Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла



Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла
Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла
Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла
Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла
Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла
Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла
Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла
Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла
Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла

 


Владельцы патента RU 2563607:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU)

Способ измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата (ЛА) заключается в многократном зондировании объекта импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты. При этом в рабочем режиме полета для определения дальности до объекта используют режим некогерентного накопления. В режимах взлета и посадки отключают режим некогерентного накопления и используют моноимпульсный режим измерения дальности и скорости. Технический результат 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, 3 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 способ определения дальности до удаленного объекта путем зондирования его лазерным импульсом, приема отраженного объектом импульса излучения и определения временного интервала между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного объектом импульса, по которому судят о дальности до объекта [1].

Недостатком этого способа является невозможность измерения скорости цели.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта [2], заключающийся в многократном зондировании объекта импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, разделяющим время на нумерованные тактовые интервалы, отсчитываемые от момента излучения зондирующего импульса и образующие тем самым ячейки дальности, и статистической обработке зарегистрированных данных. Согласно указанному способу производят многократное моноимпульсное зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала ti между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения, при каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени Ti, в которые производят посылки лазерных импульсов, и измеренных интервалов ti в серии n зондирований и определяют скорость объекта по формуле:

,

где

V - скорость объекта;

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

с - скорость света,

задают момент времени T*, к которому должен быть привязан отсчет дальности, и определяют значение дальности до объекта в этот момент по формуле:

R*=R0+V(T*-T1),

где

R* - результат определения дальности до объекта в момент времени Т*;

;

При использовании этой процедуры для измерения параметров траектории летательного аппарата (ЛА) она реализуема только на малых и средних высотах полета ЛА, поскольку требует достоверности измерений при каждом зондировании объекта. Портативные измерители дальности и скорости не обладают достаточным энергетическим потенциалом для проведения таких измерений на больших высотах. При большой дальности до объекта величина принимаемого сигнала становится соизмеримой с амплитудой шумов и прием каждого отраженного импульса с заданной вероятностью становится невозможным. В этом случае измерение скорости по указанному алгоритму приводит к недостоверным результатам.

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 способе измерения высоты и/или вертикальной скорости ЛА, заключающемся в многократном зондировании объекта импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, разделяющим время на нумерованные тактовые интервалы, отсчитываемые от момента излучения зондирующего импульса и образующие тем самым ячейки дальности, и статистической обработке зарегистрированных данных, в рабочем режиме полета ЛА при выполнении им полетного задания, а также при наборе высоты и снижении проводят серию зондирований способом некогерентного накопления, а именно, накапливают массив принятых реализаций отраженного сигнала в каждой ячейке дальности до тех пор, пока величина накопленного массива не превысит пороговое значение, затем по заранее установленному критерию, например по максимуму коэффициента корреляции накопленного массива принятых реализации с массивом предварительно оцифрованного зондирующего импульса, определяют порядковый номер Р ячейки дальности, к которой относится отраженный сигнал, и определяют дальность R до объекта по формуле R=cPΔt/2, где с - скорость света; Δt - длительность тактового интервала, а в режимах взлета и посадки отключают режим некогерентного накопления и включают моноимпульсный режим измерения дальности и скорости, в процессе которого производят серию зондирований объекта не менее двух раз, при каждом i-м зондировании определяют время его приема ti, вычисляют дальность до объекта Ri=cti/2, где с - скорость света, и определяют дальность до объекта и его относительную скорость путем линейной интерполяции результатов измерений в виде R(t)=Vt+R0, где R(t) - текущая дальность до объекта; t - текущее время в данной серии; V - оценка скорости; R0 - оценка дальности до объекта в момент времени t=0.

Коэффициент корреляции можно определять по формуле R ( p ) = j = 1 P max S 0 j S j + p , 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; р - текущее количество шагов при пошаговом сдвиге {Sj}.

Оценки дальности до объекта R0 в начальный момент измерения T1 и скорости объекта V можно формировать по формулам:

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;

с - скорость света,

m - количество замеров дальности в серии.

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

На фиг. 1 представлен профиль полета летательного аппарата. На фиг. 2 и фиг. 3 - процесс измерения дальности и скорости соответственно в режимах взлета и посадки.

При взлете летательного аппарата автоматически или по команде с пункта управления включают моноимпульсный режим работы измерителя дальности и скорости. Через время T1 после отрыва от земли производится измерение вертикальной дальности R1, а затем производится серия замеров дальности. Общее количество замеров m определяется требованиями по частоте обновления информации и точности измерений [5]. В каждой серии определяют дальность до объекта и его относительную скорость путем линейной интерполяции результатов измерений в виде R(t)=Vt+R0, где R(t) - текущая вертикальная дальность до объекта; t - текущее время в данной серии; V - оценка скорости; R0 - оценка дальности до объекта при t=0 (фиг. 2). Значения V и R0 можно определять по методу наименьших квадратов, то есть по формулам (1) и (2).

В рабочей фазе полета ЛА, когда он находится в состоянии набора высоты, горизонтального полета в соответствии с полетным заданием и снижения, по команде от автопилота или с наземного пункта управления включают режим измерений по методу некогерентного накопления [3]. Зондирование подстилающей поверхности также производят сериями, но при этом определяют уровень сигнала во всех ячейках дальности и накапливают полученные значения в каждой ячейке дальности до тех пор, пока накопленное значение не достигнет уровня, достаточного для точной фиксации накопленного массива на временной шкале. Затем определяют порядковый номер Р ячейки дальности, в которой зафиксировано положение накопленного массива, и определяют дальность R до подстилающей поверхности по формуле R=cPΔt/2, где с - скорость света; Δt - длительность тактового интервала, соответствующего протяженности ячейки дальности.

При посадке ЛА вновь включают моноимпульсный режим измерений, как описано выше. На фиг. 3 этот процесс показан от начала измерений в этом режиме T1 до последнего зондирования в момент Tm. Момент приземления Т=-R0/V может быть определен из зависимости R(t)=Vt+R0. Время от последнего зондирования до приземления может быть определено из соотношения R0/T=Rm/(T-Tm), откуда, с учетом Т=-R0/V,

Tп=(T-Tm)=Rm/V.

Расстояние до точки приземления по глиссаде Rп=VЛАТп, где VЛА - курсовая скорость летательного аппарата.

Данный способ 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 с - 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, в том числе определять время приземления.

Эти выводы подтверждены испытаниями макетных образцов высотомера-скоростемера [4, 5]. 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. Способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта.

Патент РФ №2378705 - прототип.

3. Способ некогерентного накопления светолокационных сигналов.

Патент РФ №2455615.

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

5. В.Г. Вильнер, В.Г. Волобуев, А.А. Казаков, Б.К. Рябокуль Пути достижения предельной точности лазерного скоростемера. «Мир измерений», №7, 2010 г.

1. Способ измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата (ЛА), заключающийся в многократном зондировании объекта импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, разделяющим время на нумерованные тактовые интервалы, отсчитываемые от момента излучения зондирующего импульса и образующие тем самым ячейки дальности, и статистической обработке зарегистрированных данных, отличающийся тем, что в рабочем режиме полета ЛА при выполнении им полетного задания, а также при наборе высоты и снижении проводят серию зондирований способом некогерентного накопления, а именно, накапливают массив принятых реализаций отраженного сигнала в каждой ячейке дальности до тех пор, пока величина накопленного массива не превысит пороговое значение, затем по максимуму коэффициента корреляции накопленного массива принятых реализаций с массивом предварительно оцифрованного зондирующего импульса определяют порядковый номер Р ячейки дальности, к которой относится отраженный сигнал, и определяют дальность R до объекта по формуле R=cPΔt/2, где с - скорость света; Δt - длительность тактового интервала, а в режимах взлета и посадки отключают режим некогерентного накопления и включают моноимпульсный режим измерения дальности и скорости, в процессе которого производят серию зондирований объекта не менее двух раз, при каждом i-м зондировании определяют время его приема ti, вычисляют дальность до объекта Ri=cti/2, где с - скорость света, и определяют дальность до объекта и его относительную скорость путем линейной интерполяции результатов измерений в виде R(t)=Vt+R0, где R(t) - текущая дальность до объекта; t - текущее время; V - оценка скорости; R0 - оценка дальности до объекта в момент времени t=0.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент корреляции определяют по формуле , 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; р - текущее количество шагов при пошаговом сдвиге {Sj}.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценки дальности до объекта R0 в начальный момент измерения T1 и скорости объекта V формируют по формулам:
,
,
где R0 - оценка дальности до объекта в момент времени T1;
V - оценка скорости объекта;
Ri=с·ti/2 - результат измерения дальности до объекта в i-м зондировании;
Ti - моменты времени, в которые произведены замеры дальности Ri;
с - скорость света,
m - количество замеров дальности в серии.
ti - задержка между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения в i-м зондировании.



 

Похожие патенты:

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.

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.

Лазерный когерентный локатор целеуказания содержит одночастотный СО2-лазер, передающий телескоп, приемный объектив, фотоприемное устройство, работающее в гомодинном режиме фотосмешения.

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 способам наблюдения за космическими объектами (КО) с помощью оптико-электронных средств и м.б. использовано для определения орбиты пассивного КО (ПКО) на геостационарной орбите автономно с борта активного КО (АКО).

Способ включает детектирование отраженных импульсов света, оцифровывание принятых сигналов, расчет дальностей до объектов и скоростей движущихся объектов, определение угловых координат.

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано во взрывателях различных боеприпасов, для определения расстояния между телами. .

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях, использующих оптическое излучение для идентификации и определения заданного расстояния до цели.

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано для определения скорости сближения двух тел, движущихся с различной скоростью. .

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано во взрывателях различных боеприпасов для определения расстояния между телами. .

Изобретение относится к оптической и оптико-электронной технике и может быть использовано для регистрации движущихся точечных и малоразмерных объектов, например искусственных и естественных небесных тел.

Изобретение относится к области определения высоты парашютной системы над поверхностью земли. Способ определения высоты парашютной системы заключается в определении высоты полета самолета и высоты снижения до раскрытия парашюта.
Наверх