СПОСОБ ОРИЕНТАЦИИ ПО ЛАЗЕРНОМУ ЛУЧУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2016 года по МПК G01S17/88 B64F1/18 G05D1/00 

Способ ориентации по лазерному лучу и система для его реализации (группа изобретений) предназначены для выполнения ориентации при движении транспортных средств, например, при посадке летательных аппаратов (ЛА), проводке речных и морских судов, движении автомобильного и других видов транспорта и могут быть использованы для определения положения транспортного средства относительно заданной траектории движения (например, относительно плоскости глиссады и/или посадочного курса при выполнении посадки ЛА).

Известен "Способ ориентации в пространстве движущегося транспорта по световому лучу и устройство для его реализации" [1] (патент РФ №2322371, МПК B64F 1/18; G01S 17/50).

Способ заключается в том, что в заданную зону пространства в определенном направлении посылают световой луч, принимают с помощью фотоприемного устройства излучение от боковых сторон луча, формируют проекцию луча на видеоэкране, сравнивают положение проекции луча с указанным на видеоэкране направлением движения транспорта и по их расположению определяют отклонение транспорта от заданного направления движения.

Устройство для реализации указанного способа содержит электрически связанные с компьютером блоки регистрации и воспроизведения на видеомониторе вида светового луча и блок формирования вида светового луча, соответствующего положению транспорта на заданной траектории движения.

Недостатком способа [1] является потеря времени на адаптацию зрения при переходе пилота ЛА от определения положения ЛА по приборам к визуальной ориентации по внекабинным ориентирам - виду огней глиссадной системы, светосигнальных огней, огней рулевых дорожек и т.д. Устройство, реализующее описанный способ [1], обладает определенными недостатками, наиболее существенным из которых является его конструктивная сложность.

Известен способ ориентации пилота ЛА по лазерному лучу (прототип) [2] (Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. - М., Транспорт, 1993. С. 160-164), который заключается в направлении лазерного луча в сторону транспортного средства летательного аппарата (ЛА) параллельно или под небольшим (до 3-х градусов) углом к траектории его движения и определении по положению луча отклонения ЛА от заданной траектории движения.

Устройство [2] для реализации указанного способа (лазерная система оптической посадки на авианосец или аэродром) содержит, по крайней мере, один лазерный излучатель, луч которого направлен в сторону ЛА параллельно или разведен под небольшим углом к траектории его движения.

Недостатками системы ориентации по лазерному лучу [2] является уменьшение видимости проекции луча в простых метеоусловиях из-за малой интенсивности рассеянного излучения [3] (Зуев В.Е., Фадеев В.Я. Лазерные навигационные системы, М.: Радио и связь, 1987. 160 с.), а в сложных метеоусловиях (туман, дымка, дождь и т.п.) происходит увеличение поперечного размера лазерного луча и тем самым снижается чувствительность и точность ориентации.

Целью предлагаемого способа ориентации по лазерному лучу и системы для его реализации является улучшение видимости луча и повышение чувствительности и точности ориентации при изменении метеоусловий.

Суть способа заключается в использовании известного эффекта анизотропии интенсивности рассеяния света при распространении линейно поляризованного излучения [4] (Жевандров Н.Д. Поляризация света. М.: Наука, 1969. С. 86-93).

Способ ориентации по лазерному лучу отличается от известного технического решения [2], заключающегося в направлении лазерного луча в сторону транспортного средства параллельно или разведенного под небольшим (до 3-х градусов) углом от траектории его движения и определении по положению лазерного луча отклонения транспортного средства от заданной траектории движения, тем, что в лазерном излучателе формируют линейную поляризацию и устанавливают положение плоскости поляризации излучения перпендикулярно плоскости, проходящей через траекторию движения транспортного средства и лазерный луч.

При этом в отличие от известного технического решения [2] улучшается видимость луча за счет повышения интенсивности рассеянного излучения в направлении визирования, в то же время в ортогональной плоскости происходит уменьшение интенсивности рассеянного излучения, что приводит к повышению чувствительности и точности ориентации по лазерному лучу.

Способ ориентации по лазерному лучу может быть применен при создании систем ориентации по лазерному лучу для различных видов транспорта.

Система для ориентации по лазерному лучу отличается от известного технического решения, содержащего, по крайней мере, один лазерный излучатель, луч которого направлен в сторону движущегося транспортного средства параллельно или разведен под небольшим углом (до 3-х градусов) от траектории его движения тем, что лазерный излучатель выполнен с линейной поляризацией излучения и снабжен дополнительно механизмом поворота "плоскости поляризации", с возможностью фиксации ее положения перпендикулярно плоскости, проходящей через траекторию движения транспортного средства и ось лазерного луча.

Система для ориентации по лазерному лучу (вариант) отличается от известного технического решения, содержащего, по крайней мере, один лазерный излучатель, луч которого направлен в сторону движущегося транспортного средства параллельно или разведен под небольшим углом (до 3-х градусов) от траектории его движения тем, что лазерный излучатель выполнен с неполяризованным излучением, или с эллиптически поляризованным излучением, или с циркулярно поляризованным излучением и дополнительно снабжен поляризатором линейной поляризации излучения с возможностью поворота поляризатора и фиксации положения плоскости поляризации перпендикулярно плоскости, проходящей через траекторию движения транспортного средства и ось лазерного луча.

Сущность способа и устройства ориентации по лазерному лучу поясняется схемами фиг. 1, фиг. 2, демонстрирующими, например, ориентацию пилота при выполнении посадки летательного аппарата (ЛА).

На фиг. 1 и фиг. 2 приняты следующие условные обозначения:

1 - лазерный излучатель с линейной поляризацией излучения; 2 - луч лазерного излучателя; 3 - механизм поворота; 4 - плоскость, проходящая через траекторию движения ЛА и лазерный луч; 5 - вектор Е напряженности электрического поля; 6 - плоскость поляризации; 7 - летательный аппарат (ЛА); 8 - траектория движения ЛА; 9 - плоскость ВПП; 10 - лазерный излучатель (с неполяризованным излучением, или с эллиптически поляризованным излучением, или с циркулярно поляризованным излучением); 11 - поляризатор линейной поляризации излучения.

Система ориентации по лазерному лучу фиг. 1 содержит лазерный излучатель с линейной поляризацией излучения - 1 и механизм поворота - 3 плоскости поляризации (6). Как видно из схемы фиг. 1, лазерный излучатель (1) установлен вблизи ВПП (9), его луч (2) направлен в сторону совершающего посадку ЛА (7) параллельно или разведен под небольшим (до 3-х градусов) углом, от заданной траектории движения (8). Лазерный излучатель (1) дополнительно снабжен механизмом поворота (3) относительно оси луча (2), с возможностью фиксации излучателя (1) в определенном положении, при котором плоскость поляризации (6), характеризуемая направлением вектора Е напряженности электрического поля (5), устанавливается перпендикулярно плоскости (4), проходящей через траекторию (8) движения летательного аппарата (7) и ось лазерного луча (2).

Система ориентации по лазерному лучу (вариант) фиг. 2 содержит лазерный излучатель - 10 (с неполяризованным излучением, или с эллиптически поляризованным излучением, или с циркулярно поляризованным излучением), поляризатор линейной поляризации излучения - 11 и механизм поворота - 3 поляризатора - 11 (плоскости поляризации 6). Как видно из схемы фиг. 2 лазерный излучатель (10) установлен вблизи ВПП (9), луч (2) лазерного излучателя направлен в сторону совершающего посадку ЛА (7) параллельно или разведен под небольшим (до 3-х градусов) углом, от заданной траектории движения (8). Перед лазерным излучателем (10) установлен поляризатор линейной поляризации излучения (11). Поляризатор (8) дополнительно снабжен механизмом поворота (3) относительно оси луча (2), с возможностью фиксации поляризатора в определенном положении, при котором плоскость поляризации (6), характеризуемая направлением вектора Е напряженности электрического поля (5), устанавливается перпендикулярно плоскости (4), проходящей через траекторию (8) движения летательного аппарата (7) и ось лазерного луча (2).

Ориентация пилота ЛА или водителей других транспортных средств по предложенному способу, заключающаяся в направлении лазерного луча в сторону транспортного средства параллельно или разведенного под небольшим углом к траектории его движения и определении по положению лазерного луча отклонения транспортного средства от заданной траектории движения. Формирование линейной поляризации и установка положения плоскости поляризации излучения перпендикулярно плоскости, проходящей через траекторию движения транспортного средства и лазерный луч, позволяют существенно увеличить дальность обнаружения ориентира (лазерного луча) за счет сужения диаграммы рассеивания поляризованного излучения и, соответственно, увеличения интенсивности излучения в плоскости ориентирования. Кроме того, сужение диаграммы рассеивания поляризованного излучения в ортогональном направлении уменьшает видимый пилотом поперечный размер луча, что повышает чувствительность и точность ориентации.

Реализация заявленных способа и устройств не представляет технической сложности. В частности, в справочнике [6] приведены лазерные излучатели как с линейно поляризованным, так и с неполяризованным излучением и техническими характеристиками, приемлемыми для реализации предложенного способа и изготовления.

Группа изобретений относится к способу и устройствам ориентации транспортных средств по лазерному лучу. Для ориентации транспортного средства направляют лазерный луч в сторону транспортного средства параллельно или под небольшим углом к траектории его движения, формируют линейную поляризацию излучения, устанавливают положение плоскости поляризации перпендикулярно плоскости, проходящей через лазерный луч и траекторию движения, определяют отклонение от заданной траектории движения. Устройство (варианты) для ориентации по лазерному лучу содержит лазерный излучатель с линейной поляризацией излучения, либо с неполяризованным излучением, либо с эллиптически поляризованным излучением, либо с циркулярно поляризованным излучением, механизм поворота плоскости поляризации. Обеспечивается видимость луча для ориентации транспортных средств. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ ориентации по лазерному лучу, заключающийся в направлении лазерного луча в сторону транспортного средства параллельно или под небольшим углом к траектории движения транспортного средства и определении по положению лазерного луча отклонения транспортного средства от заданной траектории движения, отличающийся тем что, в лазерном излучателе формируют линейную поляризацию излучения и устанавливают положение плоскости поляризации излучения перпендикулярно плоскости, проходящей через траекторию движения транспортного средства и лазерный луч.

2. Система для ориентации по лазерному лучу, содержащая, по крайней мере, один лазерный излучатель, луч которого направлен в сторону движущегося транспортного средства параллельно или разведен под небольшим углом (до 3-х градусов) от траектории его движения, отличающаяся тем, что лазерный излучатель выполнен с линейной поляризацией излучения и снабжен дополнительно механизмом поворота плоскости поляризации, с возможностью фиксации ее положения перпендикулярно плоскости, проходящей через траекторию движения транспортного средства и ось лазерного луча.
3 Система для ориентации по лазерному лучу, содержащая, по крайней мере, один лазерный излучатель, луч которого направлен в сторону движущегося транспортного средства параллельно или разведен под небольшим углом (до 3-х градусов) от траектории его движения, отличающееся тем, что лазерный излучатель выполнен с неполяризованным излучением, или с эллиптически поляризованным излучением, или с циркулярно поляризованным излучением и дополнительно снабжен поляризатором линейной поляризации излучения и механизмом поворота поляризатора с возможностью фиксации положения плоскости поляризации перпендикулярно плоскости, проходящей через траекторию движения транспортного средства и ось лазерного луча.