RU2563607C1 - Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла - Google Patents
Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563607C1 RU2563607C1 RU2014123293/28A RU2014123293A RU2563607C1 RU 2563607 C1 RU2563607 C1 RU 2563607C1 RU 2014123293/28 A RU2014123293/28 A RU 2014123293/28A RU 2014123293 A RU2014123293 A RU 2014123293A RU 2563607 C1 RU2563607 C1 RU 2563607C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- speed
- range
- distance
- array
- time
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Способ измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата (ЛА) заключается в многократном зондировании объекта импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты. При этом в рабочем режиме полета для определения дальности до объекта используют режим некогерентного накопления. В режимах взлета и посадки отключают режим некогерентного накопления и используют моноимпульсный режим измерения дальности и скорости. Технический результат заключается в обеспечении измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой области, где необходимо определить скорость движущегося объекта и расстояние до него, в частности для контроля рельефа подстилающей поверхности и управления режимом посадки летательного аппарата.
Известен способ определения дальности до удаленного объекта путем зондирования его лазерным импульсом, приема отраженного объектом импульса излучения и определения временного интервала между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного объектом импульса, по которому судят о дальности до объекта [1].
Недостатком этого способа является невозможность измерения скорости цели.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта [2], заключающийся в многократном зондировании объекта импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, разделяющим время на нумерованные тактовые интервалы, отсчитываемые от момента излучения зондирующего импульса и образующие тем самым ячейки дальности, и статистической обработке зарегистрированных данных. Согласно указанному способу производят многократное моноимпульсное зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала ti между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения, при каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени Ti, в которые производят посылки лазерных импульсов, и измеренных интервалов ti в серии n зондирований и определяют скорость объекта по формуле:
где
V - скорость объекта;
Ri=с·ti/2 результат измерения дальности до объекта в i-м зондировании;
с - скорость света,
задают момент времени T*, к которому должен быть привязан отсчет дальности, и определяют значение дальности до объекта в этот момент по формуле:
R*=R0+V(T*-T1),
где
R* - результат определения дальности до объекта в момент времени Т*;
При использовании этой процедуры для измерения параметров траектории летательного аппарата (ЛА) она реализуема только на малых и средних высотах полета ЛА, поскольку требует достоверности измерений при каждом зондировании объекта. Портативные измерители дальности и скорости не обладают достаточным энергетическим потенциалом для проведения таких измерений на больших высотах. При большой дальности до объекта величина принимаемого сигнала становится соизмеримой с амплитудой шумов и прием каждого отраженного импульса с заданной вероятностью становится невозможным. В этом случае измерение скорости по указанному алгоритму приводит к недостоверным результатам.
Задачей изобретения является обеспечение измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения.
Указанная задача решается за счет того, что в известном способе измерения высоты и/или вертикальной скорости ЛА, заключающемся в многократном зондировании объекта импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, разделяющим время на нумерованные тактовые интервалы, отсчитываемые от момента излучения зондирующего импульса и образующие тем самым ячейки дальности, и статистической обработке зарегистрированных данных, в рабочем режиме полета ЛА при выполнении им полетного задания, а также при наборе высоты и снижении проводят серию зондирований способом некогерентного накопления, а именно, накапливают массив принятых реализаций отраженного сигнала в каждой ячейке дальности до тех пор, пока величина накопленного массива не превысит пороговое значение, затем по заранее установленному критерию, например по максимуму коэффициента корреляции накопленного массива принятых реализации с массивом предварительно оцифрованного зондирующего импульса, определяют порядковый номер Р ячейки дальности, к которой относится отраженный сигнал, и определяют дальность R до объекта по формуле R=cPΔt/2, где с - скорость света; Δt - длительность тактового интервала, а в режимах взлета и посадки отключают режим некогерентного накопления и включают моноимпульсный режим измерения дальности и скорости, в процессе которого производят серию зондирований объекта не менее двух раз, при каждом i-м зондировании определяют время его приема ti, вычисляют дальность до объекта Ri=cti/2, где с - скорость света, и определяют дальность до объекта и его относительную скорость путем линейной интерполяции результатов измерений в виде R(t)=Vt+R0, где R(t) - текущая дальность до объекта; t - текущее время в данной серии; V - оценка скорости; R0 - оценка дальности до объекта в момент времени t=0.
Коэффициент корреляции можно определять по формуле
, где j - порядковый номер ячейки дальности; Pmax - максимальное число ячеек дальности, соответствующее диапазону измерения дальности; {S0j} - массив выборочных значений зондирующего импульса; {Sj} - массив накопленных значений принятых реализаций; р - текущее количество шагов при пошаговом сдвиге {Sj}.
Оценки дальности до объекта R0 в начальный момент измерения T1 и скорости объекта V можно формировать по формулам:
где
R0 - оценка дальности до объекта в момент времени t=0;
V - оценка скорости объекта;
Ri=c·ti/2 - результат измерения дальности до объекта в i-м зондировании;
Ti - моменты времени, в которые произведены замеры дальности Ri;
с - скорость света,
m - количество замеров дальности в серии.
ti - задержка между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения в i-м зондировании.
На фиг. 1 представлен профиль полета летательного аппарата. На фиг. 2 и фиг. 3 - процесс измерения дальности и скорости соответственно в режимах взлета и посадки.
При взлете летательного аппарата автоматически или по команде с пункта управления включают моноимпульсный режим работы измерителя дальности и скорости. Через время T1 после отрыва от земли производится измерение вертикальной дальности R1, а затем производится серия замеров дальности. Общее количество замеров m определяется требованиями по частоте обновления информации и точности измерений [5]. В каждой серии определяют дальность до объекта и его относительную скорость путем линейной интерполяции результатов измерений в виде R(t)=Vt+R0, где R(t) - текущая вертикальная дальность до объекта; t - текущее время в данной серии; V - оценка скорости; R0 - оценка дальности до объекта при t=0 (фиг. 2). Значения V и R0 можно определять по методу наименьших квадратов, то есть по формулам (1) и (2).
В рабочей фазе полета ЛА, когда он находится в состоянии набора высоты, горизонтального полета в соответствии с полетным заданием и снижения, по команде от автопилота или с наземного пункта управления включают режим измерений по методу некогерентного накопления [3]. Зондирование подстилающей поверхности также производят сериями, но при этом определяют уровень сигнала во всех ячейках дальности и накапливают полученные значения в каждой ячейке дальности до тех пор, пока накопленное значение не достигнет уровня, достаточного для точной фиксации накопленного массива на временной шкале. Затем определяют порядковый номер Р ячейки дальности, в которой зафиксировано положение накопленного массива, и определяют дальность R до подстилающей поверхности по формуле R=cPΔt/2, где с - скорость света; Δt - длительность тактового интервала, соответствующего протяженности ячейки дальности.
При посадке ЛА вновь включают моноимпульсный режим измерений, как описано выше. На фиг. 3 этот процесс показан от начала измерений в этом режиме T1 до последнего зондирования в момент Tm. Момент приземления Т=-R0/V может быть определен из зависимости R(t)=Vt+R0. Время от последнего зондирования до приземления может быть определено из соотношения R0/T=Rm/(T-Tm), откуда, с учетом Т=-R0/V,
Tп=(T-Tm)=Rm/V.
Расстояние до точки приземления по глиссаде Rп=VЛАТп, где VЛА - курсовая скорость летательного аппарата.
Данный способ позволяет:
- Увеличить измеряемую высоту летательного аппарата до 1000-2000 м.
- Уменьшить минимальную измеряемую высоту до 2 м.
- Обеспечить минимальный период обновления информации порядка 1 с на больших высотах и до 0,1 с - на малых.
- Обеспечить минимальную ошибку измерения скорости 0,01-0,1 м/с в зависимости от длительности серии зондирований и количества замеров в серии.
- Интерполировать результаты к любому моменту периода измерений или экстраполировать их на заданное время вперед, в том числе определять время приземления.
Эти выводы подтверждены испытаниями макетных образцов высотомера-скоростемера [4, 5]. Тем самым подтверждено решение поставленной задачи - обеспечение измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения.
Источники информации
1. В.А. Смирнов «Введение в оптическую радиоэлектронику». Изд. «Советское радио», Москва, 1973 г., с. 189.
2. Способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта.
Патент РФ №2378705 - прототип.
3. Способ некогерентного накопления светолокационных сигналов.
Патент РФ №2455615.
4. Малогабаритный лазерный высотомер ДЛ-5М. Фотоника, №3, 2013 г., с. 55.
5. В.Г. Вильнер, В.Г. Волобуев, А.А. Казаков, Б.К. Рябокуль Пути достижения предельной точности лазерного скоростемера. «Мир измерений», №7, 2010 г.
Claims (3)
1. Способ измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата (ЛА), заключающийся в многократном зондировании объекта импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, разделяющим время на нумерованные тактовые интервалы, отсчитываемые от момента излучения зондирующего импульса и образующие тем самым ячейки дальности, и статистической обработке зарегистрированных данных, отличающийся тем, что в рабочем режиме полета ЛА при выполнении им полетного задания, а также при наборе высоты и снижении проводят серию зондирований способом некогерентного накопления, а именно, накапливают массив принятых реализаций отраженного сигнала в каждой ячейке дальности до тех пор, пока величина накопленного массива не превысит пороговое значение, затем по максимуму коэффициента корреляции накопленного массива принятых реализаций с массивом предварительно оцифрованного зондирующего импульса определяют порядковый номер Р ячейки дальности, к которой относится отраженный сигнал, и определяют дальность R до объекта по формуле R=cPΔt/2, где с - скорость света; Δt - длительность тактового интервала, а в режимах взлета и посадки отключают режим некогерентного накопления и включают моноимпульсный режим измерения дальности и скорости, в процессе которого производят серию зондирований объекта не менее двух раз, при каждом i-м зондировании определяют время его приема ti, вычисляют дальность до объекта Ri=cti/2, где с - скорость света, и определяют дальность до объекта и его относительную скорость путем линейной интерполяции результатов измерений в виде R(t)=Vt+R0, где R(t) - текущая дальность до объекта; t - текущее время; V - оценка скорости; R0 - оценка дальности до объекта в момент времени t=0.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент корреляции определяют по формуле , где j - порядковый номер ячейки дальности; Pmax - максимальное число ячеек дальности, соответствующее диапазону измерения дальности; {S0j} - массив выборочных значений зондирующего импульса; {Sj} - массив накопленных значений принятых реализаций; р - текущее количество шагов при пошаговом сдвиге {Sj}.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценки дальности до объекта R0 в начальный момент измерения T1 и скорости объекта V формируют по формулам:
,
,
где R0 - оценка дальности до объекта в момент времени T1;
V - оценка скорости объекта;
Ri=с·ti/2 - результат измерения дальности до объекта в i-м зондировании;
Ti - моменты времени, в которые произведены замеры дальности Ri;
с - скорость света,
m - количество замеров дальности в серии.
ti - задержка между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения в i-м зондировании.
,
,
где R0 - оценка дальности до объекта в момент времени T1;
V - оценка скорости объекта;
Ri=с·ti/2 - результат измерения дальности до объекта в i-м зондировании;
Ti - моменты времени, в которые произведены замеры дальности Ri;
с - скорость света,
m - количество замеров дальности в серии.
ti - задержка между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения в i-м зондировании.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123293/28A RU2563607C1 (ru) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123293/28A RU2563607C1 (ru) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2563607C1 true RU2563607C1 (ru) | 2015-09-20 |
Family
ID=54147884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014123293/28A RU2563607C1 (ru) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2563607C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7961301B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-06-14 | Ball Aerospace & Technologies Corp. | Flash LADAR system |
RU2455615C1 (ru) * | 2011-01-18 | 2012-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Способ некогерентного накопления светолокационных сигналов |
EP1943541B1 (en) * | 2005-09-09 | 2012-07-11 | Exelis Inc. | A method for improving the performance accuracy in differential absorption lidar for oil and gas pipeline leak detection and quantification |
US20120320363A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Raytheon Company | Determining thresholds to filter noise in gmapd ladar data |
-
2014
- 2014-06-09 RU RU2014123293/28A patent/RU2563607C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1943541B1 (en) * | 2005-09-09 | 2012-07-11 | Exelis Inc. | A method for improving the performance accuracy in differential absorption lidar for oil and gas pipeline leak detection and quantification |
US7961301B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-06-14 | Ball Aerospace & Technologies Corp. | Flash LADAR system |
RU2455615C1 (ru) * | 2011-01-18 | 2012-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Способ некогерентного накопления светолокационных сигналов |
US20120320363A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Raytheon Company | Determining thresholds to filter noise in gmapd ladar data |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2510861C1 (ru) | Способ радиолокационного определения времени окончания активного участка баллистической траектории | |
CA2619095A1 (en) | High-speed laser ranging system including a fiber laser | |
Young et al. | Land-ice elevation changes from photon-counting swath altimetry: first applications over the Antarctic ice sheet | |
RU2560011C1 (ru) | Лазерный дальномер | |
RU2436116C1 (ru) | Способ определения дальности до поверхности земли | |
EP3115806B1 (en) | Estimating weather and ground reflectivity with doppler spectral information | |
RU2563607C1 (ru) | Способ измерения высоты и вертикальной скорости ла | |
CN103792519A (zh) | 一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法 | |
RU2692912C1 (ru) | Способ одновременного измерения дальности, скорости и ускорения малоскоростной маневрирующей воздушной цели в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях при высокой частоте повторения импульсов и линейной частотной модуляции | |
RU2602274C1 (ru) | Радиолокационный способ и устройство для дистанционного измерения полного вектора скорости метеорологического объекта | |
RU2550365C1 (ru) | Способ определения дальности до поверхности земли | |
RU2557999C1 (ru) | Способ измерения сверхмалой высоты полета самолета преимущественно гидросамолета, над водной поверхностью и параметров морского волнения | |
RU2562148C1 (ru) | Способ определения дальности и скорости удаленного объекта | |
RU2558694C1 (ru) | Способ определения высоты летательного аппарата | |
RU2449310C2 (ru) | Радиолокационный измеритель малых высот | |
RU2563608C1 (ru) | Способ оценки дальности и скорости удаленного объекта | |
RU2551896C2 (ru) | Способ однолучевого измерения высоты и составляющих скорости летательного аппарата и устройство радиовысотомера, реализующего способ | |
RU2624994C1 (ru) | Способ определения относительного положения при межсамолетной навигации | |
RU2562150C1 (ru) | Устройство для измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата | |
RU2821159C1 (ru) | Устройство обеспечения безопасности пилотирования в условиях облачности с оценкой возможности посадки на водоем со снежно-ледяным покровом | |
RU2562147C1 (ru) | Устройство для определения дальности и скорости | |
RU2737592C1 (ru) | Бортовой лазерный дальномер с определением высоты нижнего края облачности | |
RU2717233C1 (ru) | Способ определения дальности до поверхности земли | |
RU2665345C1 (ru) | Способ измерения скорости судна доплеровским лагом | |
RU2697509C2 (ru) | Способ обнаружения, измерения дальности и скорости низколетящей малоскоростной цели в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях при высокой частоте повторения импульсов и инвертируемой линейной частотной модуляции |