RU2334945C1 - Method of detection of helicopter translation movement at landing and device for its implementation - Google Patents
Method of detection of helicopter translation movement at landing and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2334945C1 RU2334945C1 RU2007117649/28A RU2007117649A RU2334945C1 RU 2334945 C1 RU2334945 C1 RU 2334945C1 RU 2007117649/28 A RU2007117649/28 A RU 2007117649/28A RU 2007117649 A RU2007117649 A RU 2007117649A RU 2334945 C1 RU2334945 C1 RU 2334945C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- helicopter
- module
- earth
- equations
- angles
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к авиации и предназначено для определения пространственного перемещения вертолета относительно земли на этапе посадки, служит для систем автоматического управления посадкой вертолета.The invention relates to aviation and is intended to determine the spatial movement of the helicopter relative to the ground at the landing stage, is used for automatic helicopter landing control systems.
Известен способ определения ориентации подвижного объекта по координатам реперных источников (РИ), включающий определение сигналов, соответствующих положению изображения РИ в плоскости фотодетектора, определение углов пеленгов каждого РИ по полученным сигналам с учетом фокусного расстояния объктива и определение координат РИ по данным углов-пеленгов с учетом расстояния между точками [1].A known method for determining the orientation of a moving object by the coordinates of reference sources (RI), including determining signals corresponding to the position of the image of the RI in the plane of the photodetector, determining the angles of bearings of each RI from the received signals taking into account the focal length of the lens and determining the coordinates of the RI according to the angles-bearings taking into account distance between points [1].
Этот способ реализован в устройстве, содержащем реперные источники на подвижном объекте, а на неподвижном - два фотоприемных оптико-локационных блока и блок определения координат РИ и ориентации подвижного объекта [2].This method is implemented in a device containing reference sources on a moving object, and on a stationary one - two photodetector optical-location units and a unit for determining the coordinates of the radiation sources and the orientation of the moving object [2].
Недостатком описанного аналога является применение прецизионного механического сканирования, наличие двух оптико-локационных блоков и реперных источников с известным расположением на подвижном объекте.The disadvantage of the described analogue is the use of precision mechanical scanning, the presence of two optical-location blocks and reference sources with a known location on a moving object.
Известны наиболее близкие к заявляемому изобретению способ и устройство, описанные в патенте РФ №2275652 и относящиеся к системам дистанционного определения ориентации подвижных объектов. Способ основан на определении углов-пеленгов, координат реперных источников с помощью двух оптико-локационных блоков, каждый из которых содержит сканирующее зеркало, объектив и фотоприемник, и по полученным значениям - определении ориентации подвижного объекта. Повышение точности измерения координат источников излучения достигается за счет учета изменения расстояния между оптико-локационными блоками.Known closest to the claimed invention, the method and device described in the patent of the Russian Federation No. 2275652 and related to remote sensing systems for the orientation of moving objects. The method is based on determining angles-bearings, coordinates of reference sources using two optical-location blocks, each of which contains a scanning mirror, a lens and a photodetector, and from the obtained values - determining the orientation of a moving object. Improving the accuracy of measuring the coordinates of radiation sources is achieved by taking into account changes in the distance between the optical-location blocks.
Устройство, реализующее этот способ, оснащено двумя оптико-локационными блоками, соединенными с блоком определения углов-пеленгов источников излучения, соединенным с блоком определения координат источников излучения, и блоком определения смещения точек отсчета углов-пеленгов, которые представляют собой вычислительные устройства, блок ввода и хранения данных расстояния между оптико-локационными блоками и сумматор.A device that implements this method is equipped with two optical location blocks connected to a block for determining angles of bearings of radiation sources connected to a block for determining coordinates of radiation sources and a block for determining the offset of reference points of angles of bearings, which are computing devices, an input unit, and data storage distance between the optical-location blocks and the adder.
Недостатком этого устройства является значительный вес и стоимость из-за применения прецизионного механического сканирования, наличие двух оптико-локационных боков и реперных источников с известным расположением на подвижном объекте.The disadvantage of this device is the significant weight and cost due to the use of precision mechanical scanning, the presence of two optical location sides and reference sources with a known location on a moving object.
Задачей изобретения является расширение возможностей при определении поступательного пространственного перемещения вертолета на посадке по углам-пеленгам трех идентичных точек с неизвестным расположением на поверхности земли (не доступных для соответствующих измерений), с использованием одного оптического блока.The objective of the invention is to expand the capabilities in determining the translational spatial movement of the helicopter on landing along the bearing angles of three identical points with an unknown location on the earth's surface (not available for the corresponding measurements), using one optical unit.
Технический результат изобретения достигается тем, что в способе определения пространственного перемещения вертолета на посадке, основанном на определении углов-пеленгов источников излучения с помощью оптического блока и вычислительных устройств, углы пеленги идентичных точек определяют путем программной обработки изображений земной поверхности из двух последовательных положений вертолета, для чего используют блок приемника изображений земной поверхности, вычисляют матрицу направляющих косинусов и коэффициенты системы уравнений, решают систему линейных уравнений, посредством чего определяют три компоненты поступательного перемещения вертолета, при этом взаимное расположение идентичных точек неизвестно.The technical result of the invention is achieved by the fact that in a method for determining the spatial movement of a helicopter in a landing based on determining angles of bearings of radiation sources using an optical unit and computing devices, angles of bearings of identical points are determined by software processing images of the earth's surface from two successive positions of the helicopter, for why they use the block of the receiver of images of the earth’s surface, calculate the matrix of guide cosines and the coefficients of the system of equations th, they solve a system of linear equations, whereby three components of the translational movement of the helicopter are determined, while the relative positions of identical points are unknown.
Программная обработка изображения земной поверхности с целью нахождения идентичных точек может осуществляться методами, описанными в [1], например, с использованием оконтуривания изображения и дальнейшего выделения в нем точек излома контура. Применение цветного изображения позволяет решать эту задачу еще более простыми приемами, например выделение пикселей (или групп пикселей) с определенным соотношением интенсивностей цветовых компонент.Software processing of the image of the earth's surface in order to find identical points can be carried out by the methods described in [1], for example, using contouring of the image and further selection of breakpoints in it. The use of a color image allows us to solve this problem with even simpler methods, for example, the selection of pixels (or groups of pixels) with a certain ratio of intensities of color components.
Способ реализуется в устройстве для определения поступательного перемещения вертолета, содержащем оптический блок и вычислительные устройства, причем оптический блок представляет собой блок приемника изображений земной поверхности, содержащий матричный фотоприемник, размещенный в фокальной плоскости объектива, соединенный с вычислителем, содержащим модуль обработки изображения земной поверхности, где производится программная обработка изображения с целью определения углов-пеленгов трех идентичных точек, модуль вычисления матрицы направляющих косинусов и коэффициентов системы уравнений, где производится вычисление упомянутых коэффициентов на основании значений углов, измеряемых инерциальной навигационной системой, модуль вычисления компонентов поступательного перемещения вертолета, где производится решение системы линейных уравнений и вычисление трех компонентов поступательного пространственного перемещения вертолета, при этом модуль обработки изображений земной поверхности своим входом связан с фотоматрицей, а выходом - с первым входом модуля вычисления матрицы направляющих косинусов и коэффициентов системы уравнений, второй вход которого связан с инерциальной навигационной системой, а выход связан с входом модуля вычисления компонентов поступательного перемещения вертолета.The method is implemented in a device for determining the translational movement of a helicopter, comprising an optical unit and computing devices, the optical unit being a block of a ground surface image receiver comprising a matrix photodetector located in the focal plane of the lens connected to a computer containing a ground surface image processing module, where software image processing is performed to determine the bearing angles of three identical points, the matrix calculation module s of directional cosines and coefficients of the system of equations where the mentioned coefficients are calculated based on the values of the angles measured by the inertial navigation system, a module for calculating the components of the translational movement of the helicopter, where the system of linear equations is solved and three components of the translational spatial movement of the helicopter are solved, while the image processing module the earth’s surface is connected by its input to the photomatrix, and the output - with the first input of the computational module Nia matrix of direction cosines and the coefficients of the system of equations, the second input of which is connected with an inertial navigation system, and an output connected to an input computing module translational movement components of the helicopter.
На фиг.1 показана схема размещения двух положений фотоматрицы в процессе определения пространственного перемещения вертолета и одна из трех идентичных точек Р, на фиг.2 - структурная схема устройства для определения пространственного перемещения ЛА.Figure 1 shows the layout of the two positions of the photomatrix in the process of determining the spatial movement of the helicopter and one of the three identical points P, figure 2 is a structural diagram of a device for determining the spatial movement of the aircraft.
Способ реализуется следующим образом. Прямоугольная система координат OXYZ (фиг.1) связана с первым положением вертолета, фотоматрица расположена в плоскости OYZ, а оптическая ось объектива совпадает с осью ОХ. Система координат O1X1Y1Z1 связана с вторым положением вертолета. Идентичная точка земной поверхности находится в точке Р. Центр фотоматрицы расположен в начале координат О (O1 - его второе положение). В точке F (F1) располагается геометрический центр объектива, формирующего оптическое изображение S (S1) идентичной точки земной поверхности Р.The method is implemented as follows. The rectangular coordinate system OXYZ (Fig. 1) is associated with the first position of the helicopter, the photomatrix is located in the OYZ plane, and the optical axis of the lens coincides with the axis OX. The coordinate system O 1 X 1 Y 1 Z 1 is associated with the second position of the helicopter. An identical point on the earth's surface is located at point P. The center of the photomatrix is located at the origin of coordinates O (O 1 is its second position). At the point F (F 1 ) is the geometric center of the lens forming the optical image S (S 1 ) of an identical point on the earth’s surface P.
Производится фотоэкспонирование изображений земной поверхности на фотоматрице из двух положений вертолета. Определяются координаты изображений идентичной точки Р на фотоматрице из этих положений. Положение системы координат O1X1Y1Z1 относительно системы OXYZ задается вектором смещения начала координат r0, обусловленного движением вертолета, а изменение углового положения системы O1X1Y1Z1 - матрицей направляющих косинусов А.Photoexposure of images of the earth's surface is performed on a photomatrix from two positions of the helicopter. The coordinates of the images of the identical point P on the photomatrix from these positions are determined. The position of the coordinate system O 1 X 1 Y 1 Z 1 relative to the OXYZ system is determined by the displacement vector of the coordinate origin r 0 due to the movement of the helicopter, and the change in the angular position of the system O 1 X 1 Y 1 Z 1 is determined by the matrix of guiding cosines A.
Двумя способами выражают вектор ОР и приравнивают правые части этих выраженийIn two ways they express the vector OP and equate the right parts of these expressions
Выражают следующие вектораThe following vectors are expressed.
где Мx и Mx1 - проекции векторов М и M1 на оси ОХ и O1X1,where M x and M x1 are the projections of the vectors M and M 1 on the axis OX and O 1 X 1 ,
ijk и i1j1k1 - единичные орты в системах координат OXYZ и O1X1Y1Z1,ijk and i 1 j 1 k 1 are unit vectors in the coordinate systems OXYZ and O 1 X 1 Y 1 Z 1 ,
F=OF=O1F1 - фокусное расстояние объектива.F = OF = O 1 F 1 is the focal length of the lens.
Два первых соотношения следуют из подобия пар треугольников OSF SPD и O1S1F1, S1PD1.The first two relations follow from the similarity of the pairs of triangles OSF SPD and O 1 S 1 F 1 , S 1 PD 1 .
Переписывают последнее векторное равенство (1) с учетом полученных выраженийRewrite the last vector equality (1) taking into account the obtained expressions
Единичные орты i1, j1, k1 и i, j, k связаны между собой известным соотношениемThe unit vectors i 1 , j 1 , k 1 and i, j, k are interconnected by a known relation
где aij - элементы матрицы направляющих косинусов А.where a ij are the elements of the matrix of guiding cosines A.
где a, b, с - углы поворота вертолета по осям OX, OY, OZ соответственно. Подставляя выражения для ортов (3) в векторное соотношение (2) и проецируя на OX, OY и OZ, получаютwhere a, b, c are the angles of rotation of the helicopter along the axes OX, OY, OZ, respectively. Substituting the expressions for the unit vectors (3) into the vector relation (2) and projecting onto OX, OY, and OZ, we obtain
Величины Мx, Mx1 являются промежуточными, в их определении нет необходимости, поэтому система уравнений упрощается следующим образом. Выражают Мx из первого уравнения и подставляют это выражение во второе и третье уравнения. В процессе упрощения уравнений (4) используют также следующие обозначения:The values of M x , M x1 are intermediate, their definition is not necessary, therefore, the system of equations is simplified as follows. Express M x from the first equation and substitute this expression in the second and third equations. In the process of simplifying equations (4), the following notation is also used:
Анализ полученного уравнения показывает, что в него вошли три неизвестные величины βx, βy, βz (x01, y01, z01) и три угловые величины а, b, с, измеряемые инерциальной навигационной системой (ИНС), которые однозначно определяют коэффициенты матрицы направляющих косинусов. Определение трех величин βx, βy, βz составляет цель поставленной задачи. Кроме неизвестных величин, в уравнение (5) вошла известная константа F и измеряемые посредством фотоматриц величины αy, αz и αy1, αz1.An analysis of the obtained equation shows that it includes three unknown quantities β x , β y , β z (x 01 , y 01 , z 01 ) and three angular values a, b, c, measured by an inertial navigation system (ANN), which are uniquely determine the coefficients of the matrix of guide cosines. The determination of the three quantities β x , β y , β z is the goal of the task. In addition to unknown quantities, the well-known constant F and the quantities α y , α z and α y1 , α z1 measured by photomatrixes also entered into equation (5).
Таким образом, для разрешимости поставленной задачи необходимо составить по крайней мере три уравнения. Для предотвращения линейной зависимости этих уравнений и последующих проблем с их численным решением используют три точки на земной поверхности, не лежащие на одной прямой. Для каждой из трех точек записывают уравнение, аналогичное уравнению (5).Thus, for the solvability of the problem, it is necessary to compose at least three equations. To prevent the linear dependence of these equations and subsequent problems with their numerical solution, three points on the earth’s surface, not lying on one straight line, are used. For each of the three points write an equation similar to equation (5).
где i=1...3.where i = 1 ... 3.
Упрощают полученную систему уравнений. Для этого вводят следующие обозначения:Simplify the resulting system of equations. To do this, enter the following notation:
Вычисляют значения коэффициентов Вi x, Вi y, Вi z (i=1...3), используя соотношения (7), тогда система уравнений (6) принимает вид:The values of the coefficients В i x , В i y , В i z (i = 1 ... 3) are calculated using relations (7), then the system of equations (6) takes the form:
Уравнения решают относительно βx, βy, βz, используя следующие соотношенияThe equations are solved for β x , β y , β z using the following relations
Вычисляют компоненты поступательного перемещения ЛА по формулам:The components of the translational movement of the aircraft are calculated by the formulas:
x01=Fβx; y01=Fβy; z01=Fβz.x 01 = Fβ x ; y 01 = Fβ y ; z 01 = Fβ z .
Таким образом, решение задачи об определении перемещения вертолета относительно земли основано на измерении координат изображений трех идентичных точек земной поверхности, не лежащих на одной прямой, полученных из двух точек траектории вертолета, и вычислении на основе этих измерений его пространственного перемещения.Thus, the solution to the problem of determining the movement of a helicopter relative to the ground is based on measuring the coordinates of images of three identical points of the earth’s surface that are not lying on one straight line, obtained from two points of the helicopter’s trajectory, and calculating its spatial movement based on these measurements.
Устройство для определения пространственного перемещения вертолета на посадке (фиг.2) содержит блок приемника изображений земной поверхности 1, включающий объектив 3 и фотоматрицу 4, вычислитель 2, включающий в себя модуль анализа изображений земной поверхности 5, модуль 6 вычисления матрицы направляющих косинусов и коэффициентов системы уравнений, модуль 7 вычисления компонентов поступательного перемещения вертолета.A device for determining the spatial movement of the helicopter on landing (Fig. 2) contains a block for receiving images of the earth's surface 1, including a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Изображения земной поверхности проецируются объективом 3 на фотоматрице 4. В модуле 5 обработки изображений земной поверхности определяются координаты идентичных точек изображений, которые поступают в модуль 6 вычисления матрицы направляющих косинусов и коэффициентов системы уравнений, в который также поступают сигналы из ИНС, где формируются численные значения коэффициентов системы уравнений, а затем в модуле 7 вычисления компонентов поступательного перемещения вертолета производится решение системы линейных уравнений (8) и вычисление трех компонентов поступательного перемещения вертолета.The images of the earth's surface are projected by the
Для повышения точности определения пространственного перемещения вертолета используются прецизионные датчики информации и вычислитель с необходимой разрядностью.To increase the accuracy of determining the spatial movement of the helicopter, precision information sensors and a computer with the required bit depth are used.
Источники информацииInformation sources
1. Техническое зрение роботов. Под общ. ред. Ю.Г.Якушенкова. - М.: Машиностроение, 1990. - c.168.1. Technical vision of robots. Under the total. ed. Yu.G. Yakushenkova. - M.: Mechanical Engineering, 1990. - p.168.
2. Патент на изобретение GB №2002986 А, опубл. 28.02.1979.2. Patent for invention GB No. 2002986 A, publ. 02/28/1979.
3. Патент РФ на изобретение RU №2275652 С2, G01S 5/16, опубл. 27.04.2006, бюл. №12 (прототип).3. RF patent for the invention RU No. 2275652 C2,
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007117649/28A RU2334945C1 (en) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | Method of detection of helicopter translation movement at landing and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007117649/28A RU2334945C1 (en) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | Method of detection of helicopter translation movement at landing and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2334945C1 true RU2334945C1 (en) | 2008-09-27 |
Family
ID=39929054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007117649/28A RU2334945C1 (en) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | Method of detection of helicopter translation movement at landing and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2334945C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2422772C1 (en) * | 2010-02-02 | 2011-06-27 | Валерий Георгиевич Бондарев | Method of locating vehicle relative to traffic mark |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2065133C1 (en) * | 1993-06-28 | 1996-08-10 | Институт физико-технических проблем НПО "Синергия" | Method of automated measurement of coordinates of points of external medium to plot its three-dimensional model in stereo television system of technical vision |
| RU2085839C1 (en) * | 1994-02-22 | 1997-07-27 | Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна | Method of measurement of surface of object |
| RU2090927C1 (en) * | 1990-03-11 | 1997-09-20 | Алексей Васильевич Калеватых | Method for identifying objects by their outline |
| RU2275652C2 (en) * | 2001-05-28 | 2006-04-27 | Валерий Тимофеевич Глущенко | Method for location of radiation source and device for its realization |
-
2007
- 2007-05-11 RU RU2007117649/28A patent/RU2334945C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2090927C1 (en) * | 1990-03-11 | 1997-09-20 | Алексей Васильевич Калеватых | Method for identifying objects by their outline |
| RU2065133C1 (en) * | 1993-06-28 | 1996-08-10 | Институт физико-технических проблем НПО "Синергия" | Method of automated measurement of coordinates of points of external medium to plot its three-dimensional model in stereo television system of technical vision |
| RU2085839C1 (en) * | 1994-02-22 | 1997-07-27 | Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна | Method of measurement of surface of object |
| RU2275652C2 (en) * | 2001-05-28 | 2006-04-27 | Валерий Тимофеевич Глущенко | Method for location of radiation source and device for its realization |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Техническое зрение роботов. / Под общ. ред. Ю.Г.Якушенкова. - М.: Машиностроение, 1990, с.168. * |
| Хорн Б.К.П. Зрение роботов. - М.: Мир, 1989, с.487. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2422772C1 (en) * | 2010-02-02 | 2011-06-27 | Валерий Георгиевич Бондарев | Method of locating vehicle relative to traffic mark |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU664393B2 (en) | Method and system for point by point measurement of spatial coordinates | |
| Olson et al. | Stereo ego-motion improvements for robust rover navigation | |
| US20160260250A1 (en) | Method and system for 3d capture based on structure from motion with pose detection tool | |
| US8494225B2 (en) | Navigation method and aparatus | |
| US9194954B2 (en) | Method for geo-referencing an imaged area | |
| CN111156998A (en) | A Mobile Robot Localization Method Based on RGB-D Camera and IMU Information Fusion | |
| CN110873570A (en) | Method and apparatus for sourcing location information, generating and updating a map representing a location | |
| WO2015134795A2 (en) | Method and system for 3d capture based on structure from motion with pose detection tool | |
| RU2720076C1 (en) | Method of angular and spatial coordinates estimation of objects in reference points in optical-electronic positioning system | |
| CN115435779B (en) | A method for intelligent body pose estimation based on GNSS/IMU/optical flow information fusion | |
| WO2019231850A1 (en) | Radar head pose localization | |
| EP3155369B1 (en) | System and method for measuring a displacement of a mobile platform | |
| Paffenholz | Direct geo-referencing of 3D point clouds with 3D positioning sensors | |
| Choi et al. | Position-based augmented reality platform for aiding construction and inspection of offshore plants | |
| Xin et al. | Study on dynamic and accurate 6-DOF measurement system and approach | |
| JP2001296124A (en) | Three-dimensional coordinate measuring method and three-dimensional coordinate measuring device | |
| Bikmaev et al. | Improving the accuracy of supporting mobile objects with the use of the algorithm of complex processing of signals with a monocular camera and LiDAR | |
| Grudziński et al. | Stereovision tracking system for monitoring loader crane tip position | |
| RU2334945C1 (en) | Method of detection of helicopter translation movement at landing and device for its implementation | |
| CN208314856U (en) | A kind of system for the detection of monocular airborne target | |
| Shmatko et al. | Estimation of rotation measurement error of objects using computer simulation | |
| RU2348011C1 (en) | Navigation system | |
| RU2684710C1 (en) | Aircraft ins errors correction system by the area road map | |
| Deng et al. | Single-sensor-based and multi-sensor fusion SLAM: A survey | |
| Mouzakidou et al. | Airborne sensor fusion: Expected accuracy and behavior of a concurrent adjustment |