СПОСОБ ОРИЕНТАЦИИ ПОЛЯ ЗРЕНИЯ СИСТЕМЫ ОБЗОРА Российский патент 2002 года по МПК G01S17/66 G01S17/89 

Изобретение относится к способам ориентации в вертикальной плоскости поля зрения (ПЗ) системы обзора (оптической, инфракрасной, радиотехнической и т. д. ), установленной на беспилотном дистанционно пилотируемом летательном аппарате (ДПЛА), и может быть использовано при создании новых и модернизации существующих систем обзора (СО) ДПЛА.

Известен способ ориентации в вертикальной плоскости ПЗ СО ДПЛА [1], состоящий в том, что на ДПЛА в вертикальной плоскости неподвижно относительно ДПЛА устанавливают СО из четырех телевизионных камер (ТК), три из которых имеют широкое ПЗ поле зрения и установлены так, что их суммарное ПЗ составляет 90^o, а ось ПЗ (ОПЗ) четвертой ТК, имеющей узкое ПЗ, направлена вертикально. Недостатком этого способа является большое количество ТК.

Известен также способ ориентации в вертикальной плоскости ПЗ СО ДПЛА [2] , состоящий в том, что на ДПЛА устанавливают СО, содержащую одну обзорную камеру (телевизионную, тепловизионную и т.д.), с возможностью ее поворота в вертикальной плоскости относительно ДПЛА, на наземном пункте управления (НПУ) определяют требуемое значение угла ориентации ПЗ СО в вертикальной плоскости относительно продольной оси (ПО) ДПЛА, по радиоканалу передают с НПУ на ДПЛА это требуемое значение этого угла, которое принимают на ДПЛА, где измеряют текущее значение угла ориентации ПЗ СО в вертикальной плоскости относительно ПО ДПЛА, сравнивают текущее и требуемое значения угла ориентации ПЗ СО в вертикальной плоскости и поворачивают СО ДПЛА в этой плоскости до совпадения этих значений этого угла. Недостатком этого способа является возможность появления ошибки в принятом на ДПЛА требуемом значении угла ориентации ПЗ СО в вертикальной плоскости, обусловленная радиопомехами, которые могут возникнуть в радиоканале передачи этого значения этого угла от НПУ к ДПЛА.

Прототипом заявляемого изобретения следует считать способ ориентации в вертикальной плоскости ПЗ СО ДПЛА [2], общими признаками которого с заявляемым изобретением является то, что на ДПЛА устанавливают систему обзора, содержащую одну обзорную камеру (телевизионную, тепловизионную и т.д.), с возможностью ее поворота в вертикальной плоскости относительно ДПЛА и на ДПЛА измеряют текущее значение угла ориентации ПЗ СО в вертикальной плоскости относительно ПО ДПЛА.

Кроме того, в прототипе на наземном пункте управления (НПУ) определяют требуемое значение угла ориентации ПЗ СО в вертикальной плоскости относительно ПО ДПЛА, по радиоканалу передают с НПУ на ДПЛА это значение этого угла, на ДПЛА принимают это значение этого угла, сравнивают текущее и требуемое значения этого угла и поворачивают СО ДПЛА в этой плоскости до совпадения этих значений этого угла.

Недостатком прототипа является возможность появления ошибки в принятом на ДПЛА требуемом значении угла ориентации ПЗ СО в вертикальной плоскости. Это обусловлено тем, что одновременно с полезным радиосигналом, содержащим информацию о требуемом значении угла ориентации ПЗ СО, на ДПЛА приходят помеховые радиосигналы. Они могут быть помеховыми радиосигналами естественного происхождения, например отражениями полезного радиосигнала от земной (водной) поверхности на пути от НПУ до ДПЛА, которые являются особенно интенсивными при полете ДПЛА на малых высотах. Помеховые радиосигналы может также создавать противник на несущей частоте полезного радиосигнала. Помеховые радиосигналы искажают полезный радиосигнал на входе радиоприемника ДПЛА, в результате чего появляется ошибка в принятом на ДПЛА требуемом значении угла ориентации ПЗ СО в вертикальной плоскости.

Целью заявляемого изобретения является устранение указанного недостатка прототипа, а именно исключение возможности появления на ДПЛА ошибки в требуемом значении угла ориентации ПЗ СО в вертикальной плоскости.

Эта цель достигается тем, что в заявляемом изобретении все операции, которые необходимы для определения требуемого значения угла ориентации ПЗ СО в вертикальной плоскости, выполняются на борту ДПЛА.

Существо предлагаемого способа поясняется схемами, изображенными на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 показана схема, поясняющая решение задачи определения на ДПЛА оптимального требуемого значения угла ориентации в вертикальной плоскости ПЗ СО ДПЛА. На фиг. 1 обозначено: А - положение ц.м. ДПЛА в вертикальной плоскости; ГА - положение оси гировертикали (ГВ) ДПЛА; АО - проекция оси ПЗ (ОПЗ) СО ДПЛА на вертикальную плоскость; АД - проекция дальней границы ПЗ СО на вертикальную плоскость; AC - проекция ближней границы ПЗ СО на вертикальную плоскость; ПА - проекция продольной оси (ПО) ДПЛА на вертикальную плоскость; θ_по- угол ориентации ПО относительно оси ГВ; θ - угол ориентации ОПЗ СО относительно ПО ДПЛА; Д_обн - максимальная дальность обнаружения наземного объекта (НО) оператором НПУ; θ_о- угол ориентации ОПЗ СО ДПЛА относительно оси ГВ; S_б, S_обн, S_д - проекции соответственно прямых АС, Д_обн и АД на горизонтальную плоскость, проходящую через проекцию точки А на земную поверхность; V - скорость полета ДПЛА; Н - высота полета ДПЛА над земной (водной) поверхностью; F_пз - ширина угла ПЗ СО в вертикальной плоскости.

На фиг. 2 показана структурная схема возможного варианта устройства, реализующего предложенный способ. На фиг. 2 обозначено: 1 - гировертикаль (ГВ) ДПЛА; 2 - измеритель угла отклонения продольной оси ДПЛА в вертикальной плоскости (ИУПО); 3 - радиовысотомер (РВ) ДПЛА; 4 - измеритель скорости (ИС) ДПЛА; 5 - вычислитель (В) ДПЛА; 6 - суммирующий усилитель (СУ); 7 - привод (ПР); 8 - система обзора (СО) ДПЛА; 9 - измеритель угла отклонения СО в вертикальной плоскости (ИУСО).

Существо предлагаемого способа состоит в следующем. Предварительно в память вычислителя ДПЛА вводят: а) значение F_пз ширины угла ПЗ СО ДПЛА в вертикальной плоскости; б) максимальное значение Д_обн дальности обнаружения наземных объектов оператором НПУ; в) заданное значение dθ_о шага изменения угла.

На ДПЛА устанавливают СО с возможностью ее вращения относительно корпуса ДПЛА в вертикальной плоскости. В процессе полета ДПЛА на нем измеряют: а) текущее значение Н; б) текущее значение V; в) текущее значение θ_по; г) текущее значение θ. Эти измеренные значения вводят в вычислитель ДПЛА, где с использованием их, а также предварительно введенных значений Д_обн, F_пз и dθ_о вычисляют:
1) текущее значение θ_о
θ_о= 180^°- θ_по- θ; (1)
2) текущее значение S_обн

3) оптимальное требуемое значение θ_оптр угла ориентации ОПЗ СО ДПЛА относительно оси ГВ в первом приближении θ_оптр(1). В качестве оптимального требуемого значения θ_оптр принимаем то значение угла ориентации ОПЗ СО ДПЛА относительно оси ГВ, при котором для НО, попавшего в ПЗ СО ДПЛА, обеспечивается при рассматриваемых условиях полета ДПЛА максимальное значение Т_обнм времени его пребывания в ГВ СО на дальностях между НО и ДПЛА, не превышающих максимальной дальности Д_обн обнаружения НО оператором НПУ. Значение θ_оптр(1) определяется по формуле
θ_оптр(1) = θ₀; (3)
4) значения S_б(1) и S_д(1) в первом приближении
S_б(1) = Н•tg(θ_оптр(1) - 0,5•F_пз), (4)
S_д(1) = Н•tg(θ_оптр(1) + 0,5•F_пз); (5)
5) сравнивают значения S_б(1) и S_д(1) с значением S_обн;
5.а) если
S_б(1) > S_обн,
то методом последовательных приближений вычисляют значение θ_оптр по следующему алгоритму

S_б(I+1) = H•tg(θ_{оптр(I+1)}-0,5•F_пз), (7)
S_д(I+1) = H•tg(θ_{оптр(I+1)}+0,5•F_пз); (8)
T_обн(I+1) = (S_обн-S_б(I+1))/V
при S_б(I+1)<S_обн и S_д(I+1)>S_обн, (9)
T_обн(I+1) = (S_д(I+1)-S_б(I+1))/V
при S_б(I+1)<S_обн и S_д(I+1)<S_обн, (10)
а при
S_б(I+1)>S_обн, (11)
не выполняя вычислений по формулам (9) и (10), следует перейти к вычислениям по формулам (6), (7) и (8) для следующего значения I.

Вычисления по этому алгоритму следует закончить на том шаге I+1, для которого выполняется неравенство
Т_обн(I)>Т_обн(I+1), (12)
и в качестве θ_оптр принять
θ_оптр= θ_оптр(I), (13)
5.б) если
S_д(1)<S_обн,
то методом последовательных приближений вычисляют значение θ_оптр по следующему алгоритму

S_б(I+1) = H•tg(θ_{оптр(I+1)} - 0,5•F_пз), (15)
S_д(I+1) = H•tg(θ_{оптр(I+1)} + 0,5•F_пз); (16)
T_обн(I+1) = (S_обн-S_б(I+1))/V
при S_б(I+1)>S_обн и S_д(I+1)<S_обн, (17)
T_обн(I+1) = (S_д(I+1)-S_б(I+1))/V
при S_б(I+1)>S_обн и S_д(I+1)>S_обн, (18)
а при
S_д(I+1)<S_обн, (19)
не выполняя вычислений по формулам (17) и (18), следует перейти к вычислениям по формулам (14), (15) и (16) для следующего значения I. Для окончания вычислений по этому алгоритму и определения значения θ_оптр следует пользоваться рекомендациями, изложенными выше в п. 5.а) (формулы (12) и (13));
5.в) если
S_д(1)>S_обн>S_б(1),
то необходимо выполнить вычисления по следующим формулам

Если
Т_обн(2)>Т_обн(1),
то дальнейшие вычисления для определения θ_оптр следует выполнять по алгоритму, изложенному в п.5.а). Если же
Т_обн(2)<Т_обн(1),
то продолжать вычисления для определения θ_оптр следует по алгоритму, изложенному в п.5.б).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет выполнить все операции по определению требуемого значения угла ориентации ОПЗ СО ДПЛА в вертикальной плоскости на борту ДПЛА, чем и достигается цель изобретения.

Причем полученное значение этого угла является оптимальным, так как при рассматриваемых условиях полета ДПЛА оно обеспечивает максимальное значение Т_обнм времени пребывания в ПЗ СО попавшего в ПЗ СО наземного объекта (НО) на дальностях между ним и ДПЛА, не превышающих максимальной дальности Д_обн обнаружения НО оператором НПУ. В справедливости этого вывода убеждают результаты расчета зависимости Т_обн(H,θ_o), проведенного по рассмотренному выше алгоритму, представленные в табл. 1. Расчеты проводились для следующих исходных данных:
F_пз=40 град.; Д_обн=4000 м; V=40 м/с.

Значения Н и θ_o варьировались в пределах, указанных в табл. 1.

Анализ данных, приведенных в табл. 1, позволяет найти оптимальные требуемые значения θ_оптр угла ориентации ОПЗ СО ДПЛА, обеспечивающие соответствующие значения Т_обнм для соответствующих значений Н высоты полета ДПЛА, представленные в табл. 2.

Устройство, которое реализует предлагаемый способ, содержит (фиг. 2) ГВ 1, ИУПО 2, РВ 3, ИС 4, В 5, СУ 6, Пр 7, СО 8 и ИУСО 9, причем выход ГВ 1 механически связан с входом ИУПО 2, выход ИУПО 2 электрически связан с первым входом В 5, выход РВ 3 электрически связан с третьим входом В 5, выход ИС 4 электрически связан с четвертым входом В 5, первый выход В 5 электрически связан с первым входом СУ 6, второй выход В 5 электрически связан со вторым входом СУ 6, выход СУ 6 электрически связан с входом Пр 7, выход Пр 7 механически связан с СО 8 и входом ИУСО 9, выход ИУСО 9 электрически связан с пятым входом В 5, а второй вход В 5 электрически связан с выходом устройства ввода значений Д_обн, dθ_o и F_пз.

Работает это устройство следующим образом. Предварительно на второй вход В 5 подают значения Д_обн, dθ_o и F_пз и запоминают эту информацию в В 5. В ходе полета ДПЛА с помощью ГВ 1 и ИУПО 2 измеряют текущее значение θ_по и подают его на первый вход В 5, с помощью РВ 3 измеряют текущее значение Н и подают его на третий вход В 5, с помощью ИС 4 измеряют текущее значение V и подают его на четвертый вход В 5, а с помощью ИУСО 9 измеряют текущее значение угла θ и подают его на пятый вход В 5. В В 5 на основе информации, поданной на его входы, по рассмотренному выше алгоритму (п.п. 1...8) вычисляют на борту ДПЛА значения θ_оптр и θ_o. С первого выхода В 5 значение θ_оптр подают на первый вход СУ 6, а со второго выхода В 5 значение θ_o подают на второй вход СУ 6. С выхода СУ 6 разность значений θ_оптр и θ_o подают на вход Пр 7, который поворачивает СО 8 в сторону уменьшения этой разности. При этом изменяется значение θ, которое измеряют с помощью ИУСО 9, и с выхода ИУСО 9 подают на пятый вход В 5. В результате этого процесса значение θ_o изменяется до совпадения его с значением θ_оптр.

Источники информации:
1. "Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств-участников СНГ и технических средствах его выявления", серия "Технические средства разведывательных служб зарубежных государств". Ежемесячный информационный бюллетень,- М., N 7, 1999 г., стр. 3 и 4.

2. Федосов Е.А. (редактор), "Дистанционно пилотируемые летательные аппараты капиталистических стран" (Обзор по материалам иностранной печати). - М., Научно-информационный центр, 1989 г., стр. 53-64.

Изобретение относится к способам ориентации в вертикальной плоскости (ВП) поля зрения (ПЗ) систем обзора (СО), устанавливаемых на дистанционно пилотируемых летательных аппаратах (ДПЛА). Целью изобретения является исключение возможности появления на ДПЛА ошибки в требуемом значении угла ориентации ПЗ СО в ВП. Это достигается тем, что в вычислитель (В), установленный на ДПЛА, предварительно вводят и запоминают значения ширины F_пз ПЗ СО в ВП, максимальной дальности Д_обн обнаружения наземного объекта (НО) оператором наземного пункта управления (НПУ), получающего информацию от СО, и шага dθo изменения угла, в процессе полета ДПЛА на нем измеряют текущие значения скорости V и высоты Н его полета над земной поверхностью, угла θпo ориентации его продольной оси (ПО) относительно оси гировертикали (ГВ) и угла θ ориентации СO относительно ПО, вводят эти измеренные значения в В, где с использованием значений F_пз, Д_обн, dθo, Н, V, θпo и θ вычисляют текущее θo значение угла ориентации ПЗ СО относительно оси ГВ и оптимальное требуемое θоптр значение этого угла, сравнивают значения θo и θоптр и поворачивают СО в ВП до совпадения значения θo с значением θоптр. 2 табл., 2 ил.

Способ ориентации в вертикальной плоскости поля зрения системы обзора, который состоит в том, что на дистанционно пилотируемом летательном аппарате устанавливают систему обзора, содержащую одну обзорную камеру, с возможностью ее поворота в вертикальной плоскости относительно этого летательного аппарата, на этом летательном аппарате в процессе его полета измеряют текущее значение угла ориентации поля зрения системы обзора относительно продольной оси этого аппарата в вертикальной плоскости, отличающийся тем, что в вычислитель, установленный на этом летательном аппарате, предварительно вводят и запоминают значения ширины поля зрения системы обзора в вертикальной плоскости, максимальной дальности обнаружения наземного объекта оператором наземного пункта управления, получающего информацию от системы обзора, и шага изменения угла, в процессе полета летательного аппарата на нем измеряют текущие значения скорости и высоты его полета над земной поверхностью, а также угла ориентации его продольной оси относительно оси установленной на нем гировертикали, вводят эти измеренные значения в этот вычислитель, где с использованием введенных значений вычисляют текущее и оптимальное требуемое значения угла ориентации поля зрения системы обзора относительно оси гировертикали в вертикальной плоскости, сравнивают текущее и оптимальное требуемое значения этого угла в этой плоскости и поворачивают систему обзора в этой плоскости до совпадения этих значений этого угла.