Как найти расстояние до самолета

Изобретение относится к способам определения дальности до движущего воздушного объекта, например, самолета, пассивной оптической локацией, а именно к способам определения дальности по измерению характеристик изображений.

Известен способ лазерной локации RU 2456637, опубл. 20 07 2012. Технический результат достигается тем, что в способе лазерной локации, включающем сканирование пространства последовательностью лазерных сигналов, генерируемых лазерным локатором, регистрацию рассеянных и/или отраженных объектом лазерных сигналов, определения расстояния до объекта по времени задержки между излученными и принятыми сигналами, а углового положения объекта – по направлению соответствующего излученного сигнала, в качестве генерируемого лазерным локатором сигнала используют цуг, по меньшей мере, двух импульсов с изменяемыми промежутками времени между импульсами и/или соотношением амплитуд импульсов в каждом цуге.

Недостатком данного способа является то, что использование активных излучающих средств – лазера демаскирует факт локации движущегося воздушного объекта.

Известен триангуляционный способ измерения дальности до объекта, в котором используется несколько пассивных оптических средств, размещенных на местности на определенном расстоянии. Измеренные значения углов наблюдения объектов в каждом пассивном канале (количество каналов не менее двух) и известное базовое расстояние между ними, путем решения треугольника, находим высоту треугольника, которая соответствует дальности до самолета Теоретические основы радиолокации. / Я.Д. Ширман, В.Н Голиков, И.Н. Бусыгин и др.; Под ред. Я.Д. Ширмана. – М.: Сов. радио, 1970. – 559 с.

Недостатком способа является необходимость использования многопозиционной системы размещения пассивных измерительных устройств.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ, в котором при известном размере местного предмета расстояние до него определяется с помощью меток, нанесенных в поле зрения прибора, например, бинокля http://voennizdat.ru/index/0-474. Шкала меток – тысячные¹ (¹тысячная – угловая величина, равная 1/1000 радиана или центральному углу, опирающемуся на дугу, равную 1/6000 части окружности). Для определения дальности до объекта необходимо в тысячных измерить угол У, под которым виден предмет и используя формулу 1 по известному размеру предмета В определяется расстояние до объекта.

Д – определяемое расстояние до объекта в метрах;

В – известная высота (длина, ширина) объекта в метрах;

У – измеренная угловая величина в тысячных, под каким виден объект.

Недостатком способа является приблизительность определения дальности из-за погрешности зрительного восприятия конкретного человека.

Задачей заявляемого способа является преодоление указанных недостатков.

Техническим результатом заявляемого способа является расширение возможностей навигации движущихся объектов, в частности за счет измерения дальности до движущегося воздушного объекта пассивными локационными средствами с использованием автоматизированного вычислительного алгоритма, исключающего ошибки связанные с человеческим фактором.

Технический результат достигается за счет осуществления заявляемого способа при помощи телевизионной системы высокой четкости с формированием оптического изображения движущегося воздушного судна; преобразования полученного изображения в цифровое; вычислению по оцифрованному изображению длины изображения с учетом проекционных искажений; идентификации типа движущегося воздушного объекта с определением его фактические линейные размеры по конструктивным особенностям движущегося воздушного объекта, используя специализированную базу данных; определении дальности до движущегося воздушного объекта как произведение фокусного расстояния оптической системы на соотношение фактического линейного размера к длине изображения движущегося воздушного объекта с учетом проекционных искажений.

Сущность способа измерения дальности поясняется Фиг. 1 и Фиг. 2.

Фиг. 1. Определение угла ориентации θ траектории полета самолета по концевым точкам крыла.

Фиг. 2. Определение дальности до самолета по его изображению.

Рассмотрим заявляемый способ на примере определения дальности до самолета.

Ориентация самолета в полете относительно оптической системы не влияет на точность измерения диаметра фюзеляжа. Используется геометрическое свойство проекций цилиндра, что какой бы не была его ориентация относительно наблюдателя, всегда найдется проекция, сечение которой будет точно соответствовать его диаметру. Диаметр фюзеляжа самолета фиксированная величина и составляет для различных типов самолетов, например, Airbus – d_ф: 3,95; 5,64; 6,0; 7,14 м.

Определения дальности до самолета по диаметру фюзеляжа d_ф осуществляется по формуле:

где D_o – дальность до самолета;

d_и – размер изображения диаметра фюзеляжа на матрице ФПУ;

d_ф – диаметр фюзеляжа;

Рассмотренному способу определения дальности свойственны следующие недостатки, связанные с тем, что появляются погрешности вычисления связанные с некоторым изменением d_ф по длине самолета, т.к. форма фюзеляжа не является цилиндрической. Необходимость определения малого размера изображения диаметра фюзеляжа на матрице ФПУ, также вносит погрешность в определение дальности до самолета.

Размер длины фюзеляжа L_ф обычно более чем на порядок больше диаметра фюзеляжа d_ф, что снижает погрешность определения размера изображения длины фюзеляжа L_и на матрице ФПУ по сравнению с определением размера изображения диаметра фюзеляжа на матрице ФПУ d_и.

В заявляемом способе наилучшая точность измерения дальности достигается на линии наблюдения, перпендикулярной траектории полета самолета.

Определение дальности до самолета по длине фюзеляжа L_ф осуществляется по формуле

где D_o – дальность до самолета;

L_ф – длина фюзеляжа самолета;

L_и – размер изображения длины фюзеляжа на матрице ФПУ;

f – фокусное расстояние оптической системы.

Если самолет имеет ракурс наблюдения θ>10⁰, то необходимо восстановить истинный размер изображения по формуле:

где

Параметры а и b определяются при обработке оцифрованного изображения самолета Фиг. 1, а Lи

– размер изображения длины фюзеляжа на матрице ФПУ.

Способ осуществляется следующим образом: при помощи телевизионной системы высокой четкости формируют видеокадр изображения самолета в поле зрения оптической системы; оцифровывают изображение; измеряют размер изображения фюзеляжа самолета на матрице фотоприемного устройства и вычисляют длину изображения с учетом проекционных искажений, используя формулы 4 и 5; определяют его конструктивные особенности: число и расположение двигателей, одно или двух палубный фюзеляж и, сравнивая их с соответствующими значениями в базе данных, идентифицируют тип самолета и его модификацию; по геометрическим размерам вычисляют значение дальности до самолета по формуле (3).

Пример 1 осуществления способа для определения дальности до самолета.

На фото – приемной матрице оптико-электронного блока формируется изображение самолета. С фотоприемной матрицы сформированный видеокадр изображения оцифровывается, считываются в запоминающее устройство, и передается далее в блок обработки и измерения характеристик (деталей) изображения самолета Фиг. 1. Вертикальные и горизонтальные белые линии определяют положение самолета на матрице ФПУ.

Определяются параметры изображения необходимые для дальнейших вычислений: а=31 мм, b=45 мм, Lи=8,8 мм.

Определяется ракурс наблюдения

Производится восстановление истинного размера изображения

Сравнением соотношений линейных параметров инвариантных к масштабу: по отношению ширины фюзеляжа к его длине, по отношению размаха крыла к длине фюзеляжа самолета, по числу двигателей с данными соответствующих баз данных, осуществляют идентификацию типа самолета – A3 80-800. Информация о типе самолета поступает в блок базы метрических данных, из которого в вычислительный блок поступает значение длины и диаметра фюзеляжа самолета в метрах – L_ф=73 м.

Фокусное расстояние примененной оптической системы 1,0 м, длина фюзеляжа 73,0 м. Значение дальности до самолета: D₀=f*L_ф/L_и,

D₀=1,0*73,0/0,002208=33061 м.

Заявленный способ позволяет работу оптико-электронных локационных средств делать скрытной, так как исключает использование активных излучающих средств локации и повысить точность навигации.

Определите расстояние до пролетающего самолёта в момент, когда наблюдатель услышал звук, если высота пролёта 4 км, скорость самолёта 510 м/с.