Бортовое устройство определения скорости движения оптического изображения для навигационного и фотографического оборудования летательных аппаратов Советский патент 1991 года по МПК G01P3/68 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам измерения скорости движения оптического изображения для навигационных целей и аэрофотосъемки при полетах как в условиях контрастного, так и малоконтрастного аэроландшафта, а также в условиях несплошной облачности,

Целью изобретения является повышение точности определения скорости движения оптического изображения в условиях малоконтрастного ландшафта и несплошной облачности.

На чертеже представлена функциональная схема бортового устройства.

Устройство содержит оптический блок, состоящий из объектива 1, в фокальной плоскости которого размещена светонепроницаемая перегородка 2 с двумя отверстиями,. первого 3 и второго 4 приемников лучистого потока, первый 5 и второй б аналого-цифровые преобразователи, первый 7 и второй 8 регистры, схему 9 сравнения, первый элемент И 10, второй элемент И 11, счетчик 12 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 13, первый блок 14 деления с задатчи- ком 15 постоянного коэффициента деления, датчик 16 путевой скорости, датчик 17 высоты, второй блок 18 деления, аналоговый перемножитель 19, задатчик 20 постоянного коэффициента, первую схему 21 сравнения, схему ИЛИ 22, генератор 23 тактовых импульсов, второй аналоговый переключатель 24, устройство 25 задержки, первый аналоговый переключатель 26, схему 27 умножения, вторую схему 28 сравнения, третий аналоговый переключатель 29, запоминающее устройство 30.

Первый 3 и второй 4 приемники лучистого потока оптически связаны через светонепроницаемую перегородку с отверстиями 2 с объективом 1. Первый аналого- цифровой преобразователь 5 электрически связан своим входом с выходом первого приемника лучистого потока 3, а выходом

Готов -с первым входом второго элемента И 11. Второй аналого-цифровой преобразователь 6 электрически связан своим входом с выходом второго приемника 4 лучистого

потока. Первый регистр 7 электрически связан своими п информационными входами с п информационными выходами первого аналого-цифрового преобразователя Ь, а управляющим входом - с выходом второго

элемента И 11. Второй регистр 8 электрически связан своими п информационными входами с п информационными выходами второго аналого-цифрового преобразователя 6, а управляющим входом - с выходом

Готов этого аналого-цифрового преобразователя. Схема 9 сравнения электрически связана двумя группами своих n-входов с п- выходами первого 7 и второго 8 регистров, а своими п-выходами - с соответствующими

входами схемы совпадения. Цифроаналоговый преобразователь 13 электрически связан своими n-входами с п-выходами счетчика 12 импульсов. Первый 14 блок деления электрически связан своим первым

входом с выходом задатчика 15 постоянного коэффициента. Датчики путевой скорости 16 и высоты полета 17, электрически связанный с их выходами соответственно своими первым и вторым входами второй блок 18

деления, задатчик 20 постоянного коэффициента, электрически связанный с его выходом своим первым входом и с выходом второго блока 18 деления, своим вторым входом аналоговый перемножитель 19,

электрически связанный с его выходом своим первым входом.первая схема 21 сравнения, второй вход которой электрически связан с выходом упомянутого цифроанало- гового преобразователя 13, электрически

связанная с ее выходом своим первым входом схема ИЛИ 22, связанный с ее вторым входом и одновременно с выходом упомянутого первого элемента И 10, первый аналоговый переключатель 26, первый вход

которого связан с выходом цифроаналогового преобразователя 13, а выход - с вторым входом упомянутого первого блока 14 деления, одновременно электрически связанные с. выходом схемы ИЛИ 22 и вторым входом упомянутого второго элемента И 11 своими первыми входами устройство 25 задержки и второй аналоговый переключатель 24, выходы которых электрически связаны соответственно с первым и вторым входами упомянутого счетчика 12 импульсов, связанный с вторым входом второго переключателя 24 генератор 23 тактовых импульсов, связанная с.выходом аналогового перемножителя 19, своим входом схема 27 умножения, связанная с его выходом своим первым входом и с выходом первого аналогового переключателя 26 своим вторым входом вторая схема 28 сравнения, связанный с ее выходом своим вторым входом и с выходом упомянутого первого блока 14 деления своим первым входом третий аналоговый переключатель 29, связанный с его выходом своим входом запоминающее устройство 30.

Бортовое устройство работает следующим образом.

Свтовой поток поступает через объектив 1, отверстие в светонепроницаемой перегородке 2 на первый 3 и второй 4 приемники лучистого потока (ПЛП), на выходах которых вырабатываются электрические сигналы Uit(t) и U2L(t) соответственно, пропорциональные текущим значениям яркости аэроландашфта. Текущий электрический сигнал U2l(t) сравнивается с запомненным значением UIL(T.) на схеме 9 сравнения. При совпадении этих электрических сигналов счетчик 12 импульсов прекращает отсчет импульсов и с выхода цифроаналогового преобразователя 13 на второй вход первого блока 14 деления поступает электрический сигнал, пропорциональный времени задержки т , на первый вход которого поступает электрический сигнал с задатчика 15 постоянного коэффициента деления, пропорциональный расстоянию I между отверстиями в светонепроницаемой перегородке.

Операция вычисления скорости движения оптического изображения производится по известному алгоритму VMS в

L

первом блоке 14 деления.

С целью устранения отказов в работе известного устройства (1) в условиях несплошной облачности и малоконтрастного аэроландшафта, а также при эволюция/ летательного аппарата (ЛА) по крену у и тангажу в, предлагается сравнение времени задержки тс расчетным времением задержки t, вычисление которого производите по известным зависимостям (формулам) при использовании информации от внешних датчиков путевой скорости W и высоты Н

полета с достаточно большой погрешностью, обусловленной погрешностями упомянутых датчиков W и Н.

Электрические сигналы, пропорциональные путевой скорости и высоте полета

Н, поступают с выходов датчиков путевой скорости 16 и высоты полета 17 на первый и второй входы второго блока 18 деления соответственно. На выходе блока 18 деления формируется электрический сигнал, пропорциональный отношению H/W, и поступает на второй вход аналогового перемножителя 19. Одновременно на первый вход аналогового перемножителя 19 поступает электрический сигнал п -р , где п постоянный коэффициент, например п 2, I - расстояние между отверстиями в светонепроницаемой перегородке 2;

f- фокусное расстояние объектива 1. На выходе аналогового перемножит-ля

формируется электрический сигнал п

, I Н Т7 W пРоп°РЦиональныи расчетному

времени t с коэффициентом пропорцио- нальности равным п, что видно из выражения для вычисления скорости движения оптического изображения

VHS I/I. VM3 тг f следовательно

I H

-F W

электрический сигнал (n - t) с выхода аналогового перемножителя 19 поступает на первый вход первой схемы 21 сравнения, на

второй вход которой поступает электрический сигнал, пропорциональный времени задержки г, с выхода цифроаналогового преобразователя 13. В случае нормальной работы устройства (г т) на выходе первой

схемы 21 сравнения электрический сигнал соответствует логическому О.

В случае отказа устройства (т.е. т nt)

на выходе первой схемы 21 сравнения формируется электрический сигнал логической

1, который поступает через элемент ИЛИ

22 на

1)второй вход второго элемента И 11.

2)первый вход аналогового переключа- теля 24, вызывая его размыкание и, как

следствие, останов счета импульсов в счетчике импульсов 12.i

3)вход устройства 25 задержки, с выхода которого электрический сигнал поступает на второй вход счетчика 12 импульсов, вызывая его сброс (обнуление).

Необходимость наличия этих элементов и таких связей между ними вытекает из-за возможных в полете ситуаций, приводящих к отказу системы.

Это ситуации, когда отсутствует электрический сигнал с выхода первого элемента И 10 из-за несовпадения сигналов Uii(t) и Uzift) двух приемников лучистого потока, которое вызвано несовпадением яркостей поступающих на ПЛП.

В условиях несплошной облачности, когда один ПЛП, находясь над облаком, фиксирует его яркость, а второй эту яркость не фиксирует из-за перемещения облака относительно ЛА с суммарной скоростью Vc:Vc /лд + /обл, в которой вектор путевой скорости ЛА (Улд) и вектор скорости движения облаков (/0бл) могут иметь самую различную ориентацию:

При изменении углов крена у и тангажа в, ЛА и ПЛП, расположенные на нем совершают угловые перемещения. При этом участок аэроландшафта, яркость которого заполнена первым 3 ПЛП, может не попасть в поле зрения второго 4 ПЛП: вращение ЛА относительно оси ОХ может достичь угловой скорости равной 20 град/с. При такой скорости вращения изменение угла крена от О до 1° произойдет за время 0,05 с, которое соизмеримо со значением времени задержки г, определяемым устройством. При высоте полета Н 1 км отклонение ДХ от запомненного первым 3 ПЛП участка аэроландшафта достигает

ЛХ Н tg у 1000 м tg 1° 17,5 м

и значительно превышает величину участка разрешения на местности элементом ПЛП, имеющую порядок десятков сантиметров с целью уменьшения вероятности ложного совпадения.

Следовательно, крен Л А вызывает отказ в работе устройства.

При быстром изменении яркости аэроландшафта (движущаяся тень от облака или самолета, блики водной поверхности и т.д) возможны случаи выдачи ложного сигнала при малоконтрастном ландашфте и выдачи сигнала Mm относительно облаков. Эти случаи необходимо исключить. Для достижения этой цели служит вторая часть схемы. Электрический сигнал с выхода аналогового перемножителя 19 поступает на вход схемы 27 умножения и на его выходе формируется электрический сигнал, пропорциональный mt, где т, к примеру, равно 0,85, поступающий на первый вход второй схемы 28 сравнения, на второй вход которой поступает электрический сигнал пропорциональный т с выхода цифроаналогового преобразователя 13 через аналоговый переключатель 26. В случае нормальной работы (т mt) электрический сигнал на выходе второй схемы 28 сравнения соответствует логическому О. При малом контрасте аэроландшафта

возможно совпадение запомненного и текущего значений яркостей раньше, чем участок А (фиг.1) войдет в поле зрения второго 4 ПЛП, что соответствует меньшему времени задержки г и большей скорости VMS (аналогично ситуации, когда определение VMS происходит относительно облаков), В этом случае на второй вход второй схемы 28 сравнения поступает ложный сигнал времени задержки г , сравнивается с сигналом mt,

поступающим на ее первый вход, и на ее выходе формируется электрический сигнал логической 1, поступающий на второй вход третьего аналогового переключателя 29, вызывая его размыкание и разрыв выхода первого блока 14 деления с входом запоминающего устройства 30. Запоминающее устройство 30 хранит информацию о правильном значении скорости движения изображения Уиз. вычисленному в предыдущий

цик/i измерения, так как время переходного процесса при изменении углового положения ЛА значительно больше времени цикла измерения VM3 до нового точного измерения.

Формула изобретения

Бортовое устройство определения скорости движения оптического изображения, содержащее первый и второй приемники лучистого потока, расположенные против

первого и второго отверстий светонепроницаемой перегородки, установленной в фокальной плоскости объектива, блок сравнения, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, подсоединенные входами к выходам соответствующих первого и второго приемников лучистого потока, первый и второй регистры, подключенные выходами к входам блока сравнения, первый элемент И, соединенный входами с выходами блока сравнения, второй элемент И, соединенный выходом с управляющим входом первого регистра, а первым входом - с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, другие выходы которого

подключены к информационным входам . первого регистра, управляющий вход второго регистра подсоединен к выходу второго аналого-цифрового преобразователя, другие выходы которого соединены с информационными входами второго регистра, последовательно соединенные счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, первый блок деления и задатчик постоянного коэффициента деления, выход которого подключен к первому входу первого блока деления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения скорости движения оптического изображения в условиях малоконтрастной местности и несплошной облачности, оно дополнительно содержит второй блок деления, датчики путевой скорости и высоты полета, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам второго блока деления, аналоговый перемножитель и задатчик постоянного коэффициента, выход которого подключен к первому входу аналогового перемножителя, второй вход которого связан с выходом вто- рого блока деления, схема ИЛИ, первый аналоговый переключатель и первая схема сравнения, первый вход которой подключен к выходу аналогового перемножителя, а второй вход - одновременно к выходу цифроа- налогового преобразователя и к первому входу первого аналогового переключателя, второй вход которого подключен к выходу

первого элемента И и к второму входу элемента ИЛИ первый вход которого подключен к выходу первой схемы сравнения, устройство задержки, второй аналоговый переключатель и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго аналогового переключателя, первый вход которого подключен одновременно к входу устройства задержки, выходу элемента ИЛИ и второму входу второго элемента И, выходы устройства задержки и второго аналогового переключателя подсоединены соответственно к первому и второму входам счетчика импульсов, схема умножения, вторая схема сравнения и последовательно соединенные третий аналоговый переключатель и запоминающее устройство, выход которого является выходом устройства, первый вход третьего аналогового переключателя соединен с выходом первого блока деления, а второй вход - с выходом второй схемы сравнения, первый вход которой через схему умножения связан с выходом аналогового перемножителя, а второй вход одновременно подключен к выходу первого аналогового переключателя и к второму входу первого блока деления.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для навигационных целей и целей аэрофотосъемки при полетах по заданному маршруту на заданной высоте. Целью изобретения является повышение точности определения скорости движения изображения. Световой поток через объектив 1 и отверстия в перегородке 2 поступает на приемники лучистого потока (ПЛП) 3 и 4, на выходах которых вырабатываются сигналы, пропорциональные яркости аэроландшафта. Текущее значен е сигнала с ПЛП 4 сравнивается с заполненным значением сигнала с ПЛПЗ по схеме 9 сравнения, и при их совпадении останавливается счетчик 12 импульсов, выходной сигнал которого через цифроаналоговый преобразователь 13 поступает на второй вход блока 14 деления, представляя собой время перемещения изображения между ПЛП, установленных на мерном расстоянии