Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы

Изобретение относится к навигации и может быть использовано для автоматического управления посадкой летательного аппарата, коррекции инерциальных навигационных систем на стартовой позиции в процессе взлета. Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы основан на приеме двумя разнесенными цифровыми фотокамерами сигналов по меньшей мере трех лазерных маяков с известными координатами, не лежащих на одной прямой и установленных на взлетно-посадочной полосе. При этом осуществляют субпиксельную обработку оцифрованных изображений, снимаемых с фотоматриц, в результате чего определяют координаты центров яркости изображений лазерных маяков и вычисляют координаты лазерных маяков относительно летательного аппарата, с использованием которых вычисляют матрицу направляющих косинусов, углы ориентации и координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения точности измерения параметров положения летательного аппарата. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к навигации и может быть использовано для автоматического управления посадкой летательного аппарата (ЛА), коррекции инерциальных навигационных систем ЛА на стартовой позиции в процессе взлета.

Известен способ определения положения ЛА в пространстве с помощью оптического навигационного устройства, реализованный в патенте РФ на изобретение [Патент RU 2083444, 8 МПК B64F 1/20, опубл. 10.07.1997], который состоит в формировании трех цветовых зон в окрестности посадочной траектории и визуальном восприятии летчиком излучения в заданной длине волны, по которой определяется положение ЛА относительно створа взлетно-посадочной полосы (ВПП). Каждый из лазерных маяков создает две непересекающихся (прилегающих) цветовые зоны. Первый маяк формирует желтую и зеленую зоны, а второй маяк - зеленую и красную. Излучение маяков направляют так, чтобы линии прилегания цветовых зон первого и второго маяков были параллельны оси ВПП, при этом формируется центральная зона зеленого цвета - створная полоса, и две боковых зоны желтого и красного цветов соответственно.

Недостатками этого способа являются:

низкая информативность, проявляющаяся в определении только одного параметра - бокового отклонения от оси ВПП;

низкая точность, обусловленная неопределенным положением ЛА в пределах каждой цветовой зоны излучения;

визуальная оценка летчиком положения ЛА, что приводит к необходимости участия человека в контуре управления самолетом, при этом автоматическая посадка невозможна.

Известен способ определения местоположения и углов ориентации летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы [Патент RU 2378664 А, 8 МПК G01S 11/00, опубл. 10.01.2010], основанный на формировании области излучения посадочной траектории посредством двух лазерных маяков, приеме сигналов от источников излучения посредством двух бортовых разнесенных цифровых фотокамер и вычислении местоположения ЛА относительно ВПП,

Недостатками этого способа являются:

Информационная недостаточность системы, что связано с применением двух маяков, поскольку два маяка принципиально не позволяют определять положение твердого тела (в нашем случае земли), например, любое вращение ЛА вокруг оси проходящей через два маяка не изменяет положения изображений маяков на фотоматрицах, при этом координаты ЛА относительно ВИИ могут меняться существенным образом.

Низкая точность измерения параметров положения летательного аппарата, обусловленная дискретным представлением изображения ВИИ посредством цифровой фотокамеры.

Технический результат при использовании изобретения заключается в повышении информативности, что достигается применением трех разнесенных лазерных маяков не лежащих на одной прямой. Повышение точности измерения координат ЛА относительно ВИИ и углов его ориентации, достигается за счет использования субпиксельной обработки изображений трех наземных лазерных маяков, снимаемых с двух цифровых фотокамер и вычислителя, алгоритм которого не содержит упрощений, приводящих к методическим погрешностям измерений.

Указанный технический результат изобретения достигается тем, что в способе определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы, основанном на приеме сигналов лазерных маяков с известными координатами, двумя разнесенными цифровыми фотокамерами, определении координат лазерных маяков на фотоматрицах и вычислении с их использованием координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы, принимают сигналы по меньшей мере трех лазерных маяков, не лежащих на одной прямой, осуществляют субпиксельную обработку оцифрованных изображений снимаемых с фотоматриц, в результате чего определяют координаты центров яркости изображений лазерных маяков и вычисляют координаты лазерных маяков относительно летательного аппарата, с использованием которых вычисляют матрицу направляющих косинусов, углы ориентации и координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы.

Сущность изобретения состоит в том, что осуществляется:

прием сигналов трех одинаковых лазерных маяков с известными координатами относительно ВПП, не лежащих на одной прямой;

субпиксельная обработка оцифрованных изображений снимаемых с фотоматриц, в результате чего определяются координаты центров яркости изображений лазерных маяков;

вычисление координат лазерных маяков относительно летательного аппарата;

вычисление матрицы направляющих косинусов, углов ориентации и координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы.

Известные алгоритмы субпиксельной обработки изображений описаны в работе [Визильтер Ю.В. Обработка и анализ изображений в задачах машинного зрения. М: Физматгиз, 2010. С. 249.], которые основаны на использовании метода наименьших квадратов либо корреляционного анализа, оба требуют значительных вычислительных ресурсов процессора, что очень нецелесообразно для обработки в реальном времени. Более экономичный в вычислительном отношении алгоритм субпиксельного определения координат изображения маяка на фотоматрице основан на определении центра функции яркости. Изображение маяка на фотоматрице представляет собой фигуру, близкую к кругу, диаметром десятки пикселов, причем это изображение формируется при наличии шумов фотоматрицы, накладываемых на собственно изображение, полученное посредством фотообъектива. Структура реального изображения представлена в виде графиков изменения яркости сигналов R(i,jo) - в зависимости от номера пиксела по строке на фиг. 1 и R(io,j) - по столбцу на фиг. 2, где обозначено:

io, jo - координаты центрального пиксела изображения маяка;

W - внутренняя область изображения маяка, удовлетворяющая условию R(i,j)≥Rnop;

V - внешняя область изображения маяка, удовлетворяющая условию R(i,j)<Rnop, при этом внешней границей области V является окружность радиусом равным диаметру внутренней границы области V; R(i,j) - яркость пикселов в зависимости от номера строки i и столбца j;

- пороговое значение функции яркости;

Iвн - число пикселов во внутренней области W изображения маяка;

Iвнеш - число пикселов во внешней области V изображения маяка;

Центр функции яркости изображения маяка определяется подобно тому, как вычисляется центр массы объемного тела [Справочник по математике для учащихся втузов. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А.М.: Наука, 1981. С. 332].

где r - размер пиксела, - интегральная яркость изображения области W.

Углы ориентации и координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы определяются путем применения трех наземных маяков и бортовой системы технического зрения при этом, координаты маяков относительно ВПП известны, а алгоритм вычисления состоит в последовательном применении соотношений (2), (3), (4), (5) и (1) [Авиакосмическое приборостроение, 2011 г. №3, С. 23].

Техническая реализация предложенного способа в настоящее время возможна, например с использованием следующих компонентов:

цифровая фотокамера - XSW-640 SWIR OEM (производства фирмы Xenics);

лазерный излучатель - ЛПИ-120 (АО «НИИ «ПОЛЮС» им. М.Ф. СТЕЛЬМАХА»);

цифровой вычислитель - Эльбрус-8с (ЗАО «МЦСТ», г. Москва).

1. Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы, основанный на приеме сигналов лазерных маяков с известными координатами, установленных на взлетно-посадочной полосе, двумя разнесенными цифровыми фотокамерами, определении координат лазерных маяков на фотоматрицах и вычислении с их использованием координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы, отличающийся тем, что принимают сигналы по меньшей мере трех лазерных маяков, не лежащих на одной прямой, осуществляют субпиксельную обработку оцифрованных изображений, снимаемых с фотоматриц, в результате чего определяют координаты центров яркости изображений лазерных маяков и вычисляют координаты лазерных маяков относительно летательного аппарата, с использованием которых вычисляют матрицу направляющих косинусов, углы ориентации и координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы.

2. Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы по п. 1, отличающийся тем, что субпиксельная обработка оцифрованных изображений заключается в определении центра яркости изображения маяка.



 

Похожие патенты:

Система автоматического управления самолетом при снижении на этапе стабилизации высоты круга содержит навигационно-измерительный комплекс, два масштабных блока, пять сумматоров, два нелинейных блока, интегратор, блок перемножения сигналов, перегрузочный автомат продольного управления, рулевой привод, руль высоты, два ключа, задатчик высоты круга, датчик скорости полета самолета, блок логики, соединенные определенным образом.

Группа изобретений относится к системе и способу предотвращения нарушений правил полетов беспилотными летательными аппаратами (БПЛА). Система содержит наземный центр контроля, наземные средства обнаружения подозреваемого БПЛА, БПЛА-перехватчик, содержащий бортовые средства обнаружения и средства захвата подозреваемого БПЛА.

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 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.

Изобретение относится к радиосвязи. Способ для контроля состояния летательного аппарата содержит отправку из модуля вывода в системе контроля летательного аппарата запроса контракта на передачу отчетов в авиационную электронику летательного аппарата.

Изобретение относится к способу оценивания пилотирования самолета летчиком на этапе перед касанием при посадке. Для оценивания пилотирования регистрируют параметры самолета и действий летчика штатным бортовым устройством регистрации и передают их в наземное устройство автоматизированной обработки полетной информации, формируют массив данных значений высоты и вертикальной скорости, определяют зависимость скорости снижения от высоты в определенные моменты времени, производят оценку качества пилотирования для каждой посадки в соответствии с принятыми нормативными значениями.

Группа изобретений относится к двум системам и способу сопровождения для летательных аппаратов. Каждая из систем содержит два блока связи, один из которых установлен на первом летательном аппарате, а второй блок связи на втором летательном аппарате.

Изобретение относится к области техники связи и предназначено для обеспечения независящей от положения передачи и приема данных широкофюзеляжным пассажирским самолетом, Изобретение охарактеризовано следующими шагами: установка по меньшей мере одной антенны (16), которая выполнена для коммуникации с летающим коммуникационным хабом (22), в пассажирском самолете (10) в области вблизи окна, передача и/или прием данных между по меньшей мере антенной (16) и летающим коммуникационным хабом (22) во время полета и передача данных внутри самолета (10) между антенной (16) и связанным с антенной (16) устройством (20) маршрутизации.

Изобретение относится к способам определения плановой траектории полета воздушного транспортного средства возле цели. Вычислительное устройство содержит интерфейс связи для приема значения расстояния удаленности до цели, которое обозначает расстояние от цели в точке на плановой траектории полета транспортного средства возле цели.

Группа изобретений относится к двум вариантам аэродрома, двум вариантам способа обеспечения летного поля аэродрома, способу управления движением воздушных судов на летном поле аэродрома.

Изобретение относится к способам фото и видеосъемки, а именно к оптическим стереоскопическим способам определения местонахождения объекта в окружающем пространстве, включающим определение расстояний до интересующих объектов, а при необходимости и координат.

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в лазерных локационных системах, системах оптико-электронного противодействия, а также системах защиты оптико-электронных средств от мощного лазерного излучения.

Изобретение относится к области оптико-электронных систем (ОЭС) и может быть использовано для панорамного обзора пространства при наблюдении с высоким угловым разрешением объектов, характеризующихся значительной линейной протяженностью, типа взлетно-посадочные полосы, автомобильные трассы, участки границ и т.д.

Изобретение может быть использовано в системах лазерной локации для определения местонахождения объектов в пространстве. Сущность изобретения заключается в осуществлении пространственной обработки двух последовательно получаемых матричным фотоприемным устройством изображений принятых отраженных излучений, имеющих общую перекрываемую область.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может использоваться в обзорно-поисковых оптико-электронных системах лазерной локации. Способ и устройство подавления оптико-электронных средств и автоматизированного определения координат малых беспилотных воздушных судов, основанные на определении угловых значений местонахождения малого беспилотного воздушного судна по азимуту и углу места относительно устройства.

Изобретение относится к области измерения расстояний. Способ определения дальности до движущегося воздушного объекта методом пассивной локации включает получение оптического изображения движущегося воздушного объекта; преобразование полученного изображение в цифровое; распознавание изображения по оцифрованному изображению, определение параметров изображения с учетом проекционных искажений; определение дальности до движущегося объекта как произведение фокусного расстояния оптической системы на соотношение фактического линейного размера к длине изображения движущегося воздушного объекта с учетом проекционных искажений.

Способ поиска оптических и оптико-электронных приборов основан на использовании дистанционно пилотируемого аппарата, который осуществляет сканирование зоны поиска по определенной траектории.

Изобретение относится к нашлемным системам целеуказания и индикации и предназначено для работы во всех режимах боевого применения пилотов днем и ночью. Заявленная нашлемная система целеуказания и индикации содержит систему меток, нашлемное визирное устройство, соединенное с блоком управления формированием индикации и обработки информации, связанным с камерой наблюдения, имеющей жесткую фиксацию.

Изобретение относится к области сравнения цифровых изображений. Технический результат – повышение оперативности сравнения пар цифровых изображений наблюдаемых сцен.

Группа изобретений относится к средствам отслеживания пассажиров на аттракционе. Технический результат заключается в расширении арсенала средств.

Оптическая система посадки вертолета на корабельную взлетно-посадочную площадку содержит светосигнальную систему, состоящую из индикатора глиссады, индикатора курса, указателя истинного горизонта, индикатора истинной вертикали и вертикального перемещения, размещенных на надстройках корабля, размещенного на корме корабля оптического индикатора дальности в виде комбинации источников оптического излучения, размещенных на заданных расстояниях друг от друга.

Изобретение относится к навигации и может быть использовано для автоматического управления посадкой летательного аппарата, коррекции инерциальных навигационных систем на стартовой позиции в процессе взлета. Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы основан на приеме двумя разнесенными цифровыми фотокамерами сигналов по меньшей мере трех лазерных маяков с известными координатами, не лежащих на одной прямой и установленных на взлетно-посадочной полосе. При этом осуществляют субпиксельную обработку оцифрованных изображений, снимаемых с фотоматриц, в результате чего определяют координаты центров яркости изображений лазерных маяков и вычисляют координаты лазерных маяков относительно летательного аппарата, с использованием которых вычисляют матрицу направляющих косинусов, углы ориентации и координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения точности измерения параметров положения летательного аппарата. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх