Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения высоты полета летательного аппарата (ЛА).
Устройства для автоматического измерения высоты полета ЛА известны. Наиболее часто для измерения высоты полета используют радиолокаторы, работающие в СВЧ диапазоне [1]. Точность работы радиовысотомеров составляет единицы процентов и уменьшается с уменьшением высоты. Особенно большие погрешности в работе радиолокационных высотомеров наблюдаются при сверхмалых высотах полета (десятки метров), имеющих место при посадке, взлете, выполнении монтажных работ на вертолете, управлении полетом беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Поэтому на сверхмалых высотах радиолокационные высотомеры не находят применения. Для работы на сверхмалых высотах предложены некогерентные рентгеновские измерители малых высот [2, 3], принцип действия которых основан на выделении максимума обратно рассеянных квантов, регистрируемых детектором. Основными недостатками устройств [2, 3] являются: во-первых, невысокая точность измерения высоты, что связано с широкой диаграммой направленности излучения рентгеновского передатчика, доходящей до 80°; во-вторых, в негативном воздействии рентгеновского излучения со средней энергией 60 кэВ в телесном угле до 80° на все живые организмы, что требует принятия специальных защитных мер как для людей, размещаемых на летательном аппарате, так и людей, возможно, находящихся на отражающей поверхности; в-третьих, в относительно большом энергопотреблении. Указанные недостатки в значительной степени устранены в высотомере летательного аппарата [4]. Известное устройство [4] состоит из двух оптико-электронных измерителей наклонной дальности с применением фокусирующих оптических объективов, позволяющих уменьшить ширину диафрагмы направленности до десятков угловых минут, что снижает энергетические затраты и повышает точность измерения высоты. В каждом измерителе наклонной дальности в задней фокальной плоскости первого объектива размещен светоизлучатель, подключенный к блоку питания, а в задней фокальной плоскости второго объектива размещен светочувствительный линейный прибор с зарядовой связью (ЛПЗС), состоящий из N светочувствительных ячеек. Управляет работой светочувствительного ЛПЗС генератор сдвиговых импульсов. Счетчик импульсов фиксирует номер считываемого светочувствительной ячейки ЛПЗС. Информационный выход ЛПЗС через пороговый усилитель подключен к управляющему входу ключа. В том случае, когда с ЛПЗС считывается видеосигнал изображения подстилающей поверхности, освещенной светоизлучателем, на выходе порогового усилителя формируется импульс, который открывает ключ, и показание счетчика импульсов переписывается в регистр памяти. Блок вычисления дальности по номеру светочувствительной ячейки ЛПЗС и известному базовому расстоянию рассчитывает наклонную дальность до освещенной излучателем точки подстилающей поверхности. Эта наклонная дальность зависит как от высоты Н полета ЛА, так и от угла β атаки ЛА (Фиг. 1). Для определения высоты полета в устройстве применено два измерителя наклонной дальности, разнесенных на базовое расстояние L (Фиг. 1). Полученные результаты с выхода каждого блока измерения наклонной дальности одновременно поступают на соответствующие информационные входы блока вычитания, где осуществляется расчет разности между измеренными расстояниями. С выхода блока вычитания результат поступает на вход блока вычисления угла тангажа. При этом информация о расстоянии между блоками измерения наклонной дальности L записывается заранее на этапе юстировки и настройки высотомера в блок памяти. Эти данные подаются на вход блока вычисления sinpβ. С выхода блока вычисления sinβ и входа блока памяти информация поступает на соответствующие входы первого блока умножения, где происходит расчет разности высот нахождения относительно Земли блоков измерения наклонной дальности. Сигнал с входа блока вычитания и сигнал с выхода блока измерения наклонной дальности поступает на соответствующие входы блока деления. В блоке сложения к результату, полученному с входа блока деления, прибавляется единица. На входы второго блока умножения поступают результаты соответственно с блока умножения и блока сложения. Во втором блоке умножения рассчитывается конечная высота Н, значение которой подается на регистратор в требуемой форме.
Высотомер летательного аппарата [4] может быть выбран в качестве технического решения, наиболее близкого к заявляемому.
Особенность функционирования известного устройства [4] состоит в том, что при его размещении на малоразмерных ЛА, например БПЛА, не удается разнести блоки измерения наклонной дальности на значительные расстояния L, превышающие габаритные размеры самого ЛА и составляющие единицы метров. Поэтому при работе устройства на относительно больших высотах в десятки метров поля зрения блоков измерения наклонной дальности будут пересекаться. Это приведет к тому, что на светочувствительную поверхность ЛПЗС первого блока измерения наклонной дальности будет спроецирован световой поток от светоизлучателя второго блока измерения наклонной дальности и наоборот, на ЛПЗС второго блока измерения наклонной дальности может попасть световое пятно от светоизлучателя первого блока измерения наклонной дальности. В результате может быть рассчитано ошибочное значение высоты полета Н ЛА. Для устранения указанных ошибок в известном устройстве необходимо ограничивать максимально возможную измеряемую высоту условием обеспечения неперекрывания полей зрения блоков измерения наклонной дальности. В общем случае максимально возможная измеряемая высота Н пропорциональна значению базового расстояния L. Поэтому наибольшие ограничения по максимально возможной измеряемой высоте Н будут накладываться при размещении устройства на малогабаритных БПЛА.
Таким образом, недостаток известного высотомера летательного аппарата состоит в относительно малом диапазоне измеряемых высот, вызванном ограничением максимально возможной измеряемой высоты.
Цель настоящего предложения состоит в расширении диапазона измеряемых высот летательного аппарата.
Поставленная цель достигается тем, что каждый из двух блоков измерения наклонной дальности освещает земную поверхность поочередно, например первый блок измерения наклонной дальности излучает световой поток и регистрирует его изображение на подстилающей поверхности в тот промежуток времени, когда считывается информация с ЛПЗС второго блока измерения наклонной дальности и, следовательно, этот ЛПЗС не реагирует на освещение его светочувствительной поверхности. Для реализации этого в устройство дополнительно введен RS триггер, каждый блок измерения наклонной дальности дополнен вторым ключом, а каждый блок питания выполнен управляемым, вход управления блока питания служит третьим входом соответствующего блока измерения наклонной дальности, первым и вторым входом которого служат соответствующие входы второго ключа соответствующего блока измерения наклонной дальности. Синхронизацию работы светоизлучателей и ЛПЗС осуществляет RS триггер. В момент окончания считывания информации с ЛПЗС в одном из блоков измерения наклонной дальности, например в первом, импульс выхода старшего разряда соответствующего счетчика импульсов поступает на R вход RS триггера, переводя его в противоположное устойчивое состояние. В результате на его
Структурная схема устройства представлена на Фиг.2. Устройство содержит два идентичных блока: первый блок измерения наклонной дальности 1 и второй блок измерения наклонной дальности 2, которые разнесены один относительно другого на расстояние L (Фиг. 1). Каждый из блоков измерения наклонной дальности 1 и 2 содержат объективы 3 и 4, расположенные в одной плоскости и разнесенные на базовое расстояние I, светоизлучатель 5, управляемый блок питания 6, линейный прибор с зарядовой связью 7, пороговый усилитель 8, ключ 9, регистр памяти 10, счетчик импульсов 11, блок вычисления наклонной дальности 12 и второй ключ 13. Каждый линейный прибор с зарядовой связью 7 предназначен для преобразования светового потока, падающего на светочувствительную поверхность, в зарядовые пакеты в режиме фотопреобразования, и дальнейшего преобразования в режиме считывания в электрический сигнал. Оптические оси объективов 3 и 4 ориентированы в сторону поверхности Земли и размещены в одной плоскости. В задней фокальной плоскости объектива 3 помещен светоизлучатель 5, который подключен к выходу управляемого блока питания 6. В задней фокальной плоскости объектива 4 помещен линейный прибор с зарядовой связью 7. Линейный прибор с зарядовой связью 7 состоит из N-числа светочувствительных ячеек. Структура линейного прибора с зарядовой связью 7 размещена в плоскости, образуемой оптическими осями объективов 3 и 4. Выход линейного прибора с зарядовой связью 7 через пороговый усилитель 8 подключен к управляющему входу ключа 9. Ключ 9 своим информационным выходом подключен к входу регистра памяти 10, а информационным входом - к выходу счетчика импульсов 11. Регистр памяти 10 своим выходом подключен к блоку вычисления дальности 12. Счетчик импульсов 11 своим входом соединен с выходом второго ключа 13 и управляющим входом линейного прибора с зарядовой связью 7, а своим выходом старшего разряда подключен к управляющему входу регистра памяти 10. Первым выходом блока измерения наклонной дальности 1 или 2 является выход соответствующего блока вычисления дальности 12, вторым выходом каждого блока измерения наклонной дальности 1 или 2 служит выход старшего разряда счетчика импульсов 11, информационный вход второго ключа 13 служит первым входом соответствующего блока измерения наклонной дальности 1 или 2, вторым входом которого служит управляющий вход соответствующего ключа 13, а третьим входом блока измерения наклонной дальности служит вход соответствующего управляемого блока питания 6. Выход каждого блока измерения наклонной дальности 1 и 2 подключен к соответствующему входу блока вычитания 14. Блок вычитания 14 своим выходом подключен к первому входу блока вычисления угла тангажа 15. Блок вычисления угла тангажа 15 своим выходом подключен к входу блока вычисления sinβ 16. Блок памяти 17 своим выходом подключен ко второму входу блока вычисления угла тангажа 15 и ко второму входу первого блока умножения 18. Блок вычисления sinβ 16 своим выходом подключен к первому входу первого блока умножения 18. Блок деления 19 своим выходом подключен к входу блока сложения 20, первым информационным входом подключен к выходу блока вычитания 14, а вторым информационным входом подключен к выходу второго блока измерения наклонной дальности 2. Блок сложения 20 своим выходом подключен к входу второго блока умножения 21, выходом соединенного с входом регистратора 22. Второй информационный вход второго блока умножения 21 подключен к выходу первого блока умножения 18. Управляющий выход синхрогенератора 23 подключен к входу генератора сдвиговых импульсов 24, входу блока вычитания 14, входу блока вычисления угла тангажа 15, входу блока вычисления sinβ 16, входу первого блока умножения 18, входу блока деления 19, входу блока сложения 20, входу второго блока умножения 21. Первый вход каждого блока измерения наклонной дальности 1 и 2 соединен с выходом генератора сдвиговых импульсов 24. Второй вход блока измерения наклонной дальности 1 и 2 подключен соответственно к
Работает устройство следующим образом. В процессе работы устройства RS триггер 25 может находится в одном из двух устойчивых состояний. Пусть, для определенности, RS триггер 25 находится в условно «нулевом» состоянии, когда на его Q выходе действует сигнал логической «1», а на его
А-В=С,
где А - сигнал, пропорциональный расстоянию, измеренному первым блоком измерения наклонной дальности 1;
В - сигнал, пропорциональный расстоянию, измеренному вторым блоком измерения наклонной дальности 2;
С - разность сигналов А и В.
С выхода блока вычитания 14 результат поступает на вход блока вычисления угла тангажа 15. При этом информация о расстояния между блоками измерения наклонной дальности 1 и 2 записывается заранее в блок памяти 17. Эти данные подаются на вход блока вычисления sinβ 16. С выхода блока вычисления sinβ 16 и входа блока памяти 17 информация поступает на соответствующие входы первого блока умножения 18, где происходит расчет разности высот нахождения относительно Земли блоков измерения наклонной дальности 1 и 2. Сигнал с входа блока вычитания 14 и сигнал с выхода блока измерения наклонной дальности 2 поступает на соответствующие входы блока деления 19, где рассчитывается частное (В/(А-В)). В блоке сложения 20 к результату, полученному с входа блока деления 19, прибавляется единица. На входы блока второго умножения 21 поступают результаты соответственно с первого блока умножения 18 и блока сложения 20. Во втором блоке умножения 21 рассчитывается конечная высота, значение которой подается на регистратор 22. Синхронную работу блоков измерения наклонной дальности 1 и 2, блока вычитания 14, блока вычисления угла тангажа 15, блока вычисления sinβ 16, первого блока умножения 18, блока деления 19, блока сложения 20, второго блока умножения 21 обеспечивает синхрогенератор 23.
Источники информации
1. Колчинский В.Е. и др. Доплеровские устройства и системы навигации. М.: Сов. радио, 1975, с. 45.
2. Герчиков Ф.Л. Управляемое рентгеновское излучение в приборостроении. М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 57.
3. Лопота В.А., Половко С.А., Смирнова Н.В., Спасский Б.А., Юревич Е.И. Способ измерения малых высот и устройство для его осуществления. Патент RU 2032919 S1, G01S 17/66, 13/64. Опубликован 10.04.1995.
4. Вахмистров А.В., Ковалев Д.И., Шабаков Е.И. Высотомер летательного аппарата. Патент RU 2253880 C1, G01S 13/91, 17/08. Опубликован 10.06.2005.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ВЫСОТОМЕР ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА | 2004 |
|
RU2253880C1 |
ИНФРАКРАСНЫЙ ЛОКАТОР ДЛЯ ЛЮДЕЙ С ОСЛАБЛЕННЫМ ЗРЕНИЕМ | 2007 |
|
RU2359287C1 |
Однострочный датчик видеосигнала | 1989 |
|
SU1665534A1 |
Способ регулирования экспозиции | 1988 |
|
SU1697045A1 |
Однострочный датчик видеосигнала | 1987 |
|
SU1515394A1 |
Устройство для измерения скорости движения объекта | 1989 |
|
SU1675780A1 |
Многоканальный флуориметр | 1987 |
|
SU1574014A1 |
ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 2000 |
|
RU2170437C1 |
ИНФРАКРАСНЫЙ ЛОКАТОР ДЛЯ ЛЮДЕЙ С ОСЛАБЛЕННЫМ ЗРЕНИЕМ | 2006 |
|
RU2298205C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОЙ ДИСТАНЦИИ МЕЖДУ ТРАНСПОРТНЫМИ СРЕДСТВАМИ | 1999 |
|
RU2149461C1 |
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения малых высот полета летательного аппарата. Достигаемый технический результат - расширение диапазона измеряемых высот летательного аппарата. Указанный результат достигается тем, что в высотомер введены RS триггер и в каждом блоке измерения наклонной дальности второй ключ, выходом соединенный с управляющим входом светочувствительного прибора с зарядовой связью блока измерения наклонной дальности, причем информационный вход второго ключа служит первым входом блока измерения наклонной дальности, вторым входом которого служит управляющий вход ключа, третьим входом блока измерения наклонной дальности служит вход блока питания, выполненного управляемым, а вторым выходом каждого блока измерения наклонной дальности служит выход счетчика импульсов, причем R вход RS триггера соединен с вторым выходом первого блока измерения наклонной дальности, a S вход RS триггера подключен к второму выходу второго блока измерения наклонной дальности, третий вход которого соединен параллельно с R выходом RS триггера с вторым входом первого блока измерения наклонной дальности, третий вход которого присоединен параллельно с S входом RS триггера к второму входу второго блока измерения наклонной дальности. 2 ил.
Высотомер летательного аппарата, содержащий первый и второй блоки измерения наклонной дальности, регистратор, блок памяти, синхрогенератор, генератор сдвиговых импульсов, последовательно соединенные блок вычитания, блок вычисления угла тангажа, блок вычисления sinβ и первый блок умножения, а также последовательно соединенные блок деления, блок сложения и второй блок умножения, причем выход каждого блока измерения наклонной дальности подключен к соответствующему входу блока вычитания, выходом соединенного с первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу одного из блоков измерения наклонной дальности, при этом выход синхрогенератора соединен соответственно с управляющим входом первого блока умножения, с управляющим входом блока сложения, управляющим входом блока деления, управляющим входом второго блока умножения, управляющим входом блока вычисления sinβ, управляющим входом блока вычисления угла тангажа, управляющим входом блока вычитания и управляющим входом генератора сдвиговых импульсов, выходом подключенного к первому входу первого и второго блоков измерения наклонной дальности, причем первый и второй блоки измерения наклонной дальности разнесены один относительно другого на базовое расстояние L, выход блока памяти подключен ко второму информационному входу блока вычисления угла тангажа и второму информационному входу первого блока умножения, выходом соединенного со вторым информационным входом второго блока умножения, выходом подключенного к входу регистратора, а каждый блок измерения наклонной дальности выполнен в виде первого и второго объективов, оптические оси которых разнесены на базовое расстояние I и ориентированы в направлении земной поверхности, последовательно соединенных порогового усилителя, ключа и блока вычисления дальности, а также счетчика импульсов, блока питания, светоизлучателя и светочувствительного линейного прибора с зарядовой связью, причем в задней фокальной плоскости первого объектива размещен светоизлучатель, а в задней фокальной плоскости второго объектива размещен светочувствительный линейный прибор с зарядовой связью, выходом соединенный с входом порогового усилителя, а управляющим входом подключенный к входу счетчика импульсов, выход которого подключен к управляющему входу ключа, а выход старшего разряда соединен с управляющим входом регистра памяти, при этом выход блока питания подключен к входу светоизлучателя, при этом выходом первого и второго блоков измерения наклонной дальности служит соответствующий блок вычисления дальности, отличающийся тем, что дополнительно введен RS триггер, а в каждый блок вычисления наклонной дальности дополнительно введен второй ключ и организованы второй и третий входы и второй выход, причем выход генератора сдвиговых импульсов подключен к первому входу каждого блока измерения наклонной дальности, второй вход первого блока измерения наклонной дальности присоединен параллельно с третьим входом второго блока измерения наклонной дальности к
ВЫСОТОМЕР ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА | 2004 |
|
RU2253880C1 |
РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛЫХ ВЫСОТ | 2010 |
|
RU2449310C2 |
Привод для нагнетателей авиационных моторов | 1939 |
|
SU58727A1 |
РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ АВТОНОМНЫЙ СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ПРЕПЯТСТВИЯМИ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2012 |
|
RU2507539C2 |
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ПРЕПЯТСТВИЯМИ | 1999 |
|
RU2150752C1 |
ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ НИКЕЛЬ - БОР | 1993 |
|
RU2124072C1 |
Звездочка для втулочно-роликовых цепей | 1989 |
|
SU1798567A1 |
US 6812885 B2, 02.11.2004 |
Авторы
Даты
2015-10-20—Публикация
2014-05-12—Подача