RU2165062C1 - Способ высокоточного целеуказания - Google Patents
Способ высокоточного целеуказания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165062C1 RU2165062C1 RU99124990A RU99124990A RU2165062C1 RU 2165062 C1 RU2165062 C1 RU 2165062C1 RU 99124990 A RU99124990 A RU 99124990A RU 99124990 A RU99124990 A RU 99124990A RU 2165062 C1 RU2165062 C1 RU 2165062C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- helmet
- image
- target designation
- target indication
- rotation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к авиации и может быть использовано для высокоточного целеуказания объектов посредством нашлемной системы. Изобретение повышает точность, быстродействие и надежность целеуказания объектов. Сущность изобретения заключается в том, что при поиске объектов посредством поворота шлема управляют поворотом нескольких камер обзора верхней и нижней полусфер, при этом одновременно изменяют коэффициент передачи от углов поворота шлема к углам поворота камер и масштаб изображения. Для предварительного целеуказания сопровождают глазами объект на всем изображении, контролируют положение перекрестия на объекте и нажимают кнопку для автосопровождения цели. Для окончательного целеуказания сопровождают глазами выбранное место на объекте, увеличенное в соответствующем окне, контролируют положение перекрестия на объекте и нажимают кнопку для передачи данных целеуказания в бортовую вычислительную машину.
Description
Изобретение относится к области авиации и может быть использовано летчиком для высокоточного целеуказания объектов с использованием нашлемной системы целеуказания, управляющей камерами визорных системам. Кроме того, изобретение может быть использовано любым человеком, находящимся в подвижном средстве передвижения (или находящимся на земле), если имеется соответствующее оборудование.
Широко используется способ целеуказания (а следовательно, и устройство для его реализации - нашлемная система целеуказания Щ-ЗУМ-1, разработанное киевским ОКБ "Арсенал" и установленное на самолете МиГ-29), в котором летчик поворотом головы нацеливает на визуально видимый объект сфокусированное в бесконечность перекрестие на закрепленном жестко на шлеме полупрозрачном стекле перед глазом. При этом информация об угловом положении шлема, а значит и линии визирования поступает в бортовой комплекс самолета.
Однако точностные характеристики системы позиционирования шлема в кабине не позволяют обеспечить необходимую точность, быстроту и область целеуказания объектов для широкого круга решаемых задач, в том числе при полном отсутствии или ухудшенной визуальной видимости.
Наиболее близким по технической сущности является способ целеуказания (описанный в американском патенте "Aircraft sighting system", N 5,483,865 от 16 января 1996 г.), реализованный на вертолете, в котором управление камерой переднего обзора (с полем видимости порядка 40o х 30o и установленной на стабилизированной платформе в верхней части носа вертолета) осуществляется с помощью поворота шлема летчика, а изображение с нее передается через систему индикации на шлеме непосредственно в глаз. Причем на изображении выделяют окно, в котором получают изображение объекта в увеличенном масштабе с наложенным на него символом целеуказания в виде перекрестия. Способ предполагает использование как телевизионной камеры (с использованием системы улучшения видимости), так и тепловизионной камеры, что обеспечивает его работоспособность в условиях плохой видимости.
Хотя этот способ значительно лучше первого, но также имеет недостаточные точность, быстроту, надежность и размеры области целеуказания.
В обоих способах существенно затруднен поиск объектов, расположенных под ЛА, над головой летчика и в задней полусфере.
Точность и быстрота целеуказания определяются способностью человека отслеживать движением головы движущиеся объекты, что затруднительно в следующих случаях, если:
угловые скорости линии визирования на объект либо очень малы, либо чрезмерно велики, что всегда происходит на больших и малых дальностях до объекта;
при постоянном коэффициенте передачи от углов поворота шлема к углам поворота камеры всегда возникают случаи, когда летчику неудобно (в силу ограниченности поворота головы и скорости ее поворота) осуществлять обзор задней полусферы, сопровождать объекты с большими угловыми скоростями линии визирования, или наоборот, точно наводить перекрестие на практически неподвижные цели (человек не может в силу физиологических ограничений контролировать положение головы в ЛА с точностью выше, чем 2 угловые минуты);
на шлем летчика воздействуют сильные акселерационные воздействия, которые могут быть связаны как с активным маневрированием с большими угловыми ускорениями и перегрузками, так и сильными вибрациями от несущих лопастей вертолета или ветровых возмущений, что приводит к непроизвольным колебаниям шлема, а значит и перекрестия;
способ требует, чтобы голова летчика была в четко определенном положении, что может быть неудобным в сложившейся полетной ситуации, так как может затруднить, например, считывание информации с приборной доски;
непрерывное вращение головой с высокоточным прицеливанием (достаточно тяжелого шлема с нашлемной системой целеуказания и индикации не менее 1.3-1.8 кг) быстро утомляет летный состав.
угловые скорости линии визирования на объект либо очень малы, либо чрезмерно велики, что всегда происходит на больших и малых дальностях до объекта;
при постоянном коэффициенте передачи от углов поворота шлема к углам поворота камеры всегда возникают случаи, когда летчику неудобно (в силу ограниченности поворота головы и скорости ее поворота) осуществлять обзор задней полусферы, сопровождать объекты с большими угловыми скоростями линии визирования, или наоборот, точно наводить перекрестие на практически неподвижные цели (человек не может в силу физиологических ограничений контролировать положение головы в ЛА с точностью выше, чем 2 угловые минуты);
на шлем летчика воздействуют сильные акселерационные воздействия, которые могут быть связаны как с активным маневрированием с большими угловыми ускорениями и перегрузками, так и сильными вибрациями от несущих лопастей вертолета или ветровых возмущений, что приводит к непроизвольным колебаниям шлема, а значит и перекрестия;
способ требует, чтобы голова летчика была в четко определенном положении, что может быть неудобным в сложившейся полетной ситуации, так как может затруднить, например, считывание информации с приборной доски;
непрерывное вращение головой с высокоточным прицеливанием (достаточно тяжелого шлема с нашлемной системой целеуказания и индикации не менее 1.3-1.8 кг) быстро утомляет летный состав.
При активном маневрировании ЛА на небольших дальностях до объекта целеуказание осуществить практически невозможно.
Технические результаты использования изобретения сводятся к следующему:
улучшатся точность и быстрота, расширится область целеуказания объектов обзора (которая практически приблизится к круговому обзору), перемещающихся в широком диапазоне угловых скоростей линий визирования;
станет возможным высокоточное сопровождение нескольких объектов несколькими камерами, расположенными сверху и снизу ЛА;
будет обеспечено рациональное (удобное или необходимое) положение головы летчика в кабине;
сохранится возможность целеуказания в условиях сильных акселерационных воздействий на шлем;
снизится утомляемость летчика;
легко определится момент потери работоспособности летчика по фиксации длительного закрытия его глаз.
улучшатся точность и быстрота, расширится область целеуказания объектов обзора (которая практически приблизится к круговому обзору), перемещающихся в широком диапазоне угловых скоростей линий визирования;
станет возможным высокоточное сопровождение нескольких объектов несколькими камерами, расположенными сверху и снизу ЛА;
будет обеспечено рациональное (удобное или необходимое) положение головы летчика в кабине;
сохранится возможность целеуказания в условиях сильных акселерационных воздействий на шлем;
снизится утомляемость летчика;
легко определится момент потери работоспособности летчика по фиксации длительного закрытия его глаз.
В целом этот способ целеуказания окажет положительное влияние на безопасность полета.
Указанные технические результаты достигаются тем, что для поиска объектов используют камеру, управляемую поворотом шлема летчика. Изображение с визорной системы передают в глаз летчика. На изображении выделено окно, в котором изображение объекта получают в увеличенном масштабе с наложенным на него символом целеуказания в виде перекрестия. Шлемом управляют несколькими камерами (расположенными сверху и снизу ЛА) с комплексированием их изображений, обеспечивая этим практически круговой обзор и возможность сопровождения нескольких целей - каждая камера может следить за своим объектом.
В процессе целеуказания оптимальным образом изменяют коэффициент передачи от углов поворота шлема летчика к углам поворота визорной системы и масштаб увеличения изображения, что позволяет осуществлять целеуказание объектов в широком диапазоне угловых скоростей их линий визирования.
Для устранения колебаний увеличенного изображения его автосопровождают и стабилизируют не только электромеханическим, но и электронным способом.
Наведение перекрестья осуществляют с помощью системы отслеживания направления взгляда летчика, либо на всем изображении, либо в окне.
Выдача данных целеуказания в бортовой комплекс осуществляется нажатием кнопки в тот момент, когда перекрестие находится в желаемом месте на объекте.
Основные преимущества достигаются за счет того, что глаза человека обладают способностью точно сопровождать объекты в широком диапазоне угловых скоростей линии визирования. В результате количество движений головы летчика сводится к минимуму, что снизит утомляемость пилота по этой причине. Использование способа предполагает наблюдение за глазами, а значит в случае их закрытия (например, при потери летчиком сознания) возможен переход на автоматическое управление ЛА и бортовым комплексом, что повышает безопасность полета.
Управление визорными устройствами осуществляется с помощью системы позиционирования шлема (например, фирмы GEC для ЛА "Eurofighter"), измеряющей угловую ориентацию шлема и его положение в кабине ЛА оптическим способом на основе пеленгации светящихся диодов на шлеме инфракрасными камерами высокого разрешения) и следящей системы поворота камер на гиростабилизированных платформах.
Дальности до объекта может измеряться с высокой точностью лазерным дальномером, оптическая ось которого параллельна оптическим осям камер.
Высокая точность целеуказания в основном обеспечивается точностью системы отслеживания направления взгляда летчика (0.01 гр. с частотой 250 Гц) на увеличенном стабилизированном изображении объекта, а также точностью измерения углов поворота камеры в пространстве (а не точностью системы позиционирования шлема, как это было на аналоге и прототипе изобретения). Различные системы отслеживания направления взгляда изложены в монографии: Enderle, J. D., The Fast Eye Movement Control System. In: The Biomedical Engineering Handbook, ed. J. Bronzino. CRC Press, Inc., Boca Raton, FL, 1995, Chapter 164, pages 2463-2483, многие из которых основаны на использование инфракрасного источника подсветки глаз и тепловизионной камеры высокого разрешения.
Точность целеуказания возрастает, если увеличивается кратность увеличения изображения объекта в окне при одновременной качественной стабилизации увеличенного изображения объекта не только электромеханическим, но и электронным способом. Однако, если качества стабилизации недостаточно, функцию оптимальной фильтрации колебаний увеличенного изображения объекта выполняют сами глаза.
Камеры визорных систем могут быть различных диапазонов частот, что существенно повышает надежность поиска и автосопровождения объектов.
Наличие камер как вверху, так и снизу ЛА позволяет делать целеуказание объектов в воздухе и на земле одновременно.
Путем поворота головы (а значит и шлема) летчик осматривает закабинное пространство (как нижнюю, так и верхнюю полусферы) через синхронно поворачивающиеся камеры, при этом за счет большого коэффициента передачи от углов ориентации шлема к углам поворота камер углы поворота головы находятся в удобном для летчика диапазоне, что не затрудняет видимость им приборной доски.
После обнаружения объекта летчик сопровождает его глазами (контролируя наложение на него перекрестия) и делает предварительное целеуказание, нажимая в нужный момент кнопку. После этого коэффициент передачи (от шлема к камере) уменьшается, а изображение увеличивается. Летчик повторно выполняет сопровождение объекта глазами и опять в нужный момент нажимает кнопку, "захватывая" объект на автосопровождение до тех пор, пока увеличенное изображение объекта не окажется в окне. Одновременно происходит стабилизация увеличенного изображения в окне. Если не удается полностью устранить колебания объекта, то летчик способен глазами оптимальным образом фильтровать эти колебания. Для окончательного целеуказания летчик сопровождает глазами выбранное место на объекте в окне (контролируя положение перекрестия) и снова нажимает кнопку. По нажатию кнопки данные об объекте передаются в бортовой комплекс ЛА для обработки бортовой вычислительной машиной.
В качестве примера применения изобретения можно привести способ целеуказания объекта для определения его положения относительно ЛА путем высокоточного измерения углов ориентации линии визирования на объект и дальности до него (вдоль линии визирования).
Высокоточное целеуказание в первую очередь необходимо, чтобы дать информацию об объектах другим системам ЛА для взаимодействия с ними.
Для обеспечения безопасности полета выполняют целеуказание летящего объекта, опасного метеообразования или объекта-препятствия на земле, что позволяет своевременно предотвратить столкновение с ними путем выполнения маневра уклонения.
Предлагаемый способ позволяет:
корректировать положения ЛА в пространстве по заранее выбранному ориентиру, координаты которого известны с высокой точностью;
выполнить посадку на специально необорудованные взлетно-посадочные площадки;
выполнить точный выход на объект;
точно сбросить груз;
управлять дистанционно пилотируемым ЛА, двигающимся по линии визирования объекта;
"подсвечивать" объекты различными источниками излучения;
передавать координаты объектов на землю и другим ЛА.
корректировать положения ЛА в пространстве по заранее выбранному ориентиру, координаты которого известны с высокой точностью;
выполнить посадку на специально необорудованные взлетно-посадочные площадки;
выполнить точный выход на объект;
точно сбросить груз;
управлять дистанционно пилотируемым ЛА, двигающимся по линии визирования объекта;
"подсвечивать" объекты различными источниками излучения;
передавать координаты объектов на землю и другим ЛА.
Наибольший эффект от использования изобретения ожидается при решении задач мониторинга пространства в чрезвычайных ситуациях для спасения людей: при стихийных бедствиях, пожарах, наводнениях и т.д.
Claims (1)
- Способ целеуказания, включающий поиск объектов посредством поворота шлема, связанного с камерой и управляющего поворотом последней, передачу изображения от камеры в глаз летчику, выделении на изображении окна, увеличении и стабилизации изображения в окне и наложении на него символа целеуказания в виде перекрестия посредством поворота шлема, отличающийся тем, что посредством поворота шлема управляют поворотом нескольких дополнительно введенных камер обзора верхней и нижней полусфер с одновременным изменением коэффициента передачи от углов поворота шлема к углам поворота камер и масштаба изображения, при этом для предварительного целеуказания сопровождают глазами объект на всем изображении, контролируют положение перекрестия на объекте и нажимают кнопку для автосопровождения цели, а для окончательного целеуказания сопровождают глазами выбранное место на объекте в упомянутом окне, контролируют положение перекрестия на объекте и нажимают кнопку для передачи данных целеуказания в бортовую вычислительную машину.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99124990A RU2165062C1 (ru) | 1999-11-24 | 1999-11-24 | Способ высокоточного целеуказания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99124990A RU2165062C1 (ru) | 1999-11-24 | 1999-11-24 | Способ высокоточного целеуказания |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2165062C1 true RU2165062C1 (ru) | 2001-04-10 |
Family
ID=20227448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99124990A RU2165062C1 (ru) | 1999-11-24 | 1999-11-24 | Способ высокоточного целеуказания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2165062C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510046C2 (ru) * | 2010-08-18 | 2014-03-20 | Астриум Гмбх | Устройство и способ трехмерного позиционирования |
-
1999
- 1999-11-24 RU RU99124990A patent/RU2165062C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510046C2 (ru) * | 2010-08-18 | 2014-03-20 | Астриум Гмбх | Устройство и способ трехмерного позиционирования |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2728919B2 (ja) | ヘルメット搭載型表示装置及びその表示方法 | |
DK2227676T3 (en) | APPARATUS AND METHOD OF LANDING A ROTOR AIR | |
US7180476B1 (en) | Exterior aircraft vision system using a helmet-mounted display | |
EP1160541A1 (en) | Integrated vision system | |
JP3383323B2 (ja) | 航空機用仮想映像表示システム | |
US5585813A (en) | All aspect head aiming display | |
US8305238B2 (en) | Man-machine interface for pilot assistance | |
Hart | Helicopter human factors | |
JPH03213498A (ja) | 空中攻撃及び航行任務を補佐するオプトエレクトロニクスシステム | |
GB1578136A (en) | Helmet-mounted sights | |
US8358254B2 (en) | Helmet comprising visor position detection and associated helmet position detection | |
US10818091B2 (en) | Visualization system for an aircraft using LIDAR point cloud model | |
KR101662032B1 (ko) | 조종사의 시선 방향과 동기화 된 uav 항공 영상 촬영 시스템 | |
JP2777396B2 (ja) | 航空機の表示装置 | |
JP3252129B2 (ja) | ヘリコプタの操縦支援装置 | |
RU2165062C1 (ru) | Способ высокоточного целеуказания | |
Kasper et al. | Effects of in-flight field-of-view restriction on rotorcraft pilot head movement | |
US20170146800A1 (en) | System and method for facilitating cross-checking between flight crew members using wearable displays | |
US3944729A (en) | Stabilized terrain optical position sensor | |
JP7367922B2 (ja) | 操縦支援システム | |
Hart et al. | Helmet-mounted pilot night vision systems: Human factors issues | |
Boehm et al. | Requirements of an HMS/D for a Night-Flying Helicopter | |
US20220301441A1 (en) | Method and system for displaying and managing a situation in the environment of an aircraft | |
DE102022116786B4 (de) | Flugzeug-Hilfsanzeigesystem zum Vermeiden Räumlicher Desorientierung | |
JP7367930B2 (ja) | 移動体用画像表示システム |