УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2015 года по МПК G01C3/08 G01S17/88 G08G1/52 

Описание патента на изобретение RU2562150C1

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой области, где необходимо определить скорость движущегося объекта и расстояние до него, в частности, для контроля рельефа подстилающей поверхности и управления режимом посадки летательного аппарата.

Известен лазерный дальномер, содержащий лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения и измеритель дальности на основе измерителя временного интервала между зондирующим и отраженным целью импульсами [1].

Недостатком этого дальномера является недостаточная дальность действия при использовании полупроводникового лазера в качестве передатчика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является лазерный дальномер с некогерентным накоплением отраженного сигнала [2], содержащий лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности.

При использовании такого устройства в качестве бортового высотомера летательного аппарата (ЛА) данное устройство позволяет проводить измерения значительных высот [4], но не обладает возможностью измерения вертикальной составляющей скорости ЛА в режимах его взлета и посадки.

Задачей изобретения является обеспечение измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения.

Указанная задача решается за счет того, что в известном устройстве для измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата, содержащем лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности, на выходе приемника введен коммутатор, первый выход которого соединен со входом многоканального накопителя, а на втором выходе коммутатора введены последовательно включенные блок временной фиксации и блок интерполяции, связанный с тактовым генератором, а управляющий вход коммутатора связан с бортовой системой управления полетом ЛА.

Система управления полетом ЛА может представлять собой автономную систему управления со встроенной системой навигации, например спутниковой, и задатчиком программы полета, выход которого связан с входом блока переключения режимов.

Система управления полетом ЛА может также представлять собой систему радиоуправления, связанную с наземным командным пунктом.

На фиг. 1 представлена схема устройства с автономной системой управления. На фиг. 2 - с системой радиоуправления.

Устройство содержит передатчик 1 и приемник 2, подключенный к коммутатору 3 с двумя выходами. На одном из выходов коммутатора включен многоканальный накопитель 4, связанный с измерителем дальности и скорости 5. На втором выходе коммутатора 3 включен блок временной фиксации 6, связанный с блоком интерполяции 7. Блок интерполяции и измеритель дальности синхронизируются времязадающим тактовым генератором 8. Блок переключения режимов 9 управляется от системы управления 10. Система управления может быть автономной (фиг. 1). В этом случае она состоит из системы навигации 11 (спутниковой, инерциальной, оптико-электронной и т.п.) и задатчика программы полета 12. В другом варианте (фиг. 2) система управления представляет собой систему радиоуправления 13, связанную с наземным командным пунктом. Управление режимами измерителя высоты и скорости осуществляется блоком управления 14.

При взлете ЛА коммутатор 3 переключает выход приемника 2 на вход блока временной фиксации 6. Затем производят серию зондирований подстилающей поверхности. Каждому i-му зондирующему импульсу передатчика 1 соответствует сигнал на выходе приемника, задержанный на время распространения света при его распространении между передатчиком, земной поверхностью и приемником. Величина этой задержки tj определяется блоком временной фиксации и по ней определяется высота Ri по формуле Ri=c·ti/2, где c - скорость света. По окончании серии производят линейную интерполяцию результатов измерений в виде

где R(t) - текущая дальность до объекта; t - текущее время; V - оценка скорости; R0 - оценка дальности до объекта при t=0. Значения R0 и V можно определить методом наименьших квадратов по формулам [6]

где

R0 - оценка дальности до объекта в момент времени t=0;

V - оценка скорости объекта;

Ri=c·ti/2 - результат измерения дальности до объекта в i-м зондировании;

Ti - моменты времени, в которые произведены замеры дальности Ri;

c - скорость света,

m - количество замеров дальности в серии,

ti - задержка между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения в i-м зондировании.

В штатном полете - система управления по команде задатчика программы полета 12 или по команде с наземного командного пункта, переданной через систему радиоуправления 13, переводит устройство в режим некогерентного накопления [2]. При этом блок переключения режимов 9 с помощью коммутатора 3 переключает выход приемника 2 на вход многоканального накопителя 4, синхронизируемого тактовым генератором 8. Накопление принимаемых сигналов продолжается до тех пор, пока не будет зафиксировано наличие отраженного сигнала. Измеритель дальности и скорости 5 анализирует массив накопленных данных, определяя положение накопленного массива относительно временной шкалы по заданному критерию [2], например по положению центра тяжести накопленного массива данных [3] или максимуму корреляционной функции , где j - порядковый номер ячейки дальности; Pmax - максимальное число ячеек дальности, соответствующее диапазону измерения дальности; {S0j} - массив выборочных значений зондирующего импульса; {Sj} - массив накопленных значений принятых реализаций; p - текущее количество шагов при пошаговом сдвиге {Sj}. Дальность R до объекта определяется по формуле R=cPΔt/2, где c - скорость света; P - номер ячейки дальности, соответствующий положению накопленного массива; Δt - длительность тактового интервала. Скорость V в этом случае может быть определена как относительное приращение высоты R за период T между k-м и (k-1) измерениями:

.

При посадке ЛА подается сигнал с автономного задатчика программы полета 10 или системы радиоуправления 13 на блок переключения режимов 9 и блок управления 14. После этого выход приемника 2 вновь переключается на вход блока временной фиксации 6, и блок интерполяции 7 определяет траекторию ЛА согласно выражениям (1)-(3). Время t в выражении (1) может быть привязано к окончанию процесса измерений или экстраполировать результат измерения вперед вплоть до приземления ЛА. Данное изобретение позволяет:

- Увеличить измеряемую высоту летательного аппарата до 1000-2000 м.

- Уменьшить минимальную измеряемую высоту до 2 м.

- Обеспечить минимальный период обновления информации порядка 1 с на больших высотах и до 0,1 c - на малых.

- Обеспечить минимальную ошибку измерения скорости 0,01-0,1 м/с в зависимости от длительности серии зондирований и количества замеров в серии.

- Интерполировать результаты к любому моменту периода измерений или экстраполировать их на заданное время вперед.

Эти выводы подтверждены испытаниями макетных образцов высотомера-скоростемера [5, 6]. Тем самым подтверждено решение поставленной задачи - обеспечение измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения.

Источники информации

1. В.А. Смирнов «Введение в оптическую радиоэлектронику». Изд. «Советское радио», Москва, 1973 г., С. 189.

2. В.Г. Вильнер и др. Оценка возможностей светолокационного измерителя дальности с накоплением. - Фотоника, 2007, №6, с. 22-26. - прототип.

3. Способ светолокационного определения дальности. Патент РФ №2390724.

4. Способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта. Патент РФ №2378705.

5. Малогабаритный лазерный высотомер ДЛ-5М. Фотоника №3, 2013 г., с. 55.

6. В.Г. Вильнер и др. Пути достижения предельной точности лазерного скоростемера. - «Мир измерений» №7, 2010 г., с. 17-21.

Похожие патенты RU2562150C1

название год авторы номер документа
ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР 2014
  • Вильнер Валерий Григорьевич
  • Ларюшин Александр Иванович
  • Рябокуль Артем Сергеевич
  • Турикова Галина Владимировна
RU2560011C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ 2014
  • Вильнер Валерий Григорьевич
  • Игнатьев Дмитрий Игоревич
  • Ларюшин Александр Иванович
  • Лицарев Николай Александрович
  • Почтарев Валерий Львович
  • Рябокуль Артем Сергеевич
  • Седов Виталий Анатольевич
RU2562147C1
Бортовой лазерный дальномер с определением высоты нижнего края облачности 2020
  • Исаев Сергей Александрович
  • Мухин Иван Ефимович
  • Селезнев Станислав Леонидович
RU2737592C1
Устройство обеспечения безопасности пилотирования в условиях облачности с оценкой возможности посадки на водоем со снежно-ледяным покровом 2024
  • Исаев Сергей Александрович
  • Мухин Иван Ефимович
  • Селезнев Станислав Леонидович
RU2821159C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ЛА 2014
  • Вильнер Валерий Григорьевич
  • Ларюшин Александр Иванович
  • Рябокуль Артем Сергеевич
RU2563607C1
СПОСОБ ОЦЕНКИ ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ УДАЛЕННОГО ОБЪЕКТА 2014
  • Вильнер Валерий Григорьевич
  • Ларюшин Александр Иванович
  • Рябокуль Артем Сергеевич
RU2563608C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ УДАЛЕННОГО ОБЪЕКТА 2014
  • Вильнер Валерий Григорьевич
  • Ларюшин Александр Иванович
  • Рябокуль Артем Сергеевич
RU2562148C1
АВТОМАТИЧЕСКИЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС 2000
  • Цыплаков В.В.
  • Берестов Л.М.
  • Серов Л.В.
  • Кондратов А.А.
  • Леут А.П.
  • Дедеш В.Т.
  • Трофимов Н.С.
  • Калинин Ю.И.
  • Жихарев В.Н.
  • Чудный Ю.М.
  • Сазонов Н.И.
  • Дворников В.Н.
  • Белый В.Д.
  • Утицкий В.Д.
RU2200900C2
АЭРОДРОМНЫЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС МОНИТОРИНГА, УПРАВЛЕНИЯ И ДЕМОНСТРАЦИИ ПОЛЕТОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 2010
  • Архангельский Владимир Евгеньевич
  • Шматов Николай Николаевич
  • Худяков Константин Степанович
  • Калинин Юрий Иванович
  • Жадовский Сергей Михайлович
  • Макарова Алла Юрьевна
RU2426074C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 2014
  • Вильнер Валерий Григорьевич
  • Волобуев Владимир Георгиевич
  • Игнатьев Дмитрий Игоревич
  • Рябокуль Борис Кириллович
  • Седов Виталий Анатольевич
  • Турикова Галина Владимировна
RU2558694C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 562 150 C1

Реферат патента 2015 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Изобретение относится к устройству для автоматического определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Устройство содержит лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности. На выходе приемника введен коммутатор, первый выход которого соединен со входом многоканального накопителя, а на втором выходе коммутатора введены последовательно включенные блок временной фиксации и блок интерполяции, связанный с тактовым генератором, а управляющий вход коммутатора связан с бортовой системой управления полетом ЛА. Технический результат изобретения заключается в обеспечении измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 562 150 C1

1. Устройство для измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата, содержащее лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности, отличающееся тем, что на выходе приемника введен коммутатор, первый выход которого соединен со входом многоканального накопителя, а на втором выходе коммутатора введены последовательно включенные блок временной фиксации и блок интерполяции, связанный с тактовым генератором, а управляющий вход коммутатора связан с бортовой системой управления полетом ЛА.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система управления полетом ЛА представляет собой автономную систему управления со встроенной системой навигации, например инерционной, и задатчиком маршрута, выход которого связан с входом блока переключения режимов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система управления полетом ЛА представляет собой систему радиоуправления, связанную с наземным командным пунктом.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2562150C1

СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ УДАЛЕННОГО ОБЪЕКТА 2007
  • Вильнер Валерий Григорьевич
  • Вильнер Ирина Вольфовна
  • Волобуев Владимир Георгиевич
  • Дубинин Владимир Иванович
  • Значко Константин Витальевич
  • Рудь Евгений Леонидович
  • Рябокуль Борис Кириллович
RU2352903C1
US 7791713 B2 07.09.2010
EP 1912078 B1 24.07.2013
Устройство для защиты инструмента при глубоком сверлении 1976
  • Рогозный Александр Иванович
  • Кондрашов Николай Федорович
SU582086A2
US 20120261516 A1 18.10.2012

RU 2 562 150 C1

Авторы

Вильнер Валерий Григорьевич

Ларюшин Александр Иванович

Рябокуль Артем Сергеевич

Седов Виталий Анатольевич

Даты

2015-09-10Публикация

2014-06-09Подача