Способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов

Изобретение относится к области обнаружения, распознавания и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА) и прицеливания по ним и может быть использовано в военной технике. Прием и формирование изображений осуществляют в трех точках, размещенных на Г-образной платформе с двумя равными базами под углом 90°. В средней точке размещены четыре телевизионных датчика, размещенных по горизонтали через каждые 90°, тем самым в сумме создавая обзор пространства на 360° и возможность обнаруживать МБЛА в пассивном режиме. Две другие точки комплекта телевизионных датчиков размещены по горизонтали через 180° друг от друга, тем самым образуя стереопары с четырьмя телевизионными датчиками центральной точки для определения дальности и координат до МБЛА в пассивном режиме. Технический результат - повышение возможности обнаружения МБЛА. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области обнаружения, распознавания и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА) и прицеливания по ним и может быть использовано в военной технике.

Известны различные способы и технические решения для обнаружения летательных аппаратов с использованием способа кругового обзора матричным фотоприемным устройством и устройство для его осуществления (патент РФ №2445644), оптическим локатором кругового обзора (патент РФ №2352957) [1,2]. Недостатками являются сложность конструкции, большие размеры, большая мощность двигателя для вращения камеры (кругового обзора) и соответственно ошибки в снятии результата.

Способы визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы и автоматизированного определения координат беспилотных летательных аппаратов (патенты РФ №№2489732, 2523446) [3,4]. Основным недостатком является демаскирующая составляющая данных способов, связанная с использования лазерного излучения, что снижает эффективность использования приведенных способов по обнаружению и определению пространственных координат МБЛА.

Способ обнаружения объектов (патент РФ №2331084 прототип) заключается в селекции объекта на удаленном фоне, заключающийся в приеме и формировании двух изображений в двух пространственно разнесенных точках, а также одновременной регистрации сформированных цифровых изображений, отличающийся тем, что опорное и сравниваемое цифровые изображения регистрируют одномоментно для каждого фрагмента (пикселя) изображений двумя идентичными видеосистемами на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников, например CMOS-матриц с объективами, которые предварительно фиксируют на небольшом, по сравнению с удалением от предполагаемого места появления объекта, расстоянии между собой параллельно друг другу в направлении на контролируемое пространство, а анализ изображений проводят при помощи определения величин смещения Δ характерных фрагментов сравниваемого изображения с аналогичными фрагментами опорного при максимально возможном их совпадении в направлении параллактического смещения и последующего выявления селектируемого и фоновых объектов из полученных смещений Δ и т.д. [5].

Известный способ имеет следующие недостатки: невозможно обнаружить МБЛА на 360° по горизонтали и на 90° по вертикали, так как он позволяет обнаружить объект в направлении на контролируемое пространство в переделах работы видеосистем на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников, например CMOS-матриц с объективами, невозможностью определения пространственных координат МБЛА и определения их дальнейшего направления движения.

Задачей, стоящей перед настоящим изобретением, является повышение возможности обнаружения МБЛА на 360° по горизонтали и на 90° по вертикали, определение пространственных координат МБЛА и его дальнейшего направления движения, с целью последующей борьбы с ними.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе пассивного обнаружения и определения координат МБЛА, заключающемся в приеме и формировании двух изображений в трех точках 1 с двумя равными базами 2, размещенными на Г-образной платформе с углом 90° посередине и с четырьмя стереопарами, состоящими из восьми телевизионных датчиков 3 с одинаковыми характеристиками, размещенными под углами 45° выше линии горизонта, при этом в средней точке размещены четыре телевизионных датчика 3, расположенных по горизонтали через каждые 90° (фиг. 1), тем самым в сумме создавая обзор пространства на 360° и возможностью обнаруживать МБЛА в пространстве. В двух остальных точках комплекта телевизионные датчики размещены по горизонтали через 180 друг от друга (фиг. 1), тем самым образуя стереопары с четырьмя телевизионными датчиками центральной точки. Такое построение стереопар предназначено для определения дальности до МБЛА 6 в пассивном режиме на 360 по горизонтали и на 90° по вертикали. Все телевизионные датчики жестко закреплены и строго отъюстированы между собой по парам и имеют выходы соответственно соединенные с входами ЭВМ 4 (фиг. 2). Соединение между телевизионными датчиками 3 и ЭВМ осуществляется проводами, проложенными внутри платформы 2 и кабель-канала 5. Питание всех элементов устройства производится от аккумуляторной батареи ЭВМ 4 (фиг. 3).

Управление работой и обработкой полученной информации осуществляется программным обеспечением ЭВМ 4, в которое вводятся исходные данные: координаты Г-образной платформы (Xпл,Yпл,Zпл) и величины ориентирования ее по направлению в пространстве. Данные вводятся в автоматическом режиме с помощью датчика топопривязки и навигации 7 [6].

Способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов работает следующим образом: электромагнитное излучение от МБЛА 6 поступает на два телевизионных датчика, в данном случае стереопара: 3.1.2 и 3.2.2 (фиг. 3). Обнаружение МБЛА 6 происходит на основе сравнения кадров видеопоследовательности и определения геометрических и цветовых изменений сформированных изображений телевизионным датчиком 3.2.2 [5]. ЭВМ 4 автоматически выбирает основной телевизионный датчик для определения дальности до МБЛА, в данном случае - 3.1.2 и для определения угла γ телевизионный датчик - 3.2.2 (фиг. 4).

Дальность D до МБЛА определяется по величине параллактического угла γ и по величине базы прибора Б (стереоскопический базовый метод измерения дальности) [6], определяемой положением точки проецирования МБЛА на матрице ПЗС 8 (фиг. 5)

В приборе угол γ определяется исходя из величины линейного параллакса P, измеренного по прибору как

где f - фокусное расстояние объективов прибора.

Анализ изображений проводится с помощью ЭВМ 4 и определяется величина смещения точки пикселя оптической оси P3.1.2 (телевизионный датчик 3.1.2), которая является точкой луча для определения дальности D1 9 и точкой пикселя, параллельной оптической оси стереопары (телевизионный датчик 3.2.2), относительно ее определяется Р3.2..2 10 и соответственно γ (фиг. 5). Телевизионные датчики жестко закреплены, отъюстированы и скоординированы их матрицы ПЗС, поэтому ошибка определения расстояния до МБЛА не большая.

Дальность D1 до МБЛА определяется по формулам (1) и (2) с учетом величин параллактического угла γ=P3.2.2/f и базы между телевизионными датчиками Б (фиг. 6). Используя координаты Г-образной платформы и углы направления εМБЛА, αМБЛА, ЭВМ 4 рассчитывает пространственные координаты МБЛА в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Анализируя изменяющиеся пространственные координаты МБЛА 6, ЭВМ 4 определяет скорость и направление движения, что позволяет производить сопровождение МБЛА.

Информация о координатах Г-образной платформы рассчитывается в автоматическом режиме и поступает с датчика топопривязки и навигации 7 или введенных данных в ручном режиме, полученных с топографических карт (например, Xпл, Yпл, Zпл), поступает в ЭВМ 4. В ЭВМ 4 полученные данные о расстоянии между Г-образной платформой и МБЛА, равном D1, горизонтальном угле αМБЛА и вертикальном угле εМБЛА (телевизионного датчика), в данном случае εМБЛА=45°-εтд, с Г-образной платформы на МБЛА 6, обрабатываются и рассчитываются пространственные координаты МБЛА по формулам (фиг. 6), где угол по горизонтали - βМБЛА рассчитывается формуле (Pα величина приращения параллактического смещения Ρ3.1.2 по оси X ПЗС - матрицы телевизионного датчика), а угол по вертикали εтд рассчитывается по формуле , (P εтд величина приращения параллактического смещения Р3.1.2 по оси Υ ПЗС - матрицы телевизионного датчика) (фиг. 5) [4].

На основе постоянной корректировки местоположения МБЛА на мониторе ЭВМ 4 оператору выдается информация текущих координат и расстояния до цели, а также вырисовывается направление его движения для прицеливания средства борьбы с МБЛА.

Таким образом, способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов, имея малые габариты, энергопотребление и стоимость, позволяет обнаруживать МБЛА на 360° по горизонтали и на 90° по вертикали, в оптическом диапазоне электромагнитных волн, определяя пространственные координаты МБЛА в пассивном режиме, с целью последующей борьбы с ними.

Источники информации

1. Броун Φ.М., Волков Р.И., Филатов М.И., Хазов A.M. Способ кругового обзора матричным фотоприемным устройством и устройство для его осуществления. - ФИПС. Патент на изобретение №2445644, 20.03.2012 г.

2. Архипов В.Г., Чжан Ю.В. Оптический локатор кругового обзора. - ФИПС. Патент на изобретение №2352957, 20.04.2009 г.

3. Попсуй С.П., Таурин В.Э., Швецов И.В., Швецова С.А. Способ визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы. - ФИПС. Патент на изобретение №2489732, 10.08.2013 г.

4. Шишков С.В. Способ автоматизированного определения координат беспилотных летательных аппаратов. - ФИПС. Патент на изобретение №2523446, 26.05.2014 г.

5. Подгорнов В.А. Способ обнаружения объектов. - ФИПС. Патент на изобретение №2331084, 10.08.2008 г.

6. Шишков С.В. Программа определения геометрических изменений на кадрах видеопоследовательности для обнаружения ДПЛА / Музаи К., Устинов Е.М., Пархоменко А.В., Чернов Е.М., Щербаков А.С. / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013611694, 31.01.13. Федеральный институт промышленной собственности.

1. Способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА), заключающийся в селекции объекта на удаленном фоне, приеме и формировании изображений в пространственно разнесенных точках, а также одновременной регистрации сформированных цифровых изображений высокоскоростными фотоприемниками, анализ изображений проводят при помощи определения величин смещения характерных фрагментов сравниваемого изображения с аналогичными фрагментами опорного, отличающийся тем, что в приеме и формировании изображений используются три точки с двумя равными базами, размещенными на Г-образной платформе с углом 90° посередине и с четырьмя стереопарами, состоящими из восьми телевизионных датчиков с одинаковыми характеристиками, размещенных под углами 45° выше линии горизонта, при этом в средней точке размещены четыре телевизионных датчика, размещенных по горизонтали через каждые 90°, тем самым в сумме создавая обзор пространства на 360° и возможность обнаруживать МБЛА в пассивном режиме.

2. Способ пассивного обнаружения и определения координат МБЛА по п. 1, отличающийся тем, что две другие точки комплекта телевизионных датчиков размещены по горизонтали через 180° друг от друга, тем самым образуя стереопары с четырьмя телевизионными датчиками центральной точки для определения дальности до МБЛА в пассивном режиме.

3. Способ пассивного обнаружения и определения координат МБЛА по п. 1, отличающийся тем, что анализ изображений проводится с помощью ЭВМ и определяется величина смещения точки пикселя оптической оси первого телевизионного датчика стереопары, которая является точкой луча для определения дальности до МБЛА и точкой пикселя параллельной оптической оси второго телевизионного датчика стереопары, относительно которой определяется смещение пикселя как величина линейного параллакса Ρ и рассчитывается параллактический угол γ по выражению γ=P/f, где f - фокусное расстояние объективов телевизионных датчиков, дальность до МБЛА рассчитывается по формуле Д=Б/tgγ, где Б - расстояние между стереопарами.

4. Способ пассивного обнаружения и определения координат МБЛА по п. 1, отличающийся тем, что и определения пространственных координат XМБЛА, УМБЛА, ZМБЛА заключается в расчете ЭВМ по формулам XМБЛА=XПЛ+ΔX=XПЛ+Дcos (αМБЛА), УМБЛАПЛ+ΔУ=УПЛ+Дsin (αМБЛА), ZMBЛA=ZПЛ+ΔZ=ZПЛ+Дsin (εМБЛА), где αМБЛА - угол по горизонтали, который рассчитывается по величине приращения параллактического смещения точки пикселя по оси X ПЗС - матрицы телевизионного датчика, εМБЛА - угол по высоте, который рассчитывается по формуле εМБЛА=45°±εтд, где εтд рассчитывается по величине приращения параллактического смещения точки пикселя по оси Y ПЗС - матрицы телевизионного датчика, при этом информация о пространственных координатах Г-образной платформы XПЛ, YПЛ, ZПЛ вводится в ЭВМ в ручном режиме или в автоматическом режиме с датчика топопривязки и навигации.



 

Похожие патенты:

Устройство для реализации способа обнаружения оптических и оптико-электронных приборов посредством сканирования лоцируемого пространства содержит передающий блок, выполненный в виде канала подсветки с лазерным излучателем, оптически сопряженным с формирующим лазерное излучение телескопом.
Способ относится к оптическим стереоскопическим способам определения местонахождения объекта в окружающем пространстве. При реализации способа принимают и регистрируют опорное и сравниваемое изображения двумя идентичными оптическими системами.

Изобретение относится к области обнаружения в пространстве объектов, к способам и устройствам лазерной локации и может быть использовано в системах обнаружения и распознавания целей, в системах предупреждения столкновения транспортных средств, в навигационных устройствах и в системах охранной сигнализации.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может использоваться в обзорно поисковых оптико-электронных системах лазерной локации. Устройство содержит канал подсветки с лазерным излучателем и приемный канал с фотоприемным устройством с объективом, и устройство наблюдения для отображения лоцируемого пространства.

Изобретение относится к оптико-электронным следящим системам, предназначенным для поиска и обнаружения малоразмерных слабоизлучающих подвижных целей, и может быть использовано в автоматических оптико-электронных приборах (ОЭП) с цифровой обработкой изображений, обеспечивающих селекцию целей в критических фоновых условиях.

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Способ определения местоположения или обнаружения объекта, с использованием активно-импульсного прибора, включающего в себя приемный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) и лазерный излучатель, генерирующий короткие импульсы подсветки объекта, отражения которых от объекта затем суммируют в кадре ЭОП, в котором после каждой генерации короткого импульса подсветки объекта с заданной длительностью τ осуществляют периодическое включение ЭОП на время π через заданное время задержки t3 с частотой fг=1/(π+τ) в течение заданного времени θ, причем число включений ЭОП на один импульс подсветки объекта выбирают не более величины Kmax=(t3Kmax-t3)/(τ+π), где t3Kmax=(1/f-π) - максимальное время задержки включения ЭОП для лазерного излучателя, генерирующего короткие импульсы подсветки объекта с частотой f, t3 - время задержки включения ЭОП до момента начала периода времени θ.

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано для обнаружения оптических и оптоэлектронных приборов наблюдения, транспортных средств, предметов вооружения, специальной аппаратуры.

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано для обнаружения оптических и оптоэлектронных приборов наблюдения, расположенных и замаскированных на местности, а также для обнаружения различных объектов, например, транспортных средств, предметов вооружения, специальной аппаратуры.

Изобретение относится к области оптической локации и касается системы импульсной лазерной локации. Система содержит импульсный лазер, два однокоординатных сканирующих устройства, акустооптический дефлектор, выходную оптическую систему, вычислительное устройство, блок управления акустооптическим дефлектором, призменный светоделитель, измерительный канал, массив фотоприемных устройств, объектив массива фотоприемных устройств и волоконно-оптические жгуты.

Изобретение относится к области лазерной локации и может быть использовано в системах обнаружения оптических и оптико-электронных (ОЭ) средств наблюдения в естественных условиях и их идентификации.

Способ определения скорости движущихся объектов методом пассивной локации включает получение изображения самолета при помощи телевизионной системы с формированием видеокадров перемещения движущегося объекта в поле зрения оптической системы и их оцифровкой, определение величины перемещения изображения движущегося объекта на фотоприемной матрице по перемещению центра тяжести изображения. Также способ включает идентификацию типа движущегося объекта и по типу объекта определение его линейных размеров. Используя величину перемещения и соотношение линейных размеров движущегося объекта, вычисляют линейное перемещение движущегося объекта в поле зрения оптической системы L и определяют скорость движущего объекта. Технический результат - скрытное определение скорости самолета при помощи средств пассивной локации. 2 ил.

Изобретение относится к системам с использованием отражения или вторичного излучения электромагнитных волн, иных, чем радиоволны, и может быть использовано для определения местоположения объекта наблюдения в автоматизированных системах транспортных средств для предупреждения столкновения. Технический результат изобретения заключается в повышении быстродействия обнаружения объектов. Способ обнаружения объектов с повышенным быстродействием на высококонтрастном динамически изменяемом фоне заключается в обнаружении разности выходных опорного и сравниваемого сигналов с двух идентичных видеосистем на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников в виде фотодиодных линеек с параллельными осями цилиндрических объективов, закрепленных друг относительно друга на значительно меньшем расстоянии, чем расстояние до границы зоны контроля, и определении по упомянутой разности информации о проникновении постороннего объекта в контролируемую зону при пересечении им её границ. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области противодействия оптико-электронным системам (ОЭС) различного назначения. Способ основан на согласовании ориентации каждого передающего канала помехового сигнала с ориентацией соответствующего пеленгационного канала. В случае функционирования в поле зрения пеленгационного канала ОЭС, осуществляется пеленгация их сигналов. Информация об угловых координатах ОЭС предается на матрицу передающих каналов. При этом включаются передающие каналы, согласованные по направлению с пеленгационными каналами, осуществившими определение направления на ОЭС, и осуществляется одновременная постановка помех на ОЭС. Технический результат - повышение эффективности противодействия ОЭС. 1 ил.

Изобретение относится к способам определения местоположения источника оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей. Согласно способу применяют два оптико-электронных координатора с перпендикулярными приемными плоскостями. Осуществляют координатную привязку фотоэлементов матричных фотоприемников и принимают рассеянное атмосферным каналом оптическое излучение. Определяют координаты крайних фотоэлементов противоположных по периметру линеек фотоэлементов оптико-электронных координаторов с матричными фотоприемниками, сигнал на выходе которых превысил пороговое значение, и вычисляют по их значениям координаты местоположения источника оптического излучения. Технический результат - одновременное определение пространственного положения оптического луча и координат источника оптического излучения. 2 ил.
Наверх