рам карданова подвеса должна иметь предложенную структуру.

Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы, заключающийся в том, что осуществляют последовательное фотоэкспонирование земной поверхности фотокамерой, размещенной на 3-рамном кардановом подвесе, установленной на летательном аппарате, получают оцифрованные изображения трех наземных лазерных маяков с известными координатами, отличающийся тем, что осуществляют стабилизацию положения изображений на фотоматрице двух фронтально расположенных на взлетно-посадочной полосе из трех лазерных маяков, определяют координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к определению окружения транспортного средства. В заявленном изобретении предусмотрен процессор определения, который при определении действия вождения транспортного средства, движущегося по маршруту, определяет окружение, с которым встречается транспортное средство.

Изобретение относится к способу построения траектории летательного аппарата (ЛА) обхода опасных зон. Для построения траектории по известным координатам начальной и конечной точек пути, направлению скорости ЛА в начальной точке, допустимому радиусу разворота, а также множеству опасных зон определенным образом решают задачу нахождения кратчайшего пути с помощью метода Дейкстры.

Изобретение относится к системам транспортирования транспортного средства. Система управления транспортировкой транспортного средства содержит множество элементов сетки, аналитическую систему и систему управления.

Изобретение относится к способу управления полетами в общем воздушном пространстве беспилотного воздушного судна (БВС). Для осуществления полетов осуществляют регистрацию БВС, включающую регистрационные параметры БВС и основные тестовые технические параметры, которые обеспечивают безопасность выполнения полета.

Группа изобретений относится к системе динамического ведения (отслеживания) положения движущегося (динамического) объекта, способу автоматического управления движущимся устройством, применениям системы и автоматическому транспортному средству, оснащенному такой системой.

Способ управления полетом беспилотного летательного аппарата, который снабжен несимметричным корпусом с носовым радиопрозрачным обтекателем, верхняя и нижняя части поверхности которого образуют его ширину, при этом верхняя часть выполнена выпуклой, а нижняя часть уплощенной, полезной нагрузкой, двигательной установкой и системой управления полетом, включающей рулевые элементы и головку самонаведения с активной фазированной антенной решеткой, закрепленной под носовым радиопрозрачным обтекателем с расположением ее излучающей поверхности параллельно поперечной оси корпуса и наклоном к его продольной оси, основанный на введении координат траектории полета в систему управления полетом и управлении рулевыми элементами в полете для обеспечения траектории полета.

Изобретение относится к способу управления многосекционным рулем летательного аппарата. Для управления многосекционным рулем формируют команды управления каждой секцией для обеспечения требуемых моментов.

Изобретение относится к полуавтономным транспортным средствам. Транспортное средство содержит память, процессор, который, когда исполняет инструкции, сохраненные в памяти, инструктирует транспортному средству: определять, с помощью датчика идентификации водителя, личность водителя, определять, какие полуавтономные функциональные средства помечены для обучения, определять, является ли транспортное средство неподвижным, в ответ на то, что транспортное средство не является неподвижным, предоставлять первую версию аудиовизуального описания и предоставлять вторую версию аудиовизуального описания.
Изобретение относится к области инженерной психологии и служит для облегчения управления регулируемым параметром, высотой полета летательных аппаратов. На общую шкалу совместно с индексом высоты индицируют прогнозирующий индекс, положение которого отличается от индекса высоты и опережает его при совместном перемещении по шкале на сумму величины, пропорциональной вертикальной скорости, с величиной, пропорциональной темпу изменения вертикальной скорости.

Изобретение относится к аварийной или чрезвычайной остановке судна, обеспечиваемой азимутальным движительным агрегатом. Устройство управления для управления по меньшей мере двумя азимутальными движительными агрегатами судна содержит один или более рычагов для отдельного или совместного управления азимутальными движительными агрегатами, элемент активации аварийной остановки для активации процедуры аварийной остановки, после которой выполняется процедура аварийной остановки, при которой ориентация и движительная скорость азимутальных движительных агрегатов регулируются до тех пор, пока скорость хода судна по меньшей мере не уменьшится с момента активации процедуры аварийной остановки.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в системах пассивной радиолокации и радиотехнического наблюдения для однопозиционного определения скоростей, координат и траекторий перемещающихся в пространстве радиоизлучающих объектов (РИО).

Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и предназначено для применения в оптико-электронных системах для определения координат объектов в реальном масштабе времени по их цифровым изображениям.

Изобретение относится области электротехники для наблюдения за соблюдением правил техники безопасности сотрудниками. Технический результат направлен на расширение арсенала средств того же назначения.

Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за малоразмерными объектами.

Изобретение относится к способам определения координат источников электромагнитных излучений с помощью средств космического базирования путем регистрации и измерения поляризационных характеристик регистрируемого излучения.

Изобретение относится к испытаниям транспортных средств. Способ определения средней скорости движения транспортного средства заключается в перемещении транспортного средства по поверхности в неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью опорной поверхности с коэффициентом суммарного сопротивления движению.

Изобретение относится к разностно-дальномерным способам определения координат импульсных источников ионизирующих и электромагнитных излучений. Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения источника рентгеновского излучения, устранение зависимости измерений от метеоусловий.

В устройстве определения дальности и направления осуществляется его упрощение без уменьшения точности определения направлении благодаря введению повернутой узконаправленной антенны, отражателя, второго приемника, амплитудного селектора, блока определения малого временного интервала, вычислителя и датчика расстояния между антенной с отражателем, при этом повернутая узконаправленная антенна жестко связана с широконаправленной антенной, имеет электромагнитный вход, связанный с электромагнитным выходом отражателя, и имеет выход, соединенный через второй приемник, амплитудный селектор с первым входом блока определения малого временного интервала, имеющего второй вход и группу выходов, соответственно соединенные с выходом приемника и с первой группой входов вычислителя, имеющего вторую группу входов, соединенную с группой выходов преобразователя дальности, и имеющего третью группу входов, соединенную с группой выходов датчика расстояния между отражателем и повернутой узконаправленной антенной, и имеющего группу выходов, соединенную с группой входов индикатора.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для автоматизации процесса измерения параметров положения вертолета на посадке и оценить пригодность подстилающей земной поверхности для безопасной посадки в автоматическом режиме.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в системах пассивной радиолокации, радиопеленгации и радиотехнического наблюдения для однопозиционного определения направления и скорости движения в пространстве радиоизлучающих объектов (РИО), селекции их по скорости, а также определения местоположения и траекторий движения.

Группа изобретений относится к области вооружения с использованием БПЛА, к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения, с использованием энергии от первичных или вторичных элементов.

Изобретение относится к способу определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы. Способ заключается в последовательном фотоэкспонировании земной поверхности фотокамерой, размещенной на 3-рамном кардановом подвесе, установленной на летательном аппарате, при этом получают оцифрованные изображения трех наземных лазерных маяков с известными координатами, осуществляют стабилизацию положения изображений на фотоматрице двух фронтально расположенных на взлетно-посадочной полосе из трех лазерных маяков, определяют координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы. 2 ил.

Наверх