СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧКИ АВИАНОСЦА И МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК G01C21/20 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах определения позиции контролируемого объекта на основе использования нескольких разнесенных источников излучения. Технический результат - повышение точности. Для достижения данного результата определяют координаты изображений маяков на фотоматрицах, вычисляют координаты маяков в системе координат, связанной с летательным аппаратом (ЛА), вычисляют углы ориентации ЛА относительно авианосца. При этом используют сигналы инерциальной навигационной системы ЛА, определяют курс и углы качки авианосца, координаты местоположения ЛА относительно центра тяжести авианосца, точки кормового среза взлетно-посадочной полосы (ВПП) и точки посадки ЛА. Устройство содержит модуль лазерных маяков, два оптико-локационных блока, содержащие каждый фотообъектив и фотоматрицу, вычислитель, содержащий модуль обработки оцифрованного изображения лазерных маяков, модуль вычисления координат маяков, модуль вычисления матрицы направляющих косинусов, модуль вычисления углов качки и курса авианосца и модуль вычисления координат ЛА. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения качки авианосца и местоположения летательного аппарата, основанный на регистрации излучения лазерных маяков, обработке их оцифрованного изображения и вычислении координат местоположения летательного аппарата (ЛА), отличающийся тем, что в качестве источников излучения используют два одинаковых лазерных маяка, а также используют сигналы инерциальной навигационной системы (ИНС), регистрируют излучение каждого из двух лазерных маяков с известными координатами, установленных слева и справа от полетной палубы (ПП) авианосца, посредством двух разнесенных оптико-локационных блоков (ОЛБ), установленных на борту ЛА и выполненных каждый в виде плоской фоточувствительной матрицы, размещенной в фокальной плоскости фотообъектива, осуществляют обработку оцифрованных изображений, снимаемых с фоточувствительных матриц для определения координат изображений лазерных маяков, вычисляют координаты первого , , и второго , , лазерных маяков относительно ЛА:
,
,
,
где Y_1υ, Z_1υ, Y_2υ, Z_2υ - координаты изображений маяков, м, первый индекс обозначает номер фоточувствительной матрицы, второй индекс - номер маяка υ=1,2, для маяка M₁ и М₂ соответственно; F - фокусное расстояние фотообъектива, м; В - расстояние между первым и вторым ОЛБ, м, вычисляют углы ψ_χ, γ_χ, υ_χ ориентации ЛА относительно ПП:
,
,
,
где
,
,
,
, , , , , - известные координаты первого и второго маяков в системе координат, связанной с авианосцем, вычисляют матрицу направляющих косинусов

вычисляют углы качки Δυ, Δγ и курса ψ_α авианосца
Δυ=arcsinΔA₁₂,
где ΔA_ij - элементы матрицы [ΔA_ψ] (i, j=1…3),
ΔA₁₁=cosψ cosυ cosψ_χ cosυ_χ + sinυ sinυ_χ + sinψ cosυ sinψ_χ cosυ_χ,
ΔA₁₂=cosψ cosυ (sinψ_χ sinγ_χ - cosψ_χ sinυ_χ cosγ_χ) + sinυ cosυ_χ cosγ_χ - sinψ cosυ (cosψ_χ sinγ_χ + sinψ_χ sinυ_χ cosγ_χ),
ΔА₁₃=cosψ cosυ (sinψ_χ cosγ_χ + cosψ_χ sinγ_χ sinυ_χ) - sinυ cosυ_χ sinγ_χ - sinψ cosυ (cosψ_χ cosγ_χ - sinψ_χ sinυ_χ sinγ_χ),
ΔA₂₁=(sinψ sinγ + cosψ sinυ cosγ)cosψ_χ cosυ_χ + cosυ cosγ sinυ_χ - (cosψ sinγ + sinψ sinυ cosγ)sinψ_χ cosυ_χ,
ΔA₂₂=(sinψ sinγ - cosψ sinυ cosγ)(sinψ_χ sinγ_χ - cosψ_χ sinυ_χ cosγ_χ) + cosυ cosγ cosυ_χ cosγ_χ + (cosψ sinγ + sinψ sinυ cosγ)(cosψ_χ sinγ_χ + sinψ_χ sinυ_χ cosγ_χ),
ΔA₂₃=(sinψ sinγ - cosψ sinυ cosγ)(sinψ_χ cosγ_χ + cosψ_χ sinγ_χ sinυ_χ) - cosυ cosγ cosυ_χ sinγ_χ + (cosψ sinγ + sinψ sinυ cosγ)(cosψ_χ cosγ_χ - sinψ_χ sinυ_χ cosγ_χ),
ΔA₃₁=(sinψ cosγ + cosψ sinγ sinυ)cosψ_χ cosυ_χ - cosυ sinγ sinυ_χ - (cosψ cosγ - sinψ sinυ sinγ)sinψ_χ cosυ_χ,
ΔA₃₂=(sinψ cosγ + cosψ sinγ sinυ)(sinψ_χ sinγ_χ - cosψ_χ sinυ_χ cosγ_χ) + cosυ cosγ cosυ_χ sinγ_χ + (cosψ cosγ - sinψ sinυ sinγ)(cosψ_χ sinγ_χ + sinψ_χ sinυ_χ cosγ_χ),
ΔA₃₃=(sinψ cosγ + cosψ sinγ sinυ)(sinψ_χ cosγ_χ + cosψ_χ sinγ_χ sinυ_χ) - cosυ sinγ cosυ_χ cosγ_χ + (cosψ cosγ - sinψ sinυ sinγ)(cosψ_χ sinγ_χ - sinψ_χ sinυ_χ sinγ_χ),
при этом сигналы γ - угол крена, υ - угол тангажа, ψ - угол курса ЛА получают от ИНС,
вычисляют систематическую ψ_αo и случайную Δψ составляющие угла курса авианосца
, Δψ=ψ_α-ψ_αo,
где t - текущее время с момента начала измерений, вычисляют координаты ЛА , , относительно центра тяжести авианосца с учетом качки
,
вычисляют координаты , , относительно точки посадки учетом качки авианосца,
,
где

- вектор линейных перемещений точки посадки,
, , - известные координаты точки посадки, в связанной с авианосцем системе координат,
вычисляют координаты ЛА , , относительно точки кормового среза ПП с учетом качки авианосца,
,
где

- вектор линейных перемещений точки кормового среза ПП,
- известные координаты точки пересечения кормового среза с осевой линией полетной палубы, в связанной с авианосцем системе координат.

2. Устройство для определения качки авианосца и местоположения летательного аппарата, включающее два разнесенных в пространстве источника оптического излучения, обеспечивающих формирование области излучения посадочной траектории, отличающееся тем, что источники оптического излучения образуют модуль лазерных маяков, содержащий два разнесенных одинаковых лазерных маяка с известными координатами, формирующих каждый пучок оптического излучения одной длины волны, установленных слева и справа от полетной палубы (ПП) авианосца, и дополнительно содержит два разнесенных оптико-локационных блока (ОЛБ), выполненных в виде фотообъектива и фоточувствительной матрицы, и вычислитель, размещенные на борту летательного аппарата (ЛА), причем вычислитель содержит модуль обработки оцифрованного изображения лазерных маяков, модуль вычисления координат маяков, модуль вычисления матрицы направляющих косинусов, модуль вычисления углов качки и курса авианосца и модуль вычисления координат ЛА, а также инерциальную навигационную систему (ИНС), при этом модуль обработки оцифрованного изображения лазерных маяков, где определяют координаты изображений лазерных маяков на фоточувствительных матрицах, своим первым входом связан с фоточувствительной матрицей первого ОЛБ, на которой с помощью фотообъектива первого ОЛБ формируются изображения первого и второго лазерных маяков, а своим вторым входом связан с фоточувствительной матрицей второго ОЛБ, на которой с помощью фотообъектива второго ОЛБ формируются изображения первого и второго лазерных маяков, а своим выходом связан с входом модуля вычисления координат маяков, где путем вычислений определяют координаты двух маяков в системе координат, связанной с ЛА, своим выходом связанного с входом модуля вычисления матрицы направляющих косинусов, где вычисляются углы ориентации ЛА относительно ПП, выход модуля вычисления матрицы направляющих косинусов связан с первым входом модуля вычисления углов качки и курса авианосца, второй вход которого связан с выходом ИНС, где вычисляются углы качки и угол курса авианосца, модуль вычисления координат ЛА своим входом связан с выходом модуля вычисления углов качки и курса авианосца, где вычисляются координаты ЛА относительно центра тяжести авианосца, координаты ЛА относительно точки посадки и координаты ЛА относительно точки кормового среза ПП с учетом качки авианосца.