Способ обеспечения посадки вертолета



Способ обеспечения посадки вертолета
Способ обеспечения посадки вертолета
Способ обеспечения посадки вертолета
Способ обеспечения посадки вертолета

 


Владельцы патента RU 2621215:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для автоматизации процесса измерения параметров положения вертолета на посадке и оценить пригодность подстилающей земной поверхности для безопасной посадки в автоматическом режиме. Технический результат – повышение безопасности полетов. Для этого осуществляют излучение по меньшей мере четырех разнесенных искусственных световых контрастов, создаваемых бортовыми лазерными узконаправленными источниками излучения, установленными на стабилизированной платформе, регистрируют посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на стабилизированной платформе, определяют координаты изображений искусственных световых контрастов на фотоматрицах, вычисляют их координаты в системе координат, связанной с стабилизированной платформой. Вычисляют высоту вертолета, углы ориентации земной поверхности относительно горизонта и определяют углы, характеризующие неровность поверхности в окрестности точки посадки, что обеспечивает обоснованный выбор места для безопасной посадки. 2 ил.

 

Изобретение относится к навигации и может быть использовано для автоматического управления посадкой вертолета на неподготовленную площадку, лишенную естественных оптических контрастов.

Известен способ, описанный в работе «Системы навигации. Олихов И.М., Косовский Л.А. / Журнал: Электроника - Наука, Технология, Бизнес, 1999, №3», определения положения летательного аппарата (ЛА) в пространстве с помощью мобильной лазерной системы, 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. 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 измерении только одного параметра - бокового отклонения от оси ВПП (либо вертикального от глиссады);

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

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

Известен способ определения местоположения и углов ориентации летательного аппарата относительно ВПП с помощью одного оптико-локационного блока (ОЛБ), установленного на борту ЛА, и системы трех лазерных маяков (световых контрастов), описанный в патенте на изобретение RU №2347240, МПК G01S 17/93, опубл. 20.02.2009. Посредством обработки оцифрованных изображений, снимаемых с фоточувствительной матрицы ОЛБ, определяют координаты изображений лазерных маяков на фоточувствительной матрице, а затем вычисляют координаты и угловое положение ЛА относительно ВПП.

Недостатком способа является необходимость использования световых контрастов, установленных на аэродромах, что не обеспечивает автоматическую посадку на неподготовленную площадку, чем снижается безопасность полетов.

Технической задачей изобретения является измерение положения вертолета относительно земной поверхности, а также определение наклона и неровности земной поверхности в окрестности точки посадки. Технический результат при использовании заявляемого изобретения заключается в повышении безопасности полетов путем обеспечения автоматической посадки, что достигается увеличением информативности определения местоположения вертолета относительно земной поверхности за счет использования двух цифровых фотокамер и по меньшей мере четырех узконаправленных лазерных источников излучения, установленных на стабилизированной в горизонте платформе, и вычислителя, алгоритм которого не содержит упрощений, приводящих к методическим погрешностям измерений.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе определения параметров положения вертолета при посадке, основанном на регистрации излучения наземных световых контрастов, обработке их оцифрованного изображения и вычислении координат местоположения летательного аппарата, на поверхности земли формируют искусственные световые контрасты путем облучения, по меньшей мере, четырьмя узконаправленными лазерными источниками излучения, установленными на платформе, стабилизированной в горизонтальной плоскости, при этом луч одного из источников вертикален, а три других образуют грани правильной пирамиды с осью симметрии, совпадающей с вертикалью, регистрируют излучение каждого из искусственных световых контрастов посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на стабилизированной платформе, осуществляют обработку оцифрованных изображений, снимаемых с фоточувствительных матриц цифровых фотокамер для определения координат изображений искусственных световых контрастов, вычисляют координаты искусственных световых контрастов в системе координат, связанной с стабилизированной платформой, вычисляют углы ориентации земной поверхности относительно горизонтальной системы координат, вычисляют высоту полета вертолета, определяют углы, характеризующие неровность земной поверхности, оценивают горизонтальность и неровность земной поверхности, делают вывод о возможности посадки и осуществляют посадку вертолета.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где представлено взаимное расположение сформированных на поверхности земли (ПЗ) искусственных световых контрастов, горизонтальной системы координат OXYZ, связанной с стабилизированной в горизонте платформой, установленной на борту вертолета, системы координат O(1)X(1)Y(1)Z(1), связанной с ПЗ.

Сущность изобретения обусловлена выполнением следующих действий:

определение координат изображений искусственных световых контрастов на фоточувствительных матрицах двух цифровых фотокамер;

вычисление координат искусственных световых контрастов в системе координат, связанной с стабилизированной платформой;

вычисление значений углов ориентации земной поверхности относительно горизонтальной системы координат;

вычисление высоты полета вертолета;

вычисление углов, характеризующих неровность земной поверхности, величина которых позволяет обоснованно принять решение о возможности (невозможности) посадки;

выполнение автоматической посадки по вычисленным сигналам высоты h и углов υ, β.

На фиг. 1 показана схема измерения положения вертолета над земной поверхностью, где обозначены:

ФК1, ФК2 - фотокамеры системы технического зрения (СТЗ);

OXYZ - горизонтальная система координат, связанная с стабилизированной платформой;

S1, S2, S3, S4 - четыре искусственных световых контраста на поверхности земли (ПЗ);

O(1)X(1)Y(1)Z(1) - система координат, связанная с ПЗ, плоскость O(1)Х(1)Z(1) проходит через точки S1, S2, S3;

α1, α2, α3 - углы, описывающие неровность между поверхностью земли (фиг. 1), α1 - угол между вектором и плоскостью ПЗ, α2 - угол между вектором и плоскостью ПЗ, α3 - угол между вектором и плоскостью ПЗ.

На фиг. 2 показано угловое положение земной поверхности относительно стабилизированной платформы, где обозначены:

угол β - разворота плоскости ПЗ вокруг оси OY;

угол υ - разворота плоскости ПЗ вокруг оси OZ(1).

Способ реализуется следующим образом.

Поскольку система технического зрения, работающая в пассивном режиме, не может обеспечить измерение положения ЛА относительно земной поверхности типа заснеженное (ледяное, песчаное) поле без естественных контрастов, а также в плохих погодных или ночных условиях, поэтому для обеспечения работоспособности системы в любых условиях необходимо дополнить СТЗ системой из по меньшей мере четырех узконаправленных лазерных излучателей (фиг. 1), расположенных в точке О, формирующих на земной поверхности четыре разнесенных в зависимости от высоты, наклона и неровности поверхности искусственных световых пятен (контрастов) S1, S2, S3, S4.

Решение задачи измерения высоты вертолета, углов наклона земной поверхности относительно местной вертикали и углов, характеризующих кривизну поверхности (неровность) в окрестности точки посадки, достигается путем использования искусственных световых контрастов, сформированных посредством четырех бортовых лазерных источников излучения вместо естественных оптически контрастных точек на земной поверхности.

Поскольку измерение параметров положения вертолета по оптическим контрастам, связанным с вертолетом, приведет к методическим погрешностям измерений, обусловленным его эволюциями, то используется стабилизация углового положения как системы лазерных источников излучения, так и системы технического зрения в горизонтальной плоскости, используя для этого двухрамочный карданов подвес, управляемый по сигналам угла крена и тангажа.

Направим лазерные излучатели таким образом, чтобы узконаправленные лучи OS1, OS2, OS3 совпали с гранями правильной треугольной пирамиды, а луч OS4 проходил по ее оси симметрии и совпадал с местной вертикалью за счет работы карданова подвеса. Чтобы изображения искусственных световых контрастных точек, образовавшихся на земной поверхности, всегда находились в поле зрения фотокамер СТЗ необходимо, чтобы выполнялось следующее условие θ<θфкфк - угол поля зрения фотокамеры, θ - угол отклонения лучей OS1, OS2, OS3 от вертикали).

Измерения координат контрастных точек выполняются посредством СТЗ

где Xλυ, Zλυ - координаты изображения контрастной точки на первой и второй фоточувствительных матрицах, λ=1, 2 - номер фоточувствительной матрицы, υ=1…4 - номер точки Sυ, В - расстояние между центрами фоточувствительных матриц, F - фокусное расстояние объективов телекамер.

Чтобы получить аналитические выражения, описывающие взаимное положение системы координат OXYZ и плоскости ПЗ, введем в рассмотрение систему координат O(1)X(1)Y(1)Z(1), плоскость O(1)X(1)Z(1) которой совпадает с плоскостью ПЗ. Ось O(1)Z(1) горизонтальна, а O(1)Х(1) совпадает с линией наискорейшего спуска. Опишем положение вектора нормали к плоскости ПЗ посредством угла β - разворота плоскости ПЗ вокруг оси OY и угла υ - разворота плоскости ПЗ вокруг оси OZ(1). Таким образом, взаимное положение систем координат O(1)X(1)Y(1)Z(1) и OXYZ описывается матрицей направляющих косинусов следующего вида

где орты систем координат связаны известным соотношением

Вектор нормали N к плоскости S1S2S3 в системе координат OXYZ записывают в виде векторного произведения сторон S1S2 и S1S3 треугольника.

где Nx=(y2-yl)(z3-z1)-(y3-y1)(z2-z1), Ny=(z2-z1)(x3-x1)-(х2-x1)(z3-zl), Nz=(x2-x1)(y3-y1)-(y2-y1)(x3-x1), а его модуль .

С помощью скалярного произведения единичных векторов определяют наклон υ земной поверхности в точке посадки

где

Из соотношений (2) и (3) выразим вектор j(1)=-isinυcosβ+jcosυ+ksinυsinβ. Учитывая, что

получим

, а

Окончательные выражения для углов β и υ имеют следующий вид

Оценивают горизонтальность земной поверхности путем проверки неравенства

где υзад - допустимое значение наклона земной поверхности, при котором обеспечивается безопасная посадка.

Для измерения высоты полета ЛА определяют расстояние до точки S4, это связано с тем, что система лазерных излучателей стабилизируется в горизонте по углу крена и тангажа, поэтому линия OS4 совпадает с местной вертикалью

Для определения углов α1=<S4S1O(1), α2=<S4S2O(1), α3=<S4S3O(1) необходимо найти скалярные произведения j(1)⋅S1S4, j(1)⋅S2S4, j(1)⋅S3S4,

Выразим орт j(1) из соотношения (4)

Векторы S1S4, S2S4, S3S4 выразим следующим образом

SlS4=i(xl-x4)+j(y1-y4)+k(z1-z4),

S2S4=i(x2-x4)+j(y2-y4)+k(z2-z4),

S3S4=i(x3-x4)+j(y3-y4)+k(z3-z4).

Выражают углы α1, α2, α3,

Разброс значений этих углов позволяет оценивать неровность земной поверхности в пределах треугольника S1S2S3 путем проверки неравенств

где αзад - допустимое значение угла α, обеспечивающее безопасную посадку.

При выполнении неравенств делают вывод о возможности посадки.

Таким образом, посадка ЛА (вертолета) в автоматическом режиме должна осуществляться по сигналам h, β:

сигнал высоты используется для снижения до h=0;

сигнал β (угол ориентации линии OO1 наискорейшего спуска земной поверхности относительно продольной оси ЛА), при посадке на наклонную поверхность при υ≠0 вертолет целесообразно расположить вдоль линии наискорейшего спуска т.е β→0 (фиг. 3). При υ=0 сигнал β теряет смысл.

Измерение координат оптически контрастных точек при использовании инфракрасного диапазона лазерных излучателей в одном из окон прозрачности атмосферы (например 1.3 мкм или 1.55 мкм) посредством стереопары ФК1 и ФК2 обеспечивает определение положения ЛА как в сложных метеоусловиях, так и в любое время суток, не демаскируя ЛА в видимой части спектра.

Способ обеспечения посадки вертолета, основанный на регистрации излучения световых контрастов, обработке их оцифрованного изображения и вычислении координат местоположения летательного аппарата (ЛА), отличающийся тем, что на поверхности земли формируют искусственные световые контрасты путем облучения, по меньшей мере, четырьмя узконаправленными лазерными источниками излучения, установленными на платформе, стабилизированной в горизонтальной плоскости, при этом луч одного из источников вертикален, а три других образуют грани правильной пирамиды с осью симметрии, совпадающей с вертикалью, регистрируют излучение каждого из искусственных световых контрастов посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на стабилизированной платформе, осуществляют обработку оцифрованных изображений, снимаемых с фоточувствительных матриц цифровых фотокамер, для определения координат изображений искусственных световых контрастов, вычисляют координаты искусственных световых контрастов в системе координат, связанной с стабилизированной платформой, вычисляют углы ориентации земной поверхности относительно горизонтальной системы координат, вычисляют высоту полета вертолета, определяют углы, характеризующие неровность земной поверхности, оценивают горизонтальность и неровность земной поверхности, делают вывод о возможности посадки и осуществляют посадку вертолета.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в системах пассивной радиолокации, радиопеленгации и радиотехнического наблюдения для однопозиционного определения направления и скорости движения в пространстве радиоизлучающих объектов (РИО), селекции их по скорости, а также определения местоположения и траекторий движения.

Изобретение относится к разностно-дальномерным способам определения координат импульсных источников ионизирующих и электромагнитных излучений. Достигаемый технический результат - упрощение осуществления способа.

Изобретение относится к навигации подвижных железнодорожных объектов. Техническим результатом является обеспечение самокалибровки и самонастройки навигационных систем локомотивов.

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано в навигации космического аппарата (КА). Принимают измерительные сигналы с КА и квазара, обеспечивают минимальный сдвиг по времени между измерениями с КА и квазара, выбирают проекцию углового положения квазара, максимально приближенную к положению КА, и с совпадением трасс прохождения сигналов от КА и квазара к измерительной станции, определяют двухчастотным методом смещение частот сигналов, определяют погрешность в измерениях скорости КА, определяют интегральную ионизацию трассы квазар-измерительная станция, вычисляют временную задержку прохождения сигнала, равную погрешности измерения дальности, передают полученные данные в баллистический центр совместно с результатами траекторных измерений КА для расчета траектории КА.

Изобретение относится к средствам проектирования объектов самонаведения, стабилизированных вращением с многими неизвестными. Технический результат заключается в моделировании в реальном времени как цифровых, так и аналоговых форм квадратурных опорных сигналов.

Изобретение относится к области радиолокации. Техническим результатом является повышение функциональности, автономности, защищенности и надежности работы.

Изобретение относится к средствам для измерения времени прихода сигналов с двухпозиционной угловой манипуляцией на приемной позиции. Техническим результатом изобретения является повышение вычислительной эффективности и повышение точности измерения.

Изобретение относится к определению местоположения с использованием нескольких разнесенных источников излучения. Достигаемый технический результат - автоматизация процесса, повышение точности измерения.

Устройство относится к радиотехнике, а именно к антенно-фидерным устройствам СВЧ бортового радиооборудования самолетов. Техническим результатом является обеспечение кругового обзора пространства приемопередатчиком и тремя радиоприемными устройствами с трехантенной системой и улучшение энергетических характеристик коммутационно-разделительного устройства.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в приемниках для измерения времени прихода сигналов с двухпозиционной угловой манипуляцией. .

В устройстве определения дальности и направления осуществляется его упрощение без уменьшения точности определения направлении благодаря введению повернутой узконаправленной антенны, отражателя, второго приемника, амплитудного селектора, блока определения малого временного интервала, вычислителя и датчика расстояния между антенной с отражателем, при этом повернутая узконаправленная антенна жестко связана с широконаправленной антенной, имеет электромагнитный вход, связанный с электромагнитным выходом отражателя, и имеет выход, соединенный через второй приемник, амплитудный селектор с первым входом блока определения малого временного интервала, имеющего второй вход и группу выходов, соответственно соединенные с выходом приемника и с первой группой входов вычислителя, имеющего вторую группу входов, соединенную с группой выходов преобразователя дальности, и имеющего третью группу входов, соединенную с группой выходов датчика расстояния между отражателем и повернутой узконаправленной антенной, и имеющего группу выходов, соединенную с группой входов индикатора. 1 ил.

Изобретение относится к разностно-дальномерным способам определения координат импульсных источников ионизирующих и электромагнитных излучений. Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения источника рентгеновского излучения, устранение зависимости измерений от метеоусловий. Способ заключается в том, что при помощи устройств, установленных на космическом аппарате (спутнике), регистрируют импульсы рентгеновского излучения от источника и оптического флуоресцентного излучения, приходящего из направления в надир. Оптическое флуоресцентное излучение возникает в результате воздействия рентгеновского излучения от источника на атмосферу. Регистрируют время и направление прихода рентгеновского импульса и время прихода оптического импульса из надира. При этом измеряют угол между направлениями на источник и надиром. Измеряют разность времен прихода импульсов из направления на источник и из надира. По измеренной разности времен и по измеренному углу между направлениями на источник и в надир при известной высоте орбиты космического аппарата определяют высоту источника и дальность между космическим аппаратом и источником. 1 ил.
Наверх