[go: nahoru, domu]

RU2706443C1 - Method of determining coordinates of an aircraft relative to an airstrip - Google Patents

Method of determining coordinates of an aircraft relative to an airstrip Download PDF

Info

Publication number
RU2706443C1
RU2706443C1 RU2018139706A RU2018139706A RU2706443C1 RU 2706443 C1 RU2706443 C1 RU 2706443C1 RU 2018139706 A RU2018139706 A RU 2018139706A RU 2018139706 A RU2018139706 A RU 2018139706A RU 2706443 C1 RU2706443 C1 RU 2706443C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinates
aircraft
runway
determining
relative
Prior art date
Application number
RU2018139706A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Михайлович Агеев
Валерий Георгиевич Бондарев
Сергей Викторович Ипполитов
Дмитрий Викторович Лопаткин
Евгений Викторович Озеров
Виталий Владимирович Проценко
Илья Александрович Фатеев
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2018139706A priority Critical patent/RU2706443C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2706443C1 publication Critical patent/RU2706443C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F1/00—Ground or aircraft-carrier-deck installations
    • B64F1/18—Visual or acoustic landing aids
    • B64F1/20—Arrangement of optical beacons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0004—Transmission of traffic-related information to or from an aircraft
    • G08G5/0013—Transmission of traffic-related information to or from an aircraft with a ground station

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: invention relates to navigation and can be used for automatic control of aircraft landing, correction of inertial navigation systems at launch position during take-off. Method of determining coordinates of an aircraft relative to an airstrip is based on receiving two spaced apart digital cameras signals of at least three laser beacons with known coordinates, not lying on one straight line and installed on the runway. Performing subpixel processing of digitized images taken from photomatrixes, resulting in determining coordinates of centers of brightness of images of laser beacons and calculating coordinates of laser beacons relative to aircraft, using which a matrix of guide cosines, orientation angles and coordinates of the aircraft relative to the runway are calculated.
EFFECT: higher accuracy of measuring parameters of aircraft position.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к навигации и может быть использовано для автоматического управления посадкой летательного аппарата (ЛА), коррекции инерциальных навигационных систем ЛА на стартовой позиции в процессе взлета.The invention relates to navigation and can be used for automatic control of the landing of an aircraft (LA), correction of inertial navigation systems of aircraft at the starting position during take-off.

Известен способ определения положения ЛА в пространстве с помощью оптического навигационного устройства, реализованный в патенте РФ на изобретение [Патент RU 2083444, 8 МПК B64F 1/20, опубл. 10.07.1997], который состоит в формировании трех цветовых зон в окрестности посадочной траектории и визуальном восприятии летчиком излучения в заданной длине волны, по которой определяется положение ЛА относительно створа взлетно-посадочной полосы (ВПП). Каждый из лазерных маяков создает две непересекающихся (прилегающих) цветовые зоны. Первый маяк формирует желтую и зеленую зоны, а второй маяк - зеленую и красную. Излучение маяков направляют так, чтобы линии прилегания цветовых зон первого и второго маяков были параллельны оси ВПП, при этом формируется центральная зона зеленого цвета - створная полоса, и две боковых зоны желтого и красного цветов соответственно.A known method for determining the position of an aircraft in space using an optical navigation device, implemented in the patent of the Russian Federation for the invention [Patent RU 2083444, 8 IPC B64F 1/20, publ. July 10, 1997], which consists in the formation of three color zones in the vicinity of the landing trajectory and the pilot's visual perception of radiation at a given wavelength, which determines the position of the aircraft relative to the alignment of the runway. Each of the laser beacons creates two disjoint (adjacent) color zones. The first lighthouse forms yellow and green zones, and the second lighthouse forms green and red. The radiation of the beacons is directed so that the lines of contact of the color zones of the first and second beacons are parallel to the axis of the runway, while the central green zone is formed - the target strip, and two side zones of yellow and red colors, respectively.

Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:

низкая информативность, проявляющаяся в определении только одного параметра - бокового отклонения от оси ВПП;low information content, manifested in the determination of only one parameter - lateral deviation from the axis of the runway;

низкая точность, обусловленная неопределенным положением ЛА в пределах каждой цветовой зоны излучения;low accuracy due to the uncertain position of the aircraft within each color zone of the radiation;

визуальная оценка летчиком положения ЛА, что приводит к необходимости участия человека в контуре управления самолетом, при этом автоматическая посадка невозможна.visual assessment by the pilot of the position of the aircraft, which leads to the need for human participation in the aircraft control loop, while automatic landing is not possible.

Известен способ определения местоположения и углов ориентации летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы [Патент RU 2378664 А, 8 МПК G01S 11/00, опубл. 10.01.2010], основанный на формировании области излучения посадочной траектории посредством двух лазерных маяков, приеме сигналов от источников излучения посредством двух бортовых разнесенных цифровых фотокамер и вычислении местоположения ЛА относительно ВПП,A known method of determining the location and orientation angles of an aircraft relative to the runway [Patent RU 2378664 A, 8 IPC G01S 11/00, publ. 01/10/2010], based on the formation of the radiation region of the landing path by means of two laser beacons, the reception of signals from radiation sources by means of two on-board spaced digital cameras and the calculation of the location of the aircraft relative to the runway,

Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:

Информационная недостаточность системы, что связано с применением двух маяков, поскольку два маяка принципиально не позволяют определять положение твердого тела (в нашем случае земли), например, любое вращение ЛА вокруг оси проходящей через два маяка не изменяет положения изображений маяков на фотоматрицах, при этом координаты ЛА относительно ВИИ могут меняться существенным образом.The information deficiency of the system, which is associated with the use of two beacons, since two beacons fundamentally do not allow to determine the position of a solid (in our case the earth), for example, any rotation of the aircraft around the axis passing through two beacons does not change the position of the images of the beacons on photomatrixes, while the coordinates Aircraft relative to VII can change significantly.

Низкая точность измерения параметров положения летательного аппарата, обусловленная дискретным представлением изображения ВИИ посредством цифровой фотокамеры.The low accuracy of measuring the position parameters of the aircraft, due to the discrete representation of the image of VII through a digital camera.

Технический результат при использовании изобретения заключается в повышении информативности, что достигается применением трех разнесенных лазерных маяков не лежащих на одной прямой. Повышение точности измерения координат ЛА относительно ВИИ и углов его ориентации, достигается за счет использования субпиксельной обработки изображений трех наземных лазерных маяков, снимаемых с двух цифровых фотокамер и вычислителя, алгоритм которого не содержит упрощений, приводящих к методическим погрешностям измерений.The technical result when using the invention is to increase the information content, which is achieved by the use of three spaced laser beacons not lying on one straight line. Improving the accuracy of measuring the coordinates of the aircraft relative to the radii and its orientation angles is achieved through the use of subpixel image processing of three ground-based laser beacons taken from two digital cameras and a computer, the algorithm of which does not contain any simplifications that lead to methodological measurement errors.

Указанный технический результат изобретения достигается тем, что в способе определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы, основанном на приеме сигналов лазерных маяков с известными координатами, двумя разнесенными цифровыми фотокамерами, определении координат лазерных маяков на фотоматрицах и вычислении с их использованием координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы, принимают сигналы по меньшей мере трех лазерных маяков, не лежащих на одной прямой, осуществляют субпиксельную обработку оцифрованных изображений снимаемых с фотоматриц, в результате чего определяют координаты центров яркости изображений лазерных маяков и вычисляют координаты лазерных маяков относительно летательного аппарата, с использованием которых вычисляют матрицу направляющих косинусов, углы ориентации и координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы.The specified technical result of the invention is achieved by the fact that in the method for determining the coordinates of the aircraft relative to the runway, based on the reception of laser beacon signals with known coordinates, two spaced digital cameras, determining the coordinates of laser beacons on photomatrixes and calculating the coordinates of the aircraft relative to them runway, receive signals from at least three laser beacons not lying on one straight line, sub ikselnuyu processing digitized images removed from photomatrixes, thereby determining the coordinates of the centers of images brightness laser beacons and in calculating the coordinates of laser beacons relative to the aircraft, which is computed using a matrix of the direction cosines of the angles and orientation coordinates of the aircraft relative to the runway.

Сущность изобретения состоит в том, что осуществляется:The invention consists in the following:

прием сигналов трех одинаковых лазерных маяков с известными координатами относительно ВПП, не лежащих на одной прямой;receiving signals from three identical laser beacons with known coordinates relative to the runway, not lying on one straight line;

субпиксельная обработка оцифрованных изображений снимаемых с фотоматриц, в результате чего определяются координаты центров яркости изображений лазерных маяков;subpixel processing of digitized images taken from photomatrixes, as a result of which the coordinates of the centers of brightness of the images of laser beacons are determined;

вычисление координат лазерных маяков относительно летательного аппарата;calculating the coordinates of laser beacons relative to the aircraft;

вычисление матрицы направляющих косинусов, углов ориентации и координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы.calculation of the matrix of guide cosines, orientation angles and coordinates of the aircraft relative to the runway.

Известные алгоритмы субпиксельной обработки изображений описаны в работе [Визильтер Ю.В. Обработка и анализ изображений в задачах машинного зрения. М: Физматгиз, 2010. С. 249.], которые основаны на использовании метода наименьших квадратов либо корреляционного анализа, оба требуют значительных вычислительных ресурсов процессора, что очень нецелесообразно для обработки в реальном времени. Более экономичный в вычислительном отношении алгоритм субпиксельного определения координат изображения маяка на фотоматрице основан на определении центра функции яркости. Изображение маяка на фотоматрице представляет собой фигуру, близкую к кругу, диаметром десятки пикселов, причем это изображение формируется при наличии шумов фотоматрицы, накладываемых на собственно изображение, полученное посредством фотообъектива. Структура реального изображения представлена в виде графиков изменения яркости сигналов R(i,jo) - в зависимости от номера пиксела по строке на фиг. 1 и R(io,j) - по столбцу на фиг. 2, где обозначено:Known subpixel image processing algorithms are described in [Yu.V. Visilter Image processing and analysis in machine vision problems. M: Fizmatgiz, 2010. P. 249.], which are based on the use of the least squares method or correlation analysis, both require significant computational resources of the processor, which is very impractical for real-time processing. A computationally more economical subpixel algorithm for determining the coordinates of a beacon image on a photomatrix is based on determining the center of the brightness function. The image of the lighthouse on the photomatrix is a figure close to a circle with a diameter of tens of pixels, and this image is formed in the presence of photomatrix noise superimposed on the actual image obtained by the photo lens. The structure of the real image is presented in the form of graphs of changes in the brightness of the signals R (i, j o ) - depending on the pixel number along the line in FIG. 1 and R (i o , j) - according to the column in FIG. 2, where indicated:

io, jo - координаты центрального пиксела изображения маяка;i o , j o - coordinates of the central pixel of the lighthouse image;

W - внутренняя область изображения маяка, удовлетворяющая условию R(i,j)≥Rnop;W is the inner region of the lighthouse image, satisfying the condition R (i, j) ≥R nop ;

V - внешняя область изображения маяка, удовлетворяющая условию R(i,j)<Rnop, при этом внешней границей области V является окружность радиусом равным диаметру внутренней границы области V; R(i,j) - яркость пикселов в зависимости от номера строки i и столбца j;V is the outer region of the image of the lighthouse, satisfying the condition R (i, j) <R nop , while the outer boundary of the region V is a circle of radius equal to the diameter of the inner border of the region V; R (i, j) is the brightness of the pixels depending on the row number i and column j;

Figure 00000001
- пороговое значение функции яркости;
Figure 00000001
- threshold value of the brightness function;

Iвн - число пикселов во внутренней области W изображения маяка;I vn is the number of pixels in the inner region W of the lighthouse image;

Iвнеш - число пикселов во внешней области V изображения маяка;I outer - the number of pixels in the outer region V of the lighthouse image;

Центр функции яркости изображения маяка определяется подобно тому, как вычисляется центр массы объемного тела [Справочник по математике для учащихся втузов. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А.М.: Наука, 1981. С. 332].The center of the brightness function of the lighthouse image is determined in the same way as the center of mass of a volumetric body is calculated [Handbook of mathematics for students of technical colleges. Bronstein I.N., Semendyaev K.A.M .: Nauka, 1981. P. 332].

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где r - размер пиксела,

Figure 00000004
- интегральная яркость изображения области W.where r is the pixel size
Figure 00000004
- the integrated brightness of the image area W.

Углы ориентации и координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы определяются путем применения трех наземных маяков и бортовой системы технического зрения при этом, координаты маяков относительно ВПП известны, а алгоритм вычисления состоит в последовательном применении соотношений (2), (3), (4), (5) и (1) [Авиакосмическое приборостроение, 2011 г. №3, С. 23].The orientation angles and coordinates of the aircraft relative to the runway are determined by applying three ground beacons and an on-board vision system, while the coordinates of the beacons relative to the runway are known, and the calculation algorithm consists in sequentially applying relations (2), (3), (4) , (5) and (1) [Aerospace Instrumentation, 2011 No. 3, P. 23].

Техническая реализация предложенного способа в настоящее время возможна, например с использованием следующих компонентов:Technical implementation of the proposed method is currently possible, for example using the following components:

цифровая фотокамера - XSW-640 SWIR OEM (производства фирмы Xenics);digital camera - XSW-640 SWIR OEM (manufactured by Xenics);

лазерный излучатель - ЛПИ-120 (АО «НИИ «ПОЛЮС» им. М.Ф. СТЕЛЬМАХА»);laser emitter - LPI-120 (JSC "Research Institute" POLE "named after MF STELMAKH");

цифровой вычислитель - Эльбрус-8с (ЗАО «МЦСТ», г. Москва).digital computer - Elbrus-8s (CJSC “MCST”, Moscow).

Claims (2)

1. Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы, основанный на приеме сигналов лазерных маяков с известными координатами, установленных на взлетно-посадочной полосе, двумя разнесенными цифровыми фотокамерами, определении координат лазерных маяков на фотоматрицах и вычислении с их использованием координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы, отличающийся тем, что принимают сигналы по меньшей мере трех лазерных маяков, не лежащих на одной прямой, осуществляют субпиксельную обработку оцифрованных изображений, снимаемых с фотоматриц, в результате чего определяют координаты центров яркости изображений лазерных маяков и вычисляют координаты лазерных маяков относительно летательного аппарата, с использованием которых вычисляют матрицу направляющих косинусов, углы ориентации и координаты летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы.1. The method of determining the coordinates of the aircraft relative to the runway, based on the reception of laser beacon signals with known coordinates installed on the runway, two spaced digital cameras, determining the coordinates of the laser beacons on photomatrixes and calculating the coordinates of the aircraft relative to them the runway, characterized in that they receive signals from at least three laser beacons not lying on one straight line, carry out sub kselnuyu processing digitized images taken with photomatrixes, thereby determining the coordinates of the centers of images brightness laser beacons and in calculating the coordinates of laser beacons relative to the aircraft, which is computed using a direction cosine matrix, orientation angles and coordinates of the aircraft relative to the runway. 2. Способ определения координат летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы по п. 1, отличающийся тем, что субпиксельная обработка оцифрованных изображений заключается в определении центра яркости изображения маяка.2. The method of determining the coordinates of the aircraft relative to the runway according to claim 1, characterized in that the subpixel processing of digitized images consists in determining the center of brightness of the image of the lighthouse.
RU2018139706A 2018-11-08 2018-11-08 Method of determining coordinates of an aircraft relative to an airstrip RU2706443C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139706A RU2706443C1 (en) 2018-11-08 2018-11-08 Method of determining coordinates of an aircraft relative to an airstrip

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139706A RU2706443C1 (en) 2018-11-08 2018-11-08 Method of determining coordinates of an aircraft relative to an airstrip

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2706443C1 true RU2706443C1 (en) 2019-11-19

Family

ID=68579944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018139706A RU2706443C1 (en) 2018-11-08 2018-11-08 Method of determining coordinates of an aircraft relative to an airstrip

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2706443C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6414712B1 (en) * 1995-12-13 2002-07-02 Daimlerchrylsler, Ag Vehicle navigational system and signal processing method for said navigational system
RU2378664C1 (en) * 2008-07-09 2010-01-10 Валерий Георгиевич Бондарев Method of determining location and angle of orientation of aircraft relative runway strip and device to this end
WO2016016604A1 (en) * 2014-07-28 2016-02-04 Cyclops Road Studs Limited Ground level illumination system
EP2310271B1 (en) * 2008-08-16 2018-01-10 QinetiQ Limited Visual landing aids

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6414712B1 (en) * 1995-12-13 2002-07-02 Daimlerchrylsler, Ag Vehicle navigational system and signal processing method for said navigational system
RU2378664C1 (en) * 2008-07-09 2010-01-10 Валерий Георгиевич Бондарев Method of determining location and angle of orientation of aircraft relative runway strip and device to this end
EP2310271B1 (en) * 2008-08-16 2018-01-10 QinetiQ Limited Visual landing aids
WO2016016604A1 (en) * 2014-07-28 2016-02-04 Cyclops Road Studs Limited Ground level illumination system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110926474B (en) Satellite/vision/laser combined urban canyon environment UAV positioning and navigation method
US8515611B2 (en) Inertial measurement with an imaging sensor and a digitized map
CN104215239B (en) Guidance method using vision-based autonomous unmanned plane landing guidance device
Marut et al. ArUco markers pose estimation in UAV landing aid system
CN103218607B (en) A kind of cooperative target for unmanned plane autonomous landing on the ship designs and localization method
US10760907B2 (en) System and method for measuring a displacement of a mobile platform
US20190197908A1 (en) Methods and systems for improving the precision of autonomous landings by drone aircraft on landing targets
FR2638544A1 (en) SYSTEM FOR DETERMINING THE SPATIAL POSITION OF A MOVING OBJECT, PARTICULARLY APPLYING TO THE LANDING OF AIRCRAFT
CN109063532A (en) A kind of field lost contact personnel&#39;s method for searching based on unmanned plane
CN108759823A (en) The positioning of low speed automatic driving vehicle and method for correcting error in particular link based on images match
CN109357663A (en) Detection System for Bridge
FR2622301A1 (en) ANTI-COLLISION SYSTEM FOR AIRCRAFT AND OTHER MEANS OF TRANSPORT, METHOD AND APPARATUS FOR ITS APPLICATION
Fang et al. Review on bio-inspired polarized skylight navigation
EP2354753A1 (en) Method for determining the trajectory of a ballistic missile
RU2706443C1 (en) Method of determining coordinates of an aircraft relative to an airstrip
Pieniazek Measurement of aircraft approach using airfield image
CN115272458A (en) Visual positioning method for fixed wing unmanned aerial vehicle in landing stage
CN117848501A (en) Aviation multispectral image radiation correction method, device, equipment and medium
EP2905579A1 (en) Passive altimeter
RU2348981C1 (en) Method of independent formation of landing information for flying machine and system for its realisation (versions)
RU2378664C1 (en) Method of determining location and angle of orientation of aircraft relative runway strip and device to this end
CN115493598B (en) Target positioning method and device in motion process and storage medium
CN209197737U (en) Detection System for Bridge
US20230348115A1 (en) Safe landing point search device for searching for safe landing point by using contour line information with respect to terrain map, and safe landing point search method
RU2684710C1 (en) Aircraft ins errors correction system by the area road map

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201109