СПОСОБ СКАНИРОВАНИЯ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПО КУРСУ Российский патент 2021 года по МПК G01C15/00 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в навигационных приборных системах для проведения сканирования подстилающей поверхности по курсу. Режим сканирования подстилающей поверхности по курсу предназначен для автоматического сканирования углового сектора относительно вектора линии визирования.

Известен способ предупреждения наземных препятствий из патента США № 5465142 с датой приоритета 30.04.1993 г., основанный на периодическом сканировании окружающего пространства в пределах поля обзора локатора путем изменения во времени угловой ориентации узкой диаграммы направленности излучения лазерного локатора. При этом проводят измерение углов и дальностей при частоте следования зондирующих импульсов несколько десятков килогерц, которое приводит к формированию двумерной траектории сканирования в координатах угол-угол, соответствующей прореженной развертке поля дальностей до подстилающей поверхности с достаточной для обнаружения препятствий плотностью точек зондирования на этих препятствиях. Далее проводят определение формы рельефа местности и координат препятствий на каждом периоде сканирования по результатам измерений углов и дальностей для пролонгации безопасных траекторий полета летательного аппарата. После этого проводят реализацию траектории сканирования за время каждого полупериода обновления информации о поле дальностей путем формирования таких фрагментов траектории, которые являются результатом сложения относительно медленного поворота базовой системы координат с постоянным вектором угловой скорости и быстрого двумерного изменения угловой ориентации лазерного луча относительно этой системы координат. Для быстрого двумерного изменения угловой ориентации лазерного луча фиксированной траектории используют равномерное движение по окружности в координатах угол-угол, имеющей диаметр, равный вертикальному размеру поля обзора.

Недостатком известного способа является сложность, обусловленная тем, что для получения конечных результатов необходимо провести большое количество операций.

Известен способ адаптивного сканирования подстилающей поверхности лучом лазерного локатора в режиме информационного обеспечения маловысотного полета из патента РФ № 2706912 с датой приоритета 16.12.2016 г. (прототип). Известный способ реализуется следующим образом: проводят периодическое сканирование окружающего пространства в пределах поля обзора локатора путем изменения во времени угловой ориентации узкой диаграммы направленности излучения лазерного локатора с одновременным измерением углов и дальностей, которое приводит к формированию двумерной траектории сканирования в координатах угол-угол, соответствующей прореженной развертке поля дальностей до подстилающей поверхности с достаточной для обнаружения препятствий плотностью точек зондирования на этих препятствиях. На каждом периоде сканирования по результатам измерений углов и дальностей определяют форму рельефа местности и координаты препятствий для пролонгации безопасных траекторий полета летательного аппарата. Реализуют траекторию сканирования за время каждого полупериода обновления информации о поле дальностей путем формирования таких фрагментов траектории, которые являются результатом сложения относительно медленного поворота базовой системы координат с постоянным вектором угловой скорости и быстрого двумерного изменения угловой ориентации лазерного луча относительно этой системы координат, использовании для быстрого двумерного изменения угловой ориентации лазерного луча фиксированной траектории равномерного движения по окружности в координатах угол-угол, имеющей диаметр, равный вертикальному размеру поля обзор. Причем задают диапазон минимальных дальностей до подстилающей поверхности, соответствующий периоду сканирования, скорости полета и надежному обнаружению всех возможных препятствий, включая провода, тросы и т.п. При этом используют технически реализуемые фрагменты траектории сканирования с управляемыми параметрами, которые могут изменять конфигурацию фрагментов траектории, в том числе их угловую ориентацию в вертикальной плоскости, при многократной реализации фрагментов за время полу период а обновления информации о дальностном поле в процессе сканирования определяют требуемые параметры каждого следующего фрагмента траектории по результатам обработки имеющихся измерений углов и дальностей так, чтобы угловая ориентация этого фрагмента в вертикальной плоскости соответствовала попаданию прогнозируемых минимальных дальностей в заданный диапазон максимальных дальностей надежного обнаружения всех возможных препятствий. В процессе сканирования формируют сигналы управления исполнительными устройствами так, чтобы реализуемые в текущий момент времени фрагменты траектории имели параметры с минимально возможными отклонениями от требуемых параметров.

Недостатком известного адаптивного сканирования подстилающей поверхности лучом лазерного локатора в режиме информационного обеспечения маловысотного полета является низкая точность сканирования и сложность осуществления способа, обусловленные условием минимального отклонения фрагментов траектории от требуемых параметров для корректного осуществления способа.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании предлагаемого устройства является осуществление точного сканирования по курсу посредством выполнения простых операций.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении точности сканирования за счет применения адаптивного подхода при определении параметров сканирования.

Предложенный технический результат достигается за счет того, что способ сканирования подстилающей поверхности по курсу заключается в регистрации измерительной информации с установленных на воздушном судне бесплатформенной инерциальной навигационной системы, оптико-электронной системы, радиовысотомера. Оператор устанавливает значение для поля зрения оптико-электронной системы. При этом формируется массив данных, включающий путевую скорость, высоту воздушного судна, угол места и угла азимута оптико-электронной системы. Далее производится обработка измерительной информации: сначала вручную задаются параметры поворота оптико-электронной системы - угол поворота по углу азимута и по углу места. Потом рассчитываются значения углов, необходимые для вычисления максимального размаха сканирования оптико-электронной системы и вычисляется значение максимального размаха сканирования оптико-электронной системы и скорость сканирования оптико-электронной системы. Далее осуществляются повороты вектора линии визирования по азимуту с заданной скоростью сканирования при проведении корректировки угловой скорости по углу места, на который необходимо повернуть вектор линии визирования с использованием угломестного контура.

Регистрация измерительной информации производится в течение временного интервала, обеспечивающего определение измеряемой величины с необходимой точностью.

Для целей настоящего описания под термином «оптико-электронная система» понимают приборы или системы, в которых информация об исследуемом или наблюдаемом объекте переносится оптическим излучением или содержится в оптическом сигнале, а ее первичная обработка сопровождается преобразованием энергии излучения в электрическую энергию; под термином угломестный контур понимают окрестность, в которой вектор линии визирования изменяет собственное положение по углу места.

На фиг. 1 представлена последовательность действий для осуществления способа сканирования подстилающей поверхности по курсу.

Описание осуществления изобретения может быть использовано в качестве примера для лучшего понимания его сущности и изложено со ссылками на фигуру, приложенную к настоящему описанию. При этом приведенные ниже подробности призваны не ограничить сущность изобретения, а сделать ее более ясной.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа на примере осуществления способа сканирования подстилающей поверхности по курсу в условиях наличия исходной информации, постановки полетного задания.

Решение данной задачи осуществляется следующим образом.

Проводят регистрацию измерительной информации, обработку измерительной информации, а затем производятся повороты вектора линии визирования по азимуту с заданной скоростью сканирования.

Регистрацию измерительной информации осуществляют устройства, установленные на воздушном судне: бесплатформенная инерциальная навигационная система (далее - БИНС), оптико-электронная система (далее - ОЭС), радиовысотомер.

Данные, регистрирующиеся в БИНС:

Данные, регистрирующиеся радиовысотомером:

Данные, регистрирующиеся в ОЭС:

Параллельно с процессом регистрации и формирования первоначального массива данных, оператор устанавливает значение для поля зрения ОЭС:

После формирования массива данных, осуществляется обработка измерительной информации.

На первом этапе, рассчитываются углы, необходимые для вычисления максимального размаха сканирования ОЭС:

Используя уравнения (5) - (6), вычислим значение расчетного размаха сканирования ОЭС:

Если расчетное значение размаха сканирования больше, чем максимальное значение размаха сканирования

где - максимальный размах сканирования ОЭС;

В случае, если то расчетное значение размаха сканирования а остается неизменным.

Далее, рассчитаем заданный размах сканирования. С учетом уравнения (7) имеем:

Найдем значение расчетной скорости сканирования, используя формулы (7), (8):

После этапа математической обработки входных данных и расчета необходимых значений, ОЭС сканирует подстилающую поверхность в соответствии со следующим условием:

Пусть L_x - последнее известное положение вектора линии визирования по оси X. Тогда имеем следующие условия:

Исходя из неравенств (11) - (12), вектор линии визирования осуществляет повороты по азимуту таким образом, что осуществляется перекрытие просмотренных участков местности с расчетной скоростью сканирования (10). В процессе выполнения поворотов вектора линии визирования, на расчетную скорость сканирования накладывается фильтр по приращению расчетной скорости, который имеет вид:

Где - приращение к скорости;

- старое значение расчетной скорости;

Результатом фильтра является:

скорость сканирования на выходе из фильтра w₁ если:

В процессе сканирования подстилающей поверхности, вектор линии визирования изменят свое положение по углу места и углу азимута. Приближаясь к границе зоне сканирования, вектор линии визирования может нарушить эту границу и для этого введен угломестный контур.

Угломестный контур состоит из:

L_y - последнее известное положение по оси Y;

где - значение угловой скорости по углу места;

На основании значений (15) - (21), выведем зависимость вида:

Уравнение (21) - зависимость, описывающая формирование коррекции угломестного контура. Также, используя значение угловой скорости угла по углу места, на основе которого составляют и вычисляют значения большой и малой зоны контура.

В первую очередь, формируются границы для большой зоны, используя заранее установленное значение (14) и затем, в соответствии по вычисленной угловой скорости по углу места, составляется:

После сформированного значения большой зоны, полученной в уравнении (22), корректируем составную часть большой зоны - малую зону, в которой используем уравнение (21).

где z - значение большой зоны, у₁ - значение малой зоны.

После наложения на полученное значение угловой скорости угла места угломестного контура получают скорректированное значение угловой скорости угла места поворота вектора линии визирования.

Использование в предложенном способе инерциальной системы координат позволяет управлять вектором линии визирования таким образом, что при изменении курса воздушного судна вектор линии визирования не перекрывает отсканированные ранее участки поверхности.

Повышение точности сканирования достигается за счет того, что проводят регистрацию измерительной информации с установленных на воздушном судне бесплатформенной инерциальной навигационной системы, оптико-электронной системы, радиовысотомера. При этом формируется массив данных, включающий путевую скорость, высоту воздушного судна, угол места и угла азимута оптико-электронной системы. Далее производится обработка измерительной информации: сначала вручную задаются параметры поворота оптико-электронной системы - угол поворота по углу азимута и по углу места. Потом рассчитываются значения углов, необходимые для вычисления максимального размаха сканирования оптико-электронной системы и вычисляется значение максимального размаха сканирования оптико-электронной системы и скорость сканирования оптико-электронной системы. Далее осуществляются повороты вектора линии визирования по азимуту с заданной скоростью сканирования при проведении корректировки угловой скорости по углу места, на который необходимо повернуть вектор линии визирования с использованием угломестного контура.

Изобретение относится к области приборостроения. Способ сканирования подстилающей поверхности по курсу заключается в регистрации измерительной информации с установленных на воздушном судне бесплатформенной инерциальной навигационной системы, оптико-электронной системы, радиовысотомера. При этом формируется массив данных, включающий путевую скорость, высоту воздушного судна, угол места и угол азимута оптико-электронной системы. Задают значения для поля зрения оптико-электронной системы. Далее производится обработка измерительной информации: сначала вручную задаются параметры поворота оптико-электронной системы - угол поворота по углу азимута и по углу места. Потом рассчитываются значения углов, необходимые для вычисления максимального размаха сканирования оптико-электронной системы, и вычисляется значение максимального размаха сканирования оптико-электронной системы и скорость сканирования оптико-электронной системы. Далее осуществляются повороты вектора линии визирования по азимуту с заданной скоростью сканирования при проведении корректировки угловых скоростей угла азимута и угла места, на которые необходимо повернуть вектор линии визирования, с использованием угломестного контура. Технический результат - повышение точности сканирования за счет применения адаптивного подхода при определении параметров сканирования. 1 ил.

Способ сканирования подстилающей поверхности по курсу, заключающийся в регистрации измерительной информации с установленных на воздушном судне бесплатформенной инерциальной навигационной системы, оптико–электронной системы, радиовысотомера – путевой скорости, высоты над землей, угла места и угла азимута оптико-электронной системы, задании значения для поля зрения оптико-электронной системы, обработке измерительной информации и осуществлении поворотов вектора линии визирования по азимуту с заданной скоростью сканирования, причем на первом этапе обработки измерительной информации задаются параметры поворота оптико-электронной системы - угол поворота по углу азимута и по углу места, на втором этапе обработки измерительной информации рассчитываются значения углов, необходимые для вычисления максимального размаха сканирования оптико–электронной системы, на третьем этапе обработки измерительной информации вычисляется значение максимального размаха сканирования оптико–электронной системы и скорость сканирования оптико–электронной системы, отличающийся тем, что повороты вектора линии визирования по азимуту с заданной скоростью сканирования осуществляют таким образом, чтобы вектор линии визирования не перекрывал отсканированные ранее участки поверхности, при этом повороты вектора линии визирования по азимуту с заданной скоростью сканирования осуществляют таким образом, чтобы выполнялась зависимость , описывающая формирование коррекции угломестного контура, где

- значение угловой скорости,

- интервал счета,

T – постоянная времени,

- декремент затухания,

y₁ – предыдущий выход,

y₂ – предшествующий выход.