Устройство для измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата

Изобретение относится к устройству для автоматического определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Устройство содержит лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности. На выходе приемника введен коммутатор, первый выход которого соединен со входом многоканального накопителя, а на втором выходе коммутатора введены последовательно включенные блок временной фиксации и блок интерполяции, связанный с тактовым генератором, а управляющий вход коммутатора связан с бортовой системой управления полетом ЛА. Технический результат изобретения заключается в обеспечении измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой области, где необходимо определить скорость движущегося объекта и расстояние до него, в частности, для контроля рельефа подстилающей поверхности и управления режимом посадки летательного аппарата.

Известен лазерный дальномер, содержащий лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения и измеритель дальности на основе измерителя временного интервала между зондирующим и отраженным целью импульсами [1].

Недостатком этого дальномера является недостаточная дальность действия при использовании полупроводникового лазера в качестве передатчика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является лазерный дальномер с некогерентным накоплением отраженного сигнала [2], содержащий лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности.

При использовании такого устройства в качестве бортового высотомера летательного аппарата (ЛА) данное устройство позволяет проводить измерения значительных высот [4], но не обладает возможностью измерения вертикальной составляющей скорости ЛА в режимах его взлета и посадки.

Задачей изобретения является обеспечение измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения.

Указанная задача решается за счет того, что в известном устройстве для измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата, содержащем лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности, на выходе приемника введен коммутатор, первый выход которого соединен со входом многоканального накопителя, а на втором выходе коммутатора введены последовательно включенные блок временной фиксации и блок интерполяции, связанный с тактовым генератором, а управляющий вход коммутатора связан с бортовой системой управления полетом ЛА.

Система управления полетом ЛА может представлять собой автономную систему управления со встроенной системой навигации, например спутниковой, и задатчиком программы полета, выход которого связан с входом блока переключения режимов.

Система управления полетом ЛА может также представлять собой систему радиоуправления, связанную с наземным командным пунктом.

На фиг. 1 представлена схема устройства с автономной системой управления. На фиг. 2 - с системой радиоуправления.

Устройство содержит передатчик 1 и приемник 2, подключенный к коммутатору 3 с двумя выходами. На одном из выходов коммутатора включен многоканальный накопитель 4, связанный с измерителем дальности и скорости 5. На втором выходе коммутатора 3 включен блок временной фиксации 6, связанный с блоком интерполяции 7. Блок интерполяции и измеритель дальности синхронизируются времязадающим тактовым генератором 8. Блок переключения режимов 9 управляется от системы управления 10. Система управления может быть автономной (фиг. 1). В этом случае она состоит из системы навигации 11 (спутниковой, инерциальной, оптико-электронной и т.п.) и задатчика программы полета 12. В другом варианте (фиг. 2) система управления представляет собой систему радиоуправления 13, связанную с наземным командным пунктом. Управление режимами измерителя высоты и скорости осуществляется блоком управления 14.

При взлете ЛА коммутатор 3 переключает выход приемника 2 на вход блока временной фиксации 6. Затем производят серию зондирований подстилающей поверхности. Каждому i-му зондирующему импульсу передатчика 1 соответствует сигнал на выходе приемника, задержанный на время распространения света при его распространении между передатчиком, земной поверхностью и приемником. Величина этой задержки tj определяется блоком временной фиксации и по ней определяется высота Ri по формуле Ri=c·ti/2, где c - скорость света. По окончании серии производят линейную интерполяцию результатов измерений в виде

где R(t) - текущая дальность до объекта; t - текущее время; V - оценка скорости; R0 - оценка дальности до объекта при t=0. Значения R0 и V можно определить методом наименьших квадратов по формулам [6]

где

R0 - оценка дальности до объекта в момент времени t=0;

V - оценка скорости объекта;

Ri=c·ti/2 - результат измерения дальности до объекта в i-м зондировании;

Ti - моменты времени, в которые произведены замеры дальности Ri;

c - скорость света,

m - количество замеров дальности в серии,

ti - задержка между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения в i-м зондировании.

В штатном полете - система управления по команде задатчика программы полета 12 или по команде с наземного командного пункта, переданной через систему радиоуправления 13, переводит устройство в режим некогерентного накопления [2]. При этом блок переключения режимов 9 с помощью коммутатора 3 переключает выход приемника 2 на вход многоканального накопителя 4, синхронизируемого тактовым генератором 8. Накопление принимаемых сигналов продолжается до тех пор, пока не будет зафиксировано наличие отраженного сигнала. Измеритель дальности и скорости 5 анализирует массив накопленных данных, определяя положение накопленного массива относительно временной шкалы по заданному критерию [2], например по положению центра тяжести накопленного массива данных [3] или максимуму корреляционной функции , где j - порядковый номер ячейки дальности; Pmax - максимальное число ячеек дальности, соответствующее диапазону измерения дальности; {S0j} - массив выборочных значений зондирующего импульса; {Sj} - массив накопленных значений принятых реализаций; p - текущее количество шагов при пошаговом сдвиге {Sj}. Дальность R до объекта определяется по формуле R=cPΔt/2, где c - скорость света; P - номер ячейки дальности, соответствующий положению накопленного массива; Δt - длительность тактового интервала. Скорость V в этом случае может быть определена как относительное приращение высоты R за период T между k-м и (k-1) измерениями:

.

При посадке ЛА подается сигнал с автономного задатчика программы полета 10 или системы радиоуправления 13 на блок переключения режимов 9 и блок управления 14. После этого выход приемника 2 вновь переключается на вход блока временной фиксации 6, и блок интерполяции 7 определяет траекторию ЛА согласно выражениям (1)-(3). Время t в выражении (1) может быть привязано к окончанию процесса измерений или экстраполировать результат измерения вперед вплоть до приземления ЛА. Данное изобретение позволяет:

- Увеличить измеряемую высоту летательного аппарата до 1000-2000 м.

- Уменьшить минимальную измеряемую высоту до 2 м.

- Обеспечить минимальный период обновления информации порядка 1 с на больших высотах и до 0,1 c - на малых.

- Обеспечить минимальную ошибку измерения скорости 0,01-0,1 м/с в зависимости от длительности серии зондирований и количества замеров в серии.

- Интерполировать результаты к любому моменту периода измерений или экстраполировать их на заданное время вперед.

Эти выводы подтверждены испытаниями макетных образцов высотомера-скоростемера [5, 6]. Тем самым подтверждено решение поставленной задачи - обеспечение измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения.

Источники информации

1. В.А. Смирнов «Введение в оптическую радиоэлектронику». Изд. «Советское радио», Москва, 1973 г., С. 189.

2. В.Г. Вильнер и др. Оценка возможностей светолокационного измерителя дальности с накоплением. - Фотоника, 2007, №6, с. 22-26. - прототип.

3. Способ светолокационного определения дальности. Патент РФ №2390724.

4. Способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта. Патент РФ №2378705.

5. Малогабаритный лазерный высотомер ДЛ-5М. Фотоника №3, 2013 г., с. 55.

6. В.Г. Вильнер и др. Пути достижения предельной точности лазерного скоростемера. - «Мир измерений» №7, 2010 г., с. 17-21.

1. Устройство для измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата, содержащее лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности, отличающееся тем, что на выходе приемника введен коммутатор, первый выход которого соединен со входом многоканального накопителя, а на втором выходе коммутатора введены последовательно включенные блок временной фиксации и блок интерполяции, связанный с тактовым генератором, а управляющий вход коммутатора связан с бортовой системой управления полетом ЛА.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система управления полетом ЛА представляет собой автономную систему управления со встроенной системой навигации, например инерционной, и задатчиком маршрута, выход которого связан с входом блока переключения режимов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система управления полетом ЛА представляет собой систему радиоуправления, связанную с наземным командным пунктом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам обеспечения безопасности дорожного движения, а именно к системам автоматизированного мониторинга транспортного потока. Система содержит, по меньшей мере, два регистратора, каждый из которых включает блок получения информации и блок обработки и хранения информации, соединенные каналом связи.

Комплекс содержит видеокамеру (1), радар (2), блок управления и обработки данных (3) с программным обеспечением для обработки получаемой информации, распознавания знаков государственной регистрации и формирования фотокадров с измеренными скоростями и номерными знаками.

Изобретение предназначено для определения скорости движения транспортного средства с одновременной его идентификацией, осуществляемой с использованием радиоволн.

Изобретение относится к средствам определения скорости транспортных средств. Техническим результатом является повышение точности определения скорости транспортного средства посредством обеспечения ее определения относительно дороги, по которой движется транспортное средство.

Изобретение относится к области регулирования дорожного движения. Нерегулируемый пешеходный переход состоит из пешеходной дорожки на проезжей части автодороги, обозначенной по краям на тротуарах дорожными знаками.

Изобретение относится к области контроля движения дорожного транспорта, а именно к способам регистрации нарушений правил дорожного движения (ПДД) с использованием видеокамер.

Изобретение относится к технике телеметрического контроля скорости транспортных средств (ТС). .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для определения расстояния до движущегося транспортного средства, а также для определения высоты подвеса номерной пластины ГРЗ на транспортном средстве.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для контроля движения на дорогах, для контроля нарушения скоростного режима транспортными средствами, движущимися в плотном потоке.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для определения скоростей движения транспортных средств с одновременной их идентификацией, что осуществляется с использованием радиоволн.

Изобретение относится к способу определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Способ включает в себя многократное зондирование объекта импульсами лазерного излучения, прием и регистрацию отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, образующим ячейки дальности, и статистическую обработку зарегистрированных данных.

Изобретение относится к измерительной технике определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Устройство обеспечивает возможность работы в двух режимах.

Изобретение относится к способу определения высоты летательного аппарата. При реализации способа осуществляется N-кратное зондирование подстилающей поверхности импульсами лазерного излучения и его некогерентное накопление принятого отражённого от объекта сигнала.

Изобретение относится к области построения доплеровских лидаров и лазерных доплеровских измерителей скорости, предназначенных для измерения скорости ветра и выявления турбулентных процессов в атмосфере.

Изобретение относится к лазерной технике и может использоваться при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, корректировке траектории полета самонаводящихся снарядов и ракет, проводке судов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к области оптической локации и предназначено для поиска, обнаружения и автоматического сопровождения воздушных объектов, имеющих оптический контраст, с определением их пространственных координат.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и, в частности, к способам формирования электронного изображения окружающего пространства при его круговом сканировании оптическими системами с фотоприемными устройствами (ФПУ) и может быть использовано при создании сканирующих устройств кругового обзора в системах обнаружения и распознавания объектов.

Изобретение относится к области построения оптической части - доплеровских лидаров, предназначенных для измерения скорости ветра и выявления турбулентных процессов в атмосфере, а именно к вопросу формирования опорного сигнала, необходимого для получения интерференционного сигнала доплеровской частоты.

Изобретение относится к способу определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Способ включает в себя многократное зондирование объекта импульсами лазерного излучения, прием и регистрацию отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, образующим ячейки дальности, и статистическую обработку зарегистрированных данных.

Изобретение относится к устройству для автоматического определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Устройство содержит лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности. На выходе приемника введен коммутатор, первый выход которого соединен со входом многоканального накопителя, а на втором выходе коммутатора введены последовательно включенные блок временной фиксации и блок интерполяции, связанный с тактовым генератором, а управляющий вход коммутатора связан с бортовой системой управления полетом ЛА. Технический результат изобретения заключается в обеспечении измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх