Система орієнтації малогабаритного безпілотного літального апарата

Реферат: Система орієнтації малогабаритного безпілотного літального апарата має блок формування сигналу, вихід якого з'єднаний з четвертим входом блока обчислювача, вихід якого з'єднаний з входом блока посилення сигналу, вихід якого з'єднаний з входом блока сервоприводів, вихід якого з'єднаний з входом блока підвісу камери. Вихід блока підвісу камери з'єднаний з п'ятим входом блока обчислювача. Вихід блока датчиків прискорення з'єднаний з першим входом блока обчислювача. Вихід блока супутникової навігації з'єднаний з першим входом блока обчислювача. Вихід блока датчиків кутової швидкості з'єднаний з шостим входом блока обчислювача. Вихід блока живлення під'єднаний до третього входу блока обчислювача. Додатково система має блок двоступеневого підвісу камери з інфрачервоним спектром, вхід якого під'єднаний до першого виходу блока сервоприводів, а вихід з'єднаний з восьмим входом блока обчислювача, та блок магнітометра, вихід якого з'єднаний з сьомим входом блока обчислювача. UA 117923 U (54) СИСТЕМА ОРІЄНТАЦІЇ МАЛОГАБАРИТНОГО БЕЗПІЛОТНОГО ЛІТАЛЬНОГО АПАРАТА UA 117923 U UA 117923 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до авіакосмічної техніки. Найбільш близькою до запропонованої є система оптичної корекції навігаційних параметрів малого автономного літального апарата, яка в своєму складі має блок супутникової навігаційної системи, блок пристрою для обробки і виведення просторової інформації, блок живлення, блок посилення сигналу, блок сервоприводів, блок підвісу камери, блок датчиків прискорення, блок датчиків кутової швидкості (Патент України № 102894, опубл. 25.11.2015, Бюл. № 22). Недоліком такої системи є низька точність при недостатньому освітленні, що робить систему недієздатною під час польоту. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення точності вимірювання параметрів орієнтації безпілотного літального апарата під час виконання польоту при недостатньому освітленні. Поставлена задача вирішується тим, що в систему орієнтації, яка містить блок формування сигналу, вихід якого з'єднаний з четвертим входом блока обчислювача, вихід якого з'єднаний з входом блока посилення сигналу, вихід якого з'єднаний з входом блока сервоприводів, вихід якого з'єднаний з входом блока підвісу камери, вихід блока підвісу камери з'єднаний з п'ятим входом блока обчислювача, вихід блока датчиків прискорення з'єднаний з першим входом блока обчислювача, вихід блока супутникової навігації з'єднаний з першим входом блока обчислювача, вихід блока датчиків кутової швидкості з'єднаний з шостим входом блока обчислювача, вихід блока живлення під'єднаний до третього входу блока обчислювача, згідно з корисною моделлю, додатково введено блок двоступеневого підвісу камери з інфрачервоним спектром, вхід якого під'єднаний до першого виходу блока сервоприводів, а вихід з'єднаний з восьмим входом блока обчислювача, та блок магнітометра, вихід якого з'єднаний з сьомим входом блока обчислювача. На кресленні зображена функціональна схема системи орієнтації малогабаритного безпілотного літального апарата. Система орієнтації малогабаритного безпілотного літального апарата містить послідовно з'єднані блок формування сигналу 1, блок обчислювача 2, блок підсилювача сигналу 3, блок сервоприводів 4, блок підвісу камери 5, вихід блока підвісу камери з'єднаний з п'ятим входом блока обчислювача 2, блок датчиків прискорення 6, супутникової навігації 7, датчиків кутової швидкості 8, живлення 9, магнітометра 10 під'єднані до блока обчислювача 2, блок двоступеневого підвісу камери з інфрачервоним спектром 11, вхід якого під'єднаний до першого виходу блока сервоприводів 4, а вихід з'єднаний з восьмим входом блока обчислювача 2. Вбудований блок магнітометра дозволяє визначити кут курсу літального апарата для розвороту фіксованих зображень з блока двоступеневого підвісу камери з інфрачервоним спектром на кут розбіжності між напрямком вектора магнітного поля Землі і віссю X магнітометра для спрощення пошуку збігів з картою. У нашому випадку блок магнітометра знаходиться паралельно поверхні Землі, для обчислення кута розбіжності потрібні дані про величину магнітного поля уздовж осей X і Y магнітометра. Це проекції вектора магнітного поля землі на осі X і Y. Тоді для визначення кута розбіжності використовуємо формулу: arctg (Y / X), де Y та X - величини проекцій на осі Y та Х. Вбудований блок двоступеневого підвісу камери з інфрачервоним спектром, на відміну від звичайної камери оптичного діапазону, дозволяє розпізнавати об'єкти при поганих погодних умовах і низькій освітленості, основні елементи інженерної інфраструктури, такі як автомобільні дороги, залізничні лінії, мости, тунелі, дахи будинків і т. д. Об'єкт може розпізнаватися на зображенні за формою, у вигляді контуру або у вигляді поверхні. Головне значення має виділення смислових елементів фігури об'єкта. Система працює таким чином, що з блока формування сигналу 1 подається сигнал керування на блок обчислювача 2, у якому визначаються параметри просторового знаходження об'єкта за допомогою інформації з блока датчиків прискорення 6, блока супутникової навігації 7 та блока датчиків кутової швидкості 8. За допомогою блоків 6 і 8 вимірюється кутове положення об'єкта для створення сигналу корекції підвісу камери у блоці обчислювача 2 з подальшим наданням сигналу керування у блок підсилювача сигналу 3 для виконання стабілізації кутового положення підвісу камери 5 відносно поверхні Землі за допомогою блока сервоприводів 4, блок магнітометра 10 дозволяє визначити кут курсу літального апарата для розвороту фіксованих зображень з блока двоступеневого підвісу камери з інфрачервоним спектром 11 на кут розбіжності між напрямком вектора магнітного поля Землі і віссю абцис магнітометра 10, який визначається у блоці обчислювача 2. У блоці обчислювача 2 закладено алгоритм реєстрації руху, який фіксується методами реєстрації однорідної інтенсивності пікселів між послідовними кадрами і визначенням однорідності руху пікселів. За знайденими точками будуються дескриптори та починається 1 UA 117923 U пошук схожих точок на зображенні. Наступний крок алгоритму полягає у виявленні прямих, задані рівнянням y  kx  b . Пряма може бути представлена у вигляді точки з координатами (b, k ) в просторі параметрів. Таким чином маємо наступне рівняння:  cos    r  y   x     sin    sin   (1) 5 10 15 20 25 30 35 Після перетворення воно має такий вигляд: r  x cos   y sin  (2) Точку з координатами r ,  в площині параметрів можливо зв'язати з кожною прямою на вихідному зображенні за умови, якщо:   0,  та r  R або   0,2 та r  0 . Прямі формують замкнуті контури, які визначаються за допомогою нейронечіткого класифікатора. Завдяки даному класифікатору, введений блок двоступеневого підвісу камери з інфрачервоним спектром 11 розпізнає нечіткі множини при недостатньому освітленні. Після знаходження замкнутих контурів виконується їх зіставлення з кадрами. Враховуючи те, що двоступеневий підвіс камери з інфрачервоним спектром 11 під час польоту коригує своє положення щодо поверхні Землі, вважаємо, що об'єктив камери постійно спрямований перпендикулярно до центру Землі, тому можна стверджувати, що початок координат знімка та дані про довготу і широту БПЛА тотожні. На кожному інтервалі часу вираховується зміщення об'єкта під час польоту та інтегрується для визначення зміщення центра мас об'єкта. Далі формується перехід від геоцентричної системи координат до геодезичної. Після знаходження координат місця формується сигнал корекції для блока супутникової навігації 7. Система, що пропонується, має більш широкі можливості, оскільки забезпечує підвищення точності вимірювання параметрів орієнтації безпілотного літального апарата під час виконання польоту при недостатньому освітленні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Система орієнтації малогабаритного безпілотного літального апарата, яка містить блок формування сигналу, вихід якого з'єднаний з четвертим входом блока обчислювача, вихід якого з'єднаний з входом блока посилення сигналу, вихід якого з'єднаний з входом блока сервоприводів, вихід якого з'єднаний з входом блока підвісу камери, вихід блока підвісу камери з'єднаний з п'ятим входом блока обчислювача, вихід блока датчиків прискорення з'єднаний з першим входом блока обчислювача, вихід блока супутникової навігації з'єднаний з першим входом блока обчислювача, вихід блока датчиків кутової швидкості з'єднаний з шостим входом блока обчислювача, вихід блока живлення під'єднаний до третього входу блока обчислювача, яка відрізняється тим, що додатково система має блок двоступеневого підвісу камери з інфрачервоним спектром, вхід якого під'єднаний до першого виходу блока сервоприводів, а вихід з'єднаний з восьмим входом блока обчислювача, та блок магнітометра, вихід якого з'єднаний з сьомим входом блока обчислювача. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2