×
02.10.2019
219.017.cf38

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ОТНОСИТЕЛЬНО ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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.
Реферат Свернуть Развернуть

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.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 244.
25.08.2017
№217.015.9bc8

Способ определения координат наземного источника радиоизлучения при радиопеленговании с борта летательного аппарата

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения координат наземных источников радиоизлучения (ИРИ) при радиопеленговании с борта летательного аппарата (ЛА). Достигаемый технический результат - повышение точности определения координат наземных ИРИ и снижение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610150
Дата охранного документа: 08.02.2017
25.08.2017
№217.015.bb52

Способ управления приемниками воздушного давления

Изобретение относится к способу управления приемниками воздушных давлений (ПВД). Для управления ПВД выявляют неисправный ПВД путем измерения полного и статического давлений основного и резервного ПВД, определяют модули разности полного и статического давлений соответственно для основного и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615813
Дата охранного документа: 11.04.2017
25.08.2017
№217.015.bf3b

Способ определения расстояния до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором

Изобретение относится к методам определения расстояния с использованием пеленгатора, размещенного на носителе, выполняющего движение в направлении источника радиоизлучения, в интересах снижения погрешности определения координат. Достигаемый технический результат – снижение погрешности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617210
Дата охранного документа: 24.04.2017
25.08.2017
№217.015.bf46

Способ формирования маршрута носителя пеленгатора

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в бортовой пассивной РЛС и автоматической системе управления самолета. Достигаемый технический результат - формирование маршрута носителя пеленгатора, определяющего местоположение излучателя, при котором достигается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617127
Дата охранного документа: 21.04.2017
25.08.2017
№217.015.bfc3

Устройство адаптивной маскировки объектов

Изобретение предназначено для маскировки стационарных или движущихся объектов с помощью адаптивных маскировочных устройств, работающих в оптическом диапазоне длин волн. Устройство адаптивной маскировки объектов содержит последовательно соединенные цифровую камеру с выносным объективом, ЭВМ,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617157
Дата охранного документа: 21.04.2017
25.08.2017
№217.015.c160

Способ определения дальности до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором

Изобретение относится к методам определения дальности с использованием пеленгатора, размещенного на носителе, выполняющего движение в направлении источника радиоизлучения, в интересах снижения погрешности определения координат. Достигаемый технический результат – снижение погрешности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617447
Дата охранного документа: 25.04.2017
25.08.2017
№217.015.c5b9

Фазовый пеленгатор

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в радиомониторинге при поиске источников радиоизлучения на ограниченной территории и в помещениях, например, специальных электронных устройств перехвата информации. Достигаемый технический результат изобретения - обеспечение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618522
Дата охранного документа: 04.05.2017
25.08.2017
№217.015.c61d

Способ буксировки самолетов с использованием малогабаритного буксировщика с дистанционным управлением

Изобретение относится к наземному обеспечению воздушных судов, в частности к их буксированию. Способ буксировки реализуется использованием малогабаритного буксировщика с дистанционным управлением, включающего рампу (8) механизма подъема и фиксации колес передней стойки воздушного судна и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618611
Дата охранного документа: 04.05.2017
25.08.2017
№217.015.cb3f

Способ измерения задержки радиосигналов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах радиолокации, навигации, связи для определения местоположения излучателей и синхронизации. Достигаемый технический результат - расширение области применения способа на класс непрерывных радиосигналов. Указанный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620131
Дата охранного документа: 23.05.2017
25.08.2017
№217.015.cb48

Способ амплитудного двухмерного пеленгования

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в наземных и авиационных радиотехнических системах для всеракурсного определения направления на источники радиоизлучений. Достигаемый технический результат – обеспечение двухмерного всеракурсного пеленгования одновременно в двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620130
Дата охранного документа: 23.05.2017
Показаны записи 1-10 из 25.
27.04.2013
№216.012.3bb1

Способ автоматического управления движением транспортных средств на перекрестке и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области управления движением транспортных средств (ТС) на участках пересечений автодорог на одном уровне и предназначено для использования при создании безлюдных междугородних транспортных автомагистралей. Перекресток представляет собой пересечение однорядных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480842
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.07.2014
№216.012.db82

Способ измерения положения дорожно-строительной машины

Изобретение относится к определению местоположения с использованием нескольких разнесенных источников излучения. Достигаемый технический результат - автоматизация процесса, повышение точности измерения. Указанный результат достигается за счет того, что по сигналам трех лазерных маяков,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521972
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.10.2014
№216.012.fc76

Способ определения положения транспортного средства относительно пунктирной линии дорожной разметки

Изобретение относится к навигации, а именно к системам определения положения объекта без использования отражения или вторичного излучения и может быть использовано для автоматического управления боковым движением транспортных средств или предупреждения водителей о нарушении режима движения в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530476
Дата охранного документа: 10.10.2014
27.01.2015
№216.013.203f

Способ точной посадки беспилотного летательного аппарата

Изобретение относится к области способов посадки беспилотных летательных аппаратов (БЛА) и может быть использовано при решении задачи обеспечения точной автоматической посадки БЛА самолетной конструкции на площадку малых размеров. В способе выполняют посадку БЛА в улавливающую сеть, причем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539703
Дата охранного документа: 27.01.2015
20.04.2015
№216.013.41e4

Способ определения местоположения и углов ориентации летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы

Изобретение относится к системам оптической навигации, в частности, с использованием лазерных и оптических источников и может быть использовано для обеспечения посадки летательных аппаратов, движения судов, дорожно-строительной, сельскохозяйственной техники и автомобильного транспорта....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548366
Дата охранного документа: 20.04.2015
27.05.2015
№216.013.4f47

Устройство управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров системой

Изобретение относится к современным пилотажно-навигационным комплексам летательных аппаратов и их бортовой аппаратуре. Технический результат - повышение эффективности функционирования резервированной системы с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551813
Дата охранного документа: 27.05.2015
20.09.2015
№216.013.7dc9

Устройство восстановления работоспособности резервированной системы с помощью мажоритарных элементов

Изобретение относится к системам радиоавтоматики и автоматического управления, резервированных с помощью мажоритарных элементов. Технический результат - повышение вероятности безотказной работы. Устройство восстановления работоспособности системы, резервированной с помощью мажоритарных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563798
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.11.2015
№216.013.8fa8

Устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой

Изобретение относится к современным пилотажно-навигационным комплексам (ПНК) летательных аппаратов (ЛА) и их бортовой аппаратуре и предназначается в основном для формирования сигналов управления резервированными с помощью мажоритарных элементов системами радиоавтоматики и системами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568392
Дата охранного документа: 20.11.2015
27.04.2016
№216.015.38fd

Формирователь последовательности разнополярных прямоугольных импульсов с изменяемой длительностью и интервалом

Изобретение относится к импульсной технике. Техническим результатом является обеспечение возможности формирования последовательности двух разнополярных прямоугольных импульсов, изменения их длительности и интервала между ними в пределах от сотен миллисекунд до единиц-десятков-сотен секунд путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582553
Дата охранного документа: 27.04.2016
13.01.2017
№217.015.8a35

Способ резервирования систем и устройство его реализации

Группа изобретений относится к области вычислительной техники и может быть использована в сложных радиотехнических комплексах, автоматизированных системах управления. Техническим результатом является повышение надежности. Устройство содержит рабочий элемент, элементы сравнения, суммирующее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604335
Дата охранного документа: 10.12.2016
+ добавить свой РИД