РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ	(19) RU (11) 2 574 224 (13) C1
	(51) МПК G01S 17/06 (2006.01)

Статус:	не действует (последнее изменение статуса: 02.07.2021)
Пошлина:	Возможность восстановления: нет.

(21)(22) Заявка: 2014137917/28, 18.09.2014 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 18.09.2014 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 18.09.2014 (45) Опубликовано: 10.02.2016 Бюл. № 4 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2331084 C1, 10.08.2008. RU 2523446 C2, 20.07.2014. RU 144029 U1, 10.08.2014. US 6639545 B1, 28.10.2003. Адрес для переписки: 440005, г. Пенза-5, ВАМТО, отдел организации научной работы и научно-педагогических кадров, Устинов Евгений Михайлович

(72) Автор(ы): Шишков Сергей Викторович (RU), Годунов Анатолий Иванович (RU), Искоркин Дмитрий Викторович (RU), Терёшин Андрей Владимирович (RU), Музауи Карим (RU), Петелин Кирилл Сергеевич (RU), Молоствов Алексей Владимирович (RU), Синяев Евгений Геннадьевич (RU), Черный Сергей Валерьевич (RU) (73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное казённое военное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия материально технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" (RU)

(54) СПОСОБ ПАССИВНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ МАЛОГАБАРИТНЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Изобретение относится к области обнаружения, распознавания и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА) и прицеливания по ним и может быть использовано в военной технике.

Известны различные способы и технические решения для обнаружения летательных аппаратов с использованием способа кругового обзора матричным фотоприемным устройством и устройство для его осуществления (патент РФ №2445644), оптическим локатором кругового обзора (патент РФ №2352957) [1,2]. Недостатками являются сложность конструкции, большие размеры, большая мощность двигателя для вращения камеры (кругового обзора) и соответственно ошибки в снятии результата.

Способы визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы и автоматизированного определения координат беспилотных летательных аппаратов (патенты РФ №№2489732, 2523446) [3,4]. Основным недостатком является демаскирующая составляющая данных способов, связанная с использования лазерного излучения, что снижает эффективность использования приведенных способов по обнаружению и определению пространственных координат МБЛА.

Способ обнаружения объектов (патент РФ №2331084 прототип) заключается в селекции объекта на удаленном фоне, заключающийся в приеме и формировании двух изображений в двух пространственно разнесенных точках, а также одновременной регистрации сформированных цифровых изображений, отличающийся тем, что опорное и сравниваемое цифровые изображения регистрируют одномоментно для каждого фрагмента (пикселя) изображений двумя идентичными видеосистемами на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников, например CMOS-матриц с объективами, которые предварительно фиксируют на небольшом, по сравнению с удалением от предполагаемого места появления объекта, расстоянии между собой параллельно друг другу в направлении на контролируемое пространство, а анализ изображений проводят при помощи определения величин смещения Δ характерных фрагментов сравниваемого изображения с аналогичными фрагментами опорного при максимально возможном их совпадении в направлении параллактического смещения и последующего выявления селектируемого и фоновых объектов из полученных смещений Δ и т.д. [5].

Известный способ имеет следующие недостатки: невозможно обнаружить МБЛА на 360° по горизонтали и на 90° по вертикали, так как он позволяет обнаружить объект в направлении на контролируемое пространство в переделах работы видеосистем на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников, например CMOS-матриц с объективами, невозможностью определения пространственных координат МБЛА и определения их дальнейшего направления движения.

Задачей, стоящей перед настоящим изобретением, является повышение возможности обнаружения МБЛА на 360° по горизонтали и на 90° по вертикали, определение пространственных координат МБЛА и его дальнейшего направления движения, с целью последующей борьбы с ними.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе пассивного обнаружения и определения координат МБЛА, заключающемся в приеме и формировании двух изображений в трех точках 1 с двумя равными базами 2, размещенными на Г-образной платформе с углом 90° посередине и с четырьмя стереопарами, состоящими из восьми телевизионных датчиков 3 с одинаковыми характеристиками, размещенными под углами 45° выше линии горизонта, при этом в средней точке размещены четыре телевизионных датчика 3, расположенных по горизонтали через каждые 90° (фиг. 1), тем самым в сумме создавая обзор пространства на 360° и возможностью обнаруживать МБЛА в пространстве. В двух остальных точках комплекта телевизионные датчики размещены по горизонтали через 180 друг от друга (фиг. 1), тем самым образуя стереопары с четырьмя телевизионными датчиками центральной точки. Такое построение стереопар предназначено для определения дальности до МБЛА 6 в пассивном режиме на 360 по горизонтали и на 90° по вертикали. Все телевизионные датчики жестко закреплены и строго отъюстированы между собой по парам и имеют выходы соответственно соединенные с входами ЭВМ 4 (фиг. 2). Соединение между телевизионными датчиками 3 и ЭВМ осуществляется проводами, проложенными внутри платформы 2 и кабель-канала 5. Питание всех элементов устройства производится от аккумуляторной батареи ЭВМ 4 (фиг. 3).

Управление работой и обработкой полученной информации осуществляется программным обеспечением ЭВМ 4, в которое вводятся исходные данные: координаты Г-образной платформы (X_пл,Y_пл,Z_пл) и величины ориентирования ее по направлению в пространстве. Данные вводятся в автоматическом режиме с помощью датчика топопривязки и навигации 7 [6].

Способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов работает следующим образом: электромагнитное излучение от МБЛА 6 поступает на два телевизионных датчика, в данном случае стереопара: 3.1.2 и 3.2.2 (фиг. 3). Обнаружение МБЛА 6 происходит на основе сравнения кадров видеопоследовательности и определения геометрических и цветовых изменений сформированных изображений телевизионным датчиком 3.2.2 [5]. ЭВМ 4 автоматически выбирает основной телевизионный датчик для определения дальности до МБЛА, в данном случае - 3.1.2 и для определения угла γ телевизионный датчик - 3.2.2 (фиг. 4).

Дальность D до МБЛА определяется по величине параллактического угла γ и по величине базы прибора Б (стереоскопический базовый метод измерения дальности) [6], определяемой положением точки проецирования МБЛА на матрице ПЗС 8 (фиг. 5)

В приборе угол γ определяется исходя из величины линейного параллакса P, измеренного по прибору как

где f - фокусное расстояние объективов прибора.

Анализ изображений проводится с помощью ЭВМ 4 и определяется величина смещения точки пикселя оптической оси P_3.1.2 (телевизионный датчик 3.1.2), которая является точкой луча для определения дальности D₁ 9 и точкой пикселя, параллельной оптической оси стереопары (телевизионный датчик 3.2.2), относительно ее определяется Р_3.2..2 10 и соответственно γ (фиг. 5). Телевизионные датчики жестко закреплены, отъюстированы и скоординированы их матрицы ПЗС, поэтому ошибка определения расстояния до МБЛА не большая.

Дальность D₁ до МБЛА определяется по формулам (1) и (2) с учетом величин параллактического угла γ=P_3.2.2/f и базы между телевизионными датчиками Б (фиг. 6). Используя координаты Г-образной платформы и углы направления ε_МБЛА, α_МБЛА, ЭВМ 4 рассчитывает пространственные координаты МБЛА в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Анализируя изменяющиеся пространственные координаты МБЛА 6, ЭВМ 4 определяет скорость и направление движения, что позволяет производить сопровождение МБЛА.

Информация о координатах Г-образной платформы рассчитывается в автоматическом режиме и поступает с датчика топопривязки и навигации 7 или введенных данных в ручном режиме, полученных с топографических карт (например, X_пл, Y_пл, Z_пл), поступает в ЭВМ 4. В ЭВМ 4 полученные данные о расстоянии между Г-образной платформой и МБЛА, равном D1, горизонтальном угле α_МБЛА и вертикальном угле ε_МБЛА (телевизионного датчика), в данном случае ε_МБЛА=45°-ε_тд, с Г-образной платформы на МБЛА 6, обрабатываются и рассчитываются пространственные координаты МБЛА по формулам (фиг. 6), где угол по горизонтали - βМБЛА рассчитывается формуле (Pα величина приращения параллактического смещения Ρ_3.1.2 по оси X ПЗС - матрицы телевизионного датчика), а угол по вертикали ε_тд рассчитывается по формуле , (P ε_тд величина приращения параллактического смещения Р_3.1.2 по оси Υ ПЗС - матрицы телевизионного датчика) (фиг. 5) [4].

На основе постоянной корректировки местоположения МБЛА на мониторе ЭВМ 4 оператору выдается информация текущих координат и расстояния до цели, а также вырисовывается направление его движения для прицеливания средства борьбы с МБЛА.

Таким образом, способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов, имея малые габариты, энергопотребление и стоимость, позволяет обнаруживать МБЛА на 360° по горизонтали и на 90° по вертикали, в оптическом диапазоне электромагнитных волн, определяя пространственные координаты МБЛА в пассивном режиме, с целью последующей борьбы с ними.

Источники информации

1. Броун Φ.М., Волков Р.И., Филатов М.И., Хазов A.M. Способ кругового обзора матричным фотоприемным устройством и устройство для его осуществления. - ФИПС. Патент на изобретение №2445644, 20.03.2012 г.

2. Архипов В.Г., Чжан Ю.В. Оптический локатор кругового обзора. - ФИПС. Патент на изобретение №2352957, 20.04.2009 г.

3. Попсуй С.П., Таурин В.Э., Швецов И.В., Швецова С.А. Способ визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы. - ФИПС. Патент на изобретение №2489732, 10.08.2013 г.

4. Шишков С.В. Способ автоматизированного определения координат беспилотных летательных аппаратов. - ФИПС. Патент на изобретение №2523446, 26.05.2014 г.

5. Подгорнов В.А. Способ обнаружения объектов. - ФИПС. Патент на изобретение №2331084, 10.08.2008 г.

6. Шишков С.В. Программа определения геометрических изменений на кадрах видеопоследовательности для обнаружения ДПЛА / Музаи К., Устинов Е.М., Пархоменко А.В., Чернов Е.М., Щербаков А.С. / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013611694, 31.01.13. Федеральный институт промышленной собственности.

Формула изобретения

1. Способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА), заключающийся в селекции объекта на удаленном фоне, приеме и формировании изображений в пространственно разнесенных точках, а также одновременной регистрации сформированных цифровых изображений высокоскоростными фотоприемниками, анализ изображений проводят при помощи определения величин смещения характерных фрагментов сравниваемого изображения с аналогичными фрагментами опорного, отличающийся тем, что в приеме и формировании изображений используются три точки с двумя равными базами, размещенными на Г-образной платформе с углом 90° посередине и с четырьмя стереопарами, состоящими из восьми телевизионных датчиков с одинаковыми характеристиками, размещенных под углами 45° выше линии горизонта, при этом в средней точке размещены четыре телевизионных датчика, размещенных по горизонтали через каждые 90°, тем самым в сумме создавая обзор пространства на 360° и возможность обнаруживать МБЛА в пассивном режиме.

2. Способ пассивного обнаружения и определения координат МБЛА по п. 1, отличающийся тем, что две другие точки комплекта телевизионных датчиков размещены по горизонтали через 180° друг от друга, тем самым образуя стереопары с четырьмя телевизионными датчиками центральной точки для определения дальности до МБЛА в пассивном режиме.

3. Способ пассивного обнаружения и определения координат МБЛА по п. 1, отличающийся тем, что анализ изображений проводится с помощью ЭВМ и определяется величина смещения точки пикселя оптической оси первого телевизионного датчика стереопары, которая является точкой луча для определения дальности до МБЛА и точкой пикселя параллельной оптической оси второго телевизионного датчика стереопары, относительно которой определяется смещение пикселя как величина линейного параллакса Ρ и рассчитывается параллактический угол γ по выражению γ=P/f, где f - фокусное расстояние объективов телевизионных датчиков, дальность до МБЛА рассчитывается по формуле Д=Б/tgγ, где Б - расстояние между стереопарами.

4. Способ пассивного обнаружения и определения координат МБЛА по п. 1, отличающийся тем, что и определения пространственных координат X_МБЛА, У_МБЛА, Z_МБЛА заключается в расчете ЭВМ по формулам X_МБЛА=X_ПЛ+ΔX=X_ПЛ+Дcos (α_МБЛА), У_МБЛА=У_ПЛ+ΔУ=У_ПЛ+Дsin (α_МБЛА), Z_MBЛA=Z_ПЛ+ΔZ=Z_ПЛ+Дsin (ε_МБЛА), где α_МБЛА - угол по горизонтали, который рассчитывается по величине приращения параллактического смещения точки пикселя по оси X ПЗС - матрицы телевизионного датчика, ε_МБЛА - угол по высоте, который рассчитывается по формуле ε_МБЛА=45°±ε_тд, где ε_тд рассчитывается по величине приращения параллактического смещения точки пикселя по оси Y ПЗС - матрицы телевизионного датчика, при этом информация о пространственных координатах Г-образной платформы X_ПЛ, Y_ПЛ, Z_ПЛ вводится в ЭВМ в ручном режиме или в автоматическом режиме с датчика топопривязки и навигации.

ИЗВЕЩЕНИЯ

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 19.09.2016

Дата внесения записи в Государственный реестр: 30.05.2017

Дата публикации: 30.05.2017