Способ наведения беспилотного летательного аппарата Российский патент 2019 года по МПК F42B15/01 

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в системах управления и наведения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА): управляемых ракет, корректируемых авиабомб и других аппаратов класса «воздух - поверхность».

Из уровня техники известен способ и устройство управления беспилотным летательным аппаратом класса "воздух - поверхность" (патент RU 2254268, опубликован 20.06.2005), согласно которому, выбирают точку слежения (ТС) внутри контура цели и измеряют параметры движения БПЛА относительно этой точки. В автономном полете БПЛА обеспечивают его избирательное наведение, задавая вокруг первоначально выбранной ТС ограниченную зону слежения с определенным множеством пороговых значений и соответствующих им интервалов времени. При выходе ТС за эти пороги восстанавливают ее положение принудительными коррекциями. Если после некоторого числа таких коррекций слежение в указанной зоне неустойчиво, то возвращаются от избирательного наведения к наведению в контур цели, проводя некоторое число повторных коррекций ТС. Если слежение вновь неустойчиво, то фиксируют факт потери цели, не допуская выход ТС за контур цели. При этом заменяют самонаведение принудительным движением БПЛА в направлении условной ТС по прямолинейной траектории, фиксируя ось координатора цели в направлении на первоначально выбранную ТС. В это время производят попытки захвата новой ТС внутри контура цели. В случае успеха обеспечивают самонаведение БПЛА в новую ТС.При неустойчивом слежении фиксируют факт отсутствия захвата цели и принудительно восстанавливают фиксированное положение оси координатора цели. По мере уменьшения дальности до цели в каждой последующей попытке захвата сохраняют примерное постоянство линейного отклонения ТС внутри контура цели. Предлагается соответствующая приборная реализация способа.

Недостатком данного изобретения является невозможность перенацеливания в автоматическом режиме летательного аппарата, т.е. если цель будет уже уничтожена или скрыта авиационное средство поражения (АСП) будет потрачен зря, либо летательный аппарат вернется без использования АСП, так как в данном аналоге используется метод точки слежения внутри цели, что снижает боевую эффективность проведения операции.

Наиболее близким техническим решением (аналогом) к заявленному изобретению является способ наведения беспилотного летательного аппарата (патент RU 2515106, опубликован 20.02.2014) согласно данному изобретению достигается путем сопоставления в вычислителе БПЛА заранее подготовленной эталонной цифровой карты поля высот района цели и отмеченной на ней, по меньшей мере одной точки эталонного прицеливания с текущим полем высот района цели, формируемым бортовым вычислительным блоком на основе фототриангуляционной обработки двух и более разноракурсных изображений, полученных с помощью бортовой оптико-электронной системы, и создания управляющих воздействий, обеспечивающих устранение отклонений беспилотного летательного аппарата от заданной траектории.

Недостатком данного способа является, недостаточное количество исходных данных для определения необходимости перенацеливания на более приоритетную цель в автоматическом режиме, в условиях изменения сцены боя.

Предлагаемое изобретение лишено указанных недостатков, так как выбор точки прицеливания (перенацеливание на более приоритетную цель) осуществляется в автоматическом режиме, путем получения информации с оптикоэлектронной системы беспилотного летательного аппарата, преобразования полученной информации и сравнения ее с заранее подготовленной априорной информацией, включающей ситуационную, информационную и алгоритмическую базы данных, содержащих эталонную информацию о сцене и объектах, возможных ситуациях, возникающих в процессе полета, обеспечение выбора объекта поражения из заранее ранжированной номенклатуры с заданной эффективностью.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении боевой эффективности применения беспилотного летательного аппарата, как вследствие повышения точности получение в процессе полета апостериорной информации о реальной текущей ситуации во внешней среде, что позволяет в случае необходимости в автоматическом режиме производить перенацеливание беспилотного летательного аппарата и приводит к сокращению наряда для поражения цели.

Ожидаемый технический результат достигается тем что, выбор точки прицеливания в автоматическом режиме осуществляется в бортовом блоке обработки данных с помощью априорной базы данных, состоящей из ситуационной базы данных, содержащей информацию о возможных ситуациях, возникающих в процессе полета, информационной базы данных, содержащей эталонную информацию о сцене проведения боевых действий и объектах, и алгоритмической базы данных, содержащей алгоритмы обработки данных полученных от бортовой оптикоэлектронной системы и необходимых управляющих воздействиях по выбору точки прицеливания, информация поступающая с оптикоэлектронной системы беспилотного летательного аппарата поступает в бортовой блок обработки данных, где преобразуется с помощью алгоритмов обработки данных, и путем сравнения с информацией содержащейся в ситуационной и информационной базах данных, вырабатывается управляющее воздействие по выбору точки прицеливания на основе алгоритмической базы данных.

В предпочтительном варианте исполнения изобретения, осуществление способа наведения беспилотного летательного аппарата рассматривается в виде двух составляющих:

- априорной базы данных;

- бортового блока обработки данных.

В ходе наземной подготовке к полету формируется априорная база данных, содержащая:

- ситуационную базу данных, содержащую описание и характеристики выделенных объектов интереса (ОИ), приоритетное ранжирование выделенных ОИ, набор проблемных субситуаций (ПрСС);

- информационную базу данных, содержащую эталонные изображения (ЭИ) выделенных ОИ;

- алгоритмическую базу данных, содержащую бортовые алгоритмы принятия решений и управления полетом БПЛА для всех ПрСС, а также циклограммы процессов реализации указанных алгоритмов.

Формирование ситуационной базы данных включает в себя проведение ситуационного анализа условий применения БПЛА и разработки на этой основе бортовых алгоритмов обработки текущей информации, принятия решений и управления. Ситуационный анализ включает в себя:

- выбор и анализ заданной наземной сцены (определение размеров и информативности сцены, количества объектов в составе сцены и их взаимное расположение), выделение представляющих интерес областей и ОИ, ранжирование ОИ по критерию их функциональной значимости (формирование иерархии приоритетов для ОИ - ОИ₁, ОИ₂, … ОИ_N; определение геометрических размеров приоритетных ОИ и их взаимного расположения, определение «точек прицеливания» на поверхности этих объектов и возможных ракурсов подлета), выделение жизненно важных элементов приоритетных ОИ в тех случаях, когда один ОИ имеет несколько уязвимых точек;

- формирование семантической сети из N возможных типовых ситуаций на завершающем участке полета (реализация каждой типовой ситуации соответствует процессу наведения на соответствующий приоритетный объект ОИ_n или на один из его жизненно важных элементов), последующее формирование семантической сети из набора М_n возможных ПрСС, каждая из которых основывается на описании предполагаемого состояния наблюдаемой сцены. Для каждой n-ой ТС возможны М_n ПрСС;

- разработка набора бортовых алгоритмов формализации для всех рассматриваемых ПрСС.

Формирование информационной базы данных включает:

- синтез двухмерной (2D) ЭИ выделенных приоритетных ОИ и их жизненно важных элементов, с реализацией алгоритмов проективных преобразований, удаления невидимых линий и т.п., с использованием заданных координат точек визирования сцены, связанных с объектами, учетом ошибок ракурса и направления оптической оси бортового датчика текущего изображения (ТИ) на рубеже начала конечного наведения;

- формирование базы данных ЭИ выделенных приоритетных ОИ для всего рассмотренного набора типовых ситуаций и ПрСС, синтезирование "раскраски" этих моделей для различных спектральных диапазонов, выделение стабильных признаков в соответствии с алгоритмами бортового блока обработки данных.

В бортовом блоке обработки данных реализуются алгоритмы обработки апостериорной информации, полученной с помощью бортовой оптико-электронной системы, о текущем состоянии рассматриваемой наземной сцены и ее ОИ, отнесение этой информации к соответствующим типовым ситуациям и ПрСС априорной базы данных, алгоритмы селекции или распознавания приоритетных ОИ путем сопоставления ТИ и ЭИ априорной базы данных, принятия решения в соответствии с априорной базой данных и управления полетом БПЛА.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Информация с оптико-электронной системы БПЛА поступает в бортовой блок обработки данных, далее с помощью алгоритмов обработки апостериорной информации, осуществляется операция реконструкции ТИ наблюдаемой сцены с целью максимально возможного устранения или компенсации, искажающих это изображение факторов и улучшения отдельных характеристик изображения. Далее осуществляются операции сегментации сформированного и прошедшего предварительную обработку изображения для выделения его геометрической структуры и оценки параметров сегментов и объектов, состоящая по меньшей мере из таких характеристик как координаты центра объекта, его размеры; значение средней яркости и т.п. для сегментов; форма, размеры, координаты прицельной точки для объектов. Далее формируется семантическая сеть, основанная на сравнении информации, полученной в бортовом блоке обработки данных с информацией, содержащейся в информационной и ситуационной базах данных, и на основе алгоритмической базы данных происходит выбор цели и вырабатывается управляющее воздействие, которое поступает из бортового блока обработки данных в вычислитель БПЛА.

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в системах управления и наведения беспилотных летательных аппаратов: управляемых ракет, корректируемых авиабомб и других аппаратов класса «воздух - поверхность». Технический результат – повышение эффективности управления и наведения. По способу выбор точки прицеливания осуществляют в автоматическом режиме в бортовом блоке обработки данных. Это осуществляют с помощью априорной базы данных, состоящей из ситуационной базы данных, содержащей информацию о возможных ситуациях, возникающих в процессе полета, информационной базы данных, содержащей эталонную информацию о сцене проведения боевых действий и объектах, и алгоритмической базы данных, содержащей алгоритмы обработки данных от бортовой оптикоэлектронной системы и необходимых управляющих воздействиях по выбору точки прицеливания. Информацию, поступающую с оптикоэлектронной системы беспилотного летательного аппарата, передают в бортовой блок обработки данных, где ее преобразуют с помощью алгоритмов обработки данных. Путем сравнения с информацией, содержащейся в ситуационной и информационной базах данных, вырабатывают управляющее воздействие по выбору точки прицеливания на основе алгоритмической базы данных.

Способ наведения беспилотного летательного аппарата, предусматривающий определение в вычислителе беспилотного летательного аппарата текущей оценки цифровой карты поля высот местности района цели, полученной с помощью оптикоэлектронной системы, с подготовленной заранее и введенной в вычислитель беспилотного летательного аппарата эталонной цифровой картой поля высот местности района цели, на которой задано положение, по меньшей мере, одной эталонной точки прицеливания, после чего определяют величину пространственного и углового смещения текущей оценки цифровой картой поля высот местности относительно эталонной цифровой карты поля высот местности района цели, а также точки прицеливания относительно эталонной точки прицеливания и создают управляющие воздействия для коррекции траектории беспилотного летательного аппарата и положения точки прицеливания, отличающийся тем, что выбор точки прицеливания в автоматическом режиме осуществляют в бортовом блоке обработки данных с помощью априорной базы данных, состоящей из ситуационной базы данных, содержащей информацию о возможных ситуациях, возникающих в процессе полета, информационной базы данных, содержащей эталонную информацию о сцене проведения боевых действий и объектах, и алгоритмической базы данных, содержащей алгоритмы обработки данных, полученных от бортовой оптикоэлектронной системы и необходимых управляющих воздействиях по выбору точки прицеливания, при этом информацию, поступающую с оптикоэлектронной системы беспилотного летательного аппарата, передают в бортовой блок обработки данных, где преобразуют с помощью алгоритмов обработки данных и путем сравнения с информацией, содержащейся в ситуационной и информационной базах данных, вырабатывают управляющее воздействие по выбору точки прицеливания на основе алгоритмической базы данных, которое передают в вычислитель беспилотного летательного аппарата.