КОМПЛЕКСНАЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПОИСКА ПОТЕРПЕВШИХ БЕДСТВИЕ ЛЮДЕЙ С БОРТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1997 года по МПК B64F1/18 

Изобретение относится к авиационному приборостроению, а именно к оборудованию самолетов и вертолетов, и может быть использовано для поиска потерпевших бедствие людей на суше и море, в районах со сложными метеоусловиями при отсутствии визуального контакта пилотов с объектами поиска, а также для ускорения процесса поиска при хороших метеоусловиях.

Известна ближайшая по технической сущности и достигаемому результату к заявленной телевизионной системе индикаторное устройство для вертолета, содержащая телевизионную камеру, установленную на размещенной в нижней части фюзеляжа вертолета платформе, снабженной механизмом управления и стабилизации привода платформы, индикаторное устройство (монитор) и схему формирования подвижных маркеров (патент Великобритании N 1440826, кл. B 7 W, 1976).

Известная система за счет наличия управляемой платформы и схемы формирования подвижных маркеров позволяет стабилизировать положение вертолета в режиме зависания при подъеме груза.

Однако такая система не обеспечивает поиска и обнаружения потерпевших бедствие людей в сложных метеоусловиях из-за отсутствия в ней каких-либо наземных устройств видеосвязи с вертолетом.

Техническим результатом изобретения является повышение вероятности обнаружения потерпевших бедствие людей в сложных метеусловиях за счет обеспечения непосредственной видеосвязи объекта бедствия, находящегося на земле, с поисковым летательным аппаратом, а также уменьшение времени и затрат на проведение поиска за счет увеличения точности зависания летательного аппарата над объектом поиска.

Это достигается тем, что комплексная телевизионная система для поиска потерпевших бедствие людей с борта летательного аппарата, содержащая наземное оборудование, включающее средство радиосвязи, и бортовое оборудование, включающее телевизионную камеру, установленную на приводной платформе, блок стабилизации и управления приводом платформы и монитор, согласно изобретению также содержит в наземном оборудовании импульсный светомаяк в виде ручного фонаря, а в бортовом оборудовании вторую, идентичную первой телевизионную камеру, расположенную на платформе на базовом расстоянии от первой, хронизатор, блок формирования суммарного сигнала и вычитания фона, блок обнаружения сигналов светомаяка и блок вычисления параметров, датчики угол-код и пульт управления, при этом выходы обеих камер соединены с соответствующими входами сумматора, а входы с первым выходом хронизатора, другие выходы которого соединены с выходами блока формирования суммарного сигнала и блока обнаружения сигналов светомаяка, и блок вычисления параметров и датчиков угол-код, выход блока формирования суммарного сигнала и вычитания фона соединен с выходом блока обнаружения сигналов светомаяка, а соответствующие выходы последнего соединены с выходами блока вычисления параметров, монитора и пульта управления, первый выход блока вычисления параметров соединен с блоком стабилизации и управления приводов платформы, а второй с выходом монитора, первый выход датчиков угол-код соединен с выходом пульта управления, а второй с блоком стабилизации и управления приводом платформы, один из выходов пульта управления также соединен с видеосигнальным выходом одной из камер, а выходы пульта управления соединены с выходом блока вычисления параметров и блока стабилизации и управления платформы и монитора.

Кроме того, в данной комплексной телевизионной системе импульсный светомаяк содержит аккумулятор, генератор вспышек, лампу-вспышку, преобразователь, выпрямитель и разрядное устройство, при этом выход аккумулятора соединен с входами генератора вспышек и преобразователя, а выходы вторичной обмотки трансформатора преобразователя с входами выпрямителя и разрядного устройства, другой вход которого связан с выходом генератора вспышек, а выход выпрямителя соединен с лампой-вспышкой.

Дополнительное введение в заземное оборудование телевизионной системы импульсного светомаяка в виде ручного фонаря аварийного комплекта позволяет уточнить место расположения объекта поиска с борта летательного аппарата и следовательно повысить вероятность его нахождения в сложных метеоусловиях.

Введение в бортовое оборудование комплексной телевизионной системы второй телевизионной камеры и других указанных блоков, а также указанное выполнение данных соединений между ними обеспечивает повышение точности зависания над объектом поиска летательного аппарата вследствие образования стереопары из двух телевизионных камер для определения наклонной дальности светомаяка от летательного аппарата, что уменьшает время и затраты на проведение поисковых работ.

Указанное выполнение импульсного светомаяка позволяет синхронизировать работу лампы-вспышки с генератором вспышки, что обеспечивает максимальную импульсную мощность излучения светомаяка и повышает вероятность и точность обнаружения искомого объекта.

На фиг.1 представлена функциональная схема телевизионной системы и бортового оборудования; на фиг.2 функциональная схема импульсного светомаяка с автоматным питанием; на фиг.3 изображение на экране монитора при повороте платформы от исходного положения (до начала автосопровождения); на фиг.4 то же, в режиме точного автосопровождения при совпадения оптической оси платформы ПП₁ с механической осью АА₁; на фиг. 5 график, поясняющий определение высоты Н полета летательного аппарата над плоскостью нахождения светомаяка.

Предлагаемая комплексная телевизионная система для поиска потерпевших бедствие людей с борта летательного аппарата, например вертолета-спасателя, содержит (см. фиг. 1) импульсный светомаяк 12 в виде ручного фонаря в наземном оборудовании, который вводится в аварийный комплект, выдаваемый в распоряжение экипажей, кораблей, яхт и групп людей и включающий средства радиосвязи.

Бортовое оборудование системы содержит две идентичные твердотельные телевизионные камеры 1 и 2, хронизатор 3, блок формирования суммарного сигнала и вычитания фона 4, блок обнаружения сигналов светомаяка 5, платформу 6, датчики угол-код 7, блок 8 вычисления параметров, блок 9 управления и стабилизации привода платформы 6, пульт управления 10 и монитор 11.

Телевизионные камеры 1 и 2 установлены на платформе 6, размещенной в носовой части фюзеляжа вертолета на базовом расстоянии В друг от друга. Выходы обеих камер 1, 2 соединены с соответсвующими входами блока 4, а входы с первым выходом хронизатора 3, другие выходы которого соединены с выходами блока 4, блоками 5 и 8 и датчиков 7 угол-код, выход блока 4 соединен с выходом блока 5, а соответствующие выходы последнего соединены с входами блока 8 вычисления параметров, монитора 11 и пульта управления 10. Первый выход блока 8 вычисления параметров соединен с блоком 9 стабилизации и управления приводом платформы 6, а второй с выходом монитора 11. Первый выход датчиков 7 угол код соединен с выходом пульта 10 управления, а второй с блоком 9 стабилизации и управления приводом платформы 6. Один из входов пульта 10 управления также соединен с видеосигнальным выходом одной из камер 1, 2, а выходы пульса 10 управления соединены с выходами блока 8 вычисления параметров и блока стабилизации и управления приводом платформы и монитора 11. С входами блока вычисления параметров соединены выходы пульта управления 10 с двоичными кодами, представляющими значения угла γ наклона глиссады вертолета и угла a отклонения механической оси ПП₁ платформы 6 от продольной оси АА₁ вертолета в вертикальной плоскости к соответствующим входам пульта управления 10 подключена бортсеть вертолета ±27 B, видеосигнальный выход камеры 1, выход внешней системы измерения угла снижения глиссады вертолета, а выходы пульта управления 10 подключены к одному из выходов индикаторного устройства и к внешней системе автоматической коррекции курса вертолета.

Импульсный светомаяк 12 в виде ручного фонаря содержит (фиг.2) генератор частоты вспышек 13, аккумулятор 14, преобразователь 15, повышающий трансформатор 16, выпрямитель 17, разрядное устройство 18, лампу-вспышку 19 и рефлектор 20. При этом входы генератора 13 вспышек и преобразователя 15 соединены с выходом автоматного аккумулятора 14, а выходы вторичной обмотки преобразователя 15 соединены с входами выпрямителя 17 и разрядного устройства 18, другой выход которого соединен с выходом генератора 13 вспышек, выход выпрямителя 17 с лампой-вспышкой 19.

Импульсный светомаяк 12 в виде ручного фонаря работает с тактом мельканий в 1 с в широком диапазоне излучения во всем видимом диапазоне и ИК-диапазоне. Средняя мощность может составлять 10-15 Вт, а импульсная мощность будет на несколько порядков больше. Например, при длительности импульса вспышки 300-500 мкс, импульсная мощность будет равна:

Излучаемая мощность дополнительно возрастает за счет рефлектора 20 зеркального типа; ресурс аккумулятора 14 рассчитан на несколько часов непрерывной работы, а его габариты минимальные. Светопоток от маяка 12 распределен в сферических углах, необходимых для его обнаружения при любом ракурсе движения вертолета-спасателя. Например, в угле в 1-2 стеррадиана при наклонном положении маяка 12 в вертикальном положении маяк 12 будет виден со всех сторон.

Телевизионные камеры 1 и 2 удалены друг от друга на величину базы В, равной 0,5-1 м, что позволяет раздельно наблюдать изображение левой и правой камер 1, 2 с расстояния Rg не менее 2-3 км (угол зрения каждой камеры 2β выбирается из конкретных условий, например, 2β=30÷50^°. Обе камеры 1, 2 идентичны, положение механической оси ПП платформы 6, проходящей через центр базового расстояния В, в исходном положении совпадает с продольной осью АА вертолета по направлению (и углу места α). Поэтому в исходном состоянии значение углов g, a отворота платформы 6, т.е. ее механической оси ПП₁ от продольной оси АА₁ угла h по направлению (азимуту) равно нулю, а на выходе датчиков угол код 7 имеют место двоичные коды, соответствующие нулям.

Блок вычисления параметров 8 предназначен для вычисления приборных растровых координат, сигналов X₁, X₂, Y₁, Y₂ левой и правой камер 1 и 2 (см. фиг. 3) измерения координат точки середины между указанными сигналами X_ср, Y_ср, измерения отклонения точки с координатами X_ср, Y_ср от центра растра, формирования индекса в блоке с координатами X_ср, Y_ср, измерение дальности и высоты относительно искомого объекта, формирования суммарного ТВ кадра со шкалами значений дальности, высоты и величины отклонений продольной оси вертолета от направлений на искомых объект.

Блок управления и стабилизации платформы 9 предназначен для программного поиска искомых объектов, а также для формирования управляющих воздействий для управления приводами платформы в режиме автослежения.

Блок управления 9 выполнен в виде процессора, который обеспечивает формирования сигналов для программного поиска, слежения за объектом в режиме автосопровождения и стабилизации платформы в условиях вибрации вертолета и других механических воздействий.

Блок-сумматор 4 предназначен для формирования суммарного цифрового сигнала наряду с вычитанием фона (аналоговые видеосигналы левой и правой камер на входе сумматора с помощью АЦП преобразуются в цифровой поток) и таким образом вся последующая обработка и вычисление являются цифровыми.

Блок обработки 5 предназначен для обнаружения сигналов от точечного светомаяка, причем длительность обоих сигналов детерминирована и лежит в пределах, определяемых кружком рассеяния оптических систем, например, d_кр=30-50 мкм. В блоке обработки 5 вычисляются: согласованная фильтрация с испытанием по порогу, накопление в пределах матрицы отсчетов 3-х 3_эр и ввод следующих стробов на сигналы левой и правой камер.

Пульт управления 10 предназначен для включения и выключения ТВС и для управления полетом в ручном и автоматическом режимах, в случаях при обнаружении сигнала светомаяка для переключения аналогового видеосигнала телекамеры 1 на монитор 11, для автоматического формирования сигнала "зависания", для передачи на смежную систему вертолета сигналов для корректировки курса вертолета на искомый объект в режиме автопилота.

Платформа 6 предназначена для осуществления сканирования в ручном и автоматическом режимах сложения за искомым объектом (светомаяка) в автоматическом режиме.

Входы платформы 6 соединены с выходами блока 9 управления приводом платформы 6.

Датчик угол-код 7 предназначены для формирования двоичных кодов усредненных значений угла отворота h механической оси ПП₁ платформы 6 по азимуту и углу листа, а также их мгновенных значений, включающих случайные составляющие от вибраций управляемой платформы.

Монитор 11 предназначен для визуального отображения сигнала от светомаяка 12, от левой и правой камер 1 и 2, а также для отображения навигационной информации в виде параметров относительного движения вертолета и визуализации видеосигнала от телекамеры 1.

Комплексная телевизионная система работает следующим образом: телевизионная система включается при установлении радиоконтакта спасателя с терпящими бедствие людьми или по команде руководителя операции. В исходном положении механическая ось ПП₁ платформы 6 совпадает с продольной осью АА₁ летательного аппарата вертолета (самолета) (см. фиг.5), при этом положение указателя на шкале углов h и a находится на отметках "0" (см. фиг.4). Путем выдачи команды с пульта 10 на блок управления 9 платформой 6 начинают программный поиск, сканирование пространства по азимуту h и углу места a. Программа поиска закладывается в ПЗУ управляющего процесса блока 9. В процессе поиска аналоговые видеосигналы телевизионных камер 1 и 2 подаются на входы сумматора 4, которые преобразуют аналоговые сигналы в цифровые. Камеры 1, 2, сумматор 4, блоки 5 и 8 хронируются сигналами от хронизатора 3, поэтому цифровые потоки во всех блоках ТВ-системы синхронны. В схеме сумматора 4 сигналы суммируются со знаком минус, таким образом на выходе схемы суммирования подавляются сигналы от окружающего фона, а останутся только те сигналы, которые не совпадают во времени вследствие разноса оптических осей камер 1 и 2 (обе камеры соосны) на величину базы "В". Таким образом, путем вычитания селектируются сигналы от светомаяка 12 левой 1 и правой 2 камер, как первичная селекция. Так как обе камеры 1, 2 идентичны, равны их поля зрения 2β₁=2β₂, одинаковы также их амплитудно-частотные характеристики и коэффициенты передачи.

Суммарный цифровой видеосигнал с подавленным фоном подается на блок обработки 5, в котором осуществляется согласованная фильтрация детерминированных сигналов от светомаяка 12, накопление в пределах матрицы отсчетов размеров, например, 3 х 3 эр; 5 х 5 эр и испытание по порогу. Сигналы, превышающие порог, считаются сигналами от светомаяка. На сигналы от левой и правой камер вводятся следящие стробы, формируются в блоке 8 вычисления параметров, а процесс селекции завершается в блоке обработки 5.

С выхода блока обработки 5 цифровой поток подается на вход блока 8 вычисления параметров, а также на вход пульта управления 10 и монитор 11. С появлением обнаруженных сигналов на выходе блока 5 и на входе пульса управления 10 в последнем формируется команда остановки поиска и блок управления 9 платформой 6 переходит в режим автоматического слежения. С подачей сигнала с другого выхода блока 5 на мониторе 11 визуализируются сигналы левой и правой ТВ-камер 1 и 2. В блоке вычисления параметров 8 вычисляются растровые координаты сигналов (гауссоид) от левой и правой камер 1 и 2, метод вычисления центроидный, по одному из известных интерполяционных алгоритмов со взвешиванием объемов, например по алгоритму со ступенчатой аппроксимацией гауссоиды.

По вычисленным значениям растровых координат сигналов X₁, Y₁ и X₂, Y₂ от левой и правой камер 1 и 2 вычисляются также координаты X_ср, Y_ср середины отрезка δl (см. фиг.3) и в точке с этими координатами формируются ТВ-индекс в виде одной из геометрических фигур, например треугольника, квадрата (как на фиг. 3, 4), а также вычисляются отклонения точки с координатами X_ср, Y_ср от центра растра ΔX и ΔY (см. фиг.3). Причем
,
а ΔX=l_x/2-X_ср; ΔY=l_у/2-Y_ср
В блоке 8 вычисляются также значения наклонной дальности Rg до светомаяка 12. При этом: , где B значение базы, F фокусное расстояние, δl
отрезок в плоскости изображения между положениями левой и правой камер 1 и 2. Значение отрезка δl вычисляется по формуле: .

Для вычисления высоты Н полета летательного аппарата вертолета над плоскостью нахождения светомаяка 12 на блок 8 вычисления параметров вводится значение угла γ снижения траектории полета относительно горизонта, которое подается от смежной системы вертолета на вход пульта управления 10 и через пульт передается на вход блока 8 вычисления. При этом высота Н вычисляется как H=R•sin(γ+α) (см. фиг.5), т.е. при вычислении используется измеренное значение наклонной дальности Rg, а также значение углов γ и a. Угол a - отклонение механической оси платформы 6 относительно линии горизонта снимается в двоичном коде с выхода датчиков 7 угол код.

Кодовые значения отклонений X и Y с выхода блока 8 подаются на блок 9 управления и стабилизации платформы 6, который формирует управляющие сигналы для приводов платформы 6. В результате контур автосопровождения (см. фиг.4), включающий обе ТВ-камеры на платформе 6, сумматор 4, блоки 5 и 8, переводит точку с координатами X_ср, Y_ср в центр суммарного растра 0' обеих камер 1, 2. Центр 0' растра суммарного кадра является проекцией оптической оси ПП₁ стереопары платформы 6. Указанный ТВ-индекс, сформированный в блоке 8 вычисления параметров, переводится в центре растра, что соответствует установлению режима автосопровождения (см. фиг.4). На монитор 11 подается аналоговый видеосигнал от телекамер 1, 2, причем сигнал этот подключен к монитору 11 через пульт управления 10. Таким образом, на экран монитора по желанию пилота может подаваться не только цифровая информация и восстановленные системой цифровой обработки сигналы светомаяка 12 от левой и правой ТВ-камер 1 и 2, но и сюжет перед камерой, если что-то еще просматривается через осадки, облачность или туман. С выходом датчиков 7 угол код снимаются усредненные значения углов отклонения общей оптической и механической осей от их начального положения, угол h отклонение оси по отношению к продольной оси вертолета по азимуту, т.е. в вертикальной плоскости, угол a то же, по углу места, т.е. в вертикальной плоскости. Значения eглов h, a через пульт управления 10 подаются на блок вычисления параметров 8, в котором эти значения преобразовываются в соответствующее положение указателей шкал углов h и a.

Одновременно значения углов h, α через пульт управления 10 выводятся на внешнюю систему автокоррекции курса, если вертолет оборудован такой системой. Конечной целью ТВ-системы является вывод вертолета в точку зависания 21 над объектом поиска (фиг.3), и так как механическая ось ПП₁ платформы 6 в процессе поиска оказывается отвернутой от продольной оси АА₁ вертолета, то необходимо одновременно перевести эту ось в исходное положение, до совпадения с продольной осью АА₁ по азимуту и изменить курс вертолета с выводом на объект поиска.

Достигается это следующим образом. Значение угла h, снимаемое с датчиков угол код 7 в пульте управления 10 преобразовывается в обратный код и это значение (-h) подается на блок 9 управления платформой 6, в результате чего платформа 6 начнет разворачиваться в исходное положение. С другой стороны, пилот вертолета по положению указателя на шкале угла h по экрану монитора осуществляет коррекцию курса так, чтобы указатель угла h был переведен на нулевую отметку. При совпадении механической оси ПП₁ платформы 6 с продольной осью АА₁ указанный ТВ-индекс будет совпадать с центром растра 0', а положение указателя на шкале угла h будет находиться на нулевой отметке.

Момент зависания вертолета над объектом поиска фиксируются следующим образом. Из фиг.5 следует, что момент зависания соответствует условию, при котором суммарный угол g+α равен или близок к 90^o. Значение углов g, который может быть равен нулю, и a подаются с датчиков угол код 7 на пульт 10, в пульт 10 встраивается коммутатор, который фиксирует состояние [π/2-(γ+α)]<ε_min где ε допустимое минимальное значение этой разности, например e ≅ 30' угловых минут. При достижении e=ε_min на пульте 10 загорается табло "зависание" (или дается звуковой сигнал) и пилот снижает вертолет до минимальной безопасной величины, необходимой для выполнения задачи, значения угла (γ+α) выводятся на шкалу угла места α на экране монитора 11 (фиг.3).

Стабилизация платформы 6 обеспечивается блоком 9, на который подаются мгновенные значения углов "η" и "α", содержащие флуктуационную составляющую, вызванную вибрациями вертолета. Процессор блока 9 вырабатывает управляющие воздействия, которые демпфируют колебания платформы и тем самым стабилизируют положение ее механической и оптической осей.

Использование: авиационное оборудование. Сущность: комплексная телевизионная система для поиска потерпевших бедствие людей с борта летательного аппарата содержит наземное оборудование, включающее средство радиосвязи с бортовым оборудованием, две телевизионные камеры, расположенные на приводной платформе, хронизатор, блок формирования суммарного сигнала и вычитания фона, блок обнаружения сигналов импульсного светомаяка, блок вычисления параметров, датчики угол-код, пульт управления и импульсный светомаяк. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Комплексная телевизионная система для поиска потерпевших бедствие людей с борта летательного аппарата, содержащая наземное оборудование, включающее средства радиосвязи, и бортовое оборудование, включающее телевизионную камеру, установленную на приводной платформе, блок стабилизации и управления приводом платформы и монитор, отличающаяся тем, что система также содержит в наземном оборудовании импульсный светомаяк в виде ручного фонаря, а в бортовое оборудование дополнительно включены вторая телевизионная камера, идентичная первой, причем обе камеры расположены на указанной приводной платформе на базовом расстоянии одна от другой, хронизатор, блок формирования суммарного сигнала и вычитания фона, а также блоки обнаружения сигналов импульсного светомаяка, вычисления параметров, датчики угол -код и пульт управления, при этом входы обеих камер соединены с первым выходом хронизатора, другие выходы которого подсоединены к синхронизирующим входам блоков формирования суммарного сигнала и вычитания фона, обнаружения сигналов импульсного светомаяка, вычисления параметров и датчиков угол-код, а второй видеосигнальный выход одной из телекамер соединен с первым входом пульта управления, выход блока формирования суммарного сигнала и вычитания фона соединен с соответствующим входом блока обнаружения сигналов импульсного светомаяка, первый выход последней соединен с вторым входом блока вычисления параметров, второй выход блока обнаружения соединен с вторым входом пульта управления, первый выход блока вычисления параметров соединен с первым входом монитора, а второй его выход соединен с одним из входов блока стабилизации и управления приводом платформы, первый выход датчиков угол-код соединен с третьим входом пульта управления, а второй выход датчиков угол-код соединен с другим входом блока стабилизации и управления, выход которого соединен с приводом платформы, выходы пульта управления соединены с третьим входом блока вычисления параметров, с вторым входом монитора и с одним из входов блока стабилизации и управления, третий выход блока вычисления параметров соединен с одним из входом блока обнаружения сигналов светомаяка, а на четвертый вход управления подсоединен выход смежной системы вертолета. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что импульсный светомаяк содержит аккумулятор, генератор и лампу-вспышку, преобразователь, выпрямитель и разрядное устройство, при этом выход аккумулятора соединен с входами генератора и преобразователя, а выходы вторичной обмотки трансформатора преобразователя соединены с входами выпрямителя и разрядного устройства, другой вход которого соединен с выходом генератора, а выход выпрямителя соединен с лампой-вспышкой.