Введение к работе
Актуальность проблемы.
При разработке/модернизации беспилотных летательных аппаратов (ЛА) с системой получения и обработки видеоинформации на борту рассматриваемая система может быть дополнительно использована для определения параметров углового положения ЛА Такой подход позволяет оптимизировать (минимизировать) состав аппаратуры системы управления либо обеспечить дополнительное резервирование без расширения состава бортового оборудования
В качестве примера можно привести аэробаллистический ЛА [2], в состав системы управления которого входят бортовой вычислительный комплекс (БВК), оптическая головка самонаведения (ГСН) с широкоугольным матричным приемником излучения, свободный гироскоп (СГ) системы стабилизации угла крена Стремительное развитие матричных технологий приема и обработки сигналов, рост производительности и удешевление цифровой вычислительной техники делают актуальным исследование вопроса использования оптического канала ГСН (далее - ГСН) в качестве основного либо резервного датчика крена такого ЛА
Состояние вопроса.
Использование оптических датчиков для определения углового положения ЛА практикуется достаточно широко [1] Примером является задача построения местной вертикали в системах ориентации космических аппаратов (КА), основанная на слежении за собственным ИК-излучением Земли Разработаны способы построения системы координат КА в инерциальном пространстве путем поиска в перпендикулярных плоскостях характерных реперных звезд Известны способы использования оптических маяков и характерных техногенных сооружений для ориентации атмосферных летательных аппаратов
Во всех указанных случаях датчиками углового положения ЛА являются специализированные узкоугольные приемники излучения, а в качестве ориентиров используются априори определенные на траектории полета ЛА объекты, обладающие достаточным уровнем наблюдаемости
Указанные особенности ограничивают или исключают применение существующих способов ориентации в задаче определения крена летательного аппарата, не «привязанного» к заранее определенным условиям пуска Необходимость разработки способов определения крена, функционирующих при различных информативных свойствах местности, в условиях изменяющейся в процессе полета ЛА наблюдаемой обстановки, становится актуальной научно-технической проблемой, от решения которой зависит возможность создания системы стабилизации ЛА с ГСН в качестве датчика крена и ее работоспособность
Целью диссертационной работы является исследование возможности и целесообразности использования штатного оптического канала получения и обработки видеоинформации планово-перспективного визирования с широкоугольным матричным приемником излучения для определения крена ЛА (на примере аэробаллистического ЛА с оптической ГСН)
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие основные задачи:
1. Разработать и исследовать способы определения угла крена ЛА по наблюдаемому изображению, на этой основе разработать алгоритмы обработки видеоинформации и определения параметров крена ЛА.
Исследовать зависимость точности определения угла крена от информативных свойств наблюдаемого изображения, условий визирования Оценить потенциально достижимую точность определения угла крена по наблюдаемому изображению Исследовать основные факторы, влияющие на надежность нахождения/сопровождения ориентиров
Провести синтез системы стабилизации крена ЛА с ГСН в качестве датчика Определить требования к основным параметрам аппаратуры системы стабилизации Получить оценки временных и точностных показателей работы системы по результатам моделирования
4. Провести сравнение основных показателей работы ГСН и свободного гироскопа в качестве датчиков угла крена Выдать рекомендации о применимости штатного оптического канала получения и обработки видеоинформации в системе стабилизации ЛА по крену
Методы исследований. Проведенные в диссертационной работе разработки и исследования базируются на использовании современных методов обработки и анализа изображений, математической логики, математической статистики, теории линейных дискретных и непрерывных систем автоматического управления, с широким применением математического моделирования
Научная новизна. К числу новых научных результатов относятся 1. Разработка способа определения угла крена ЛА по ориентирам «небо/земля», способа определения угла крена ЛА по наблюдаемым ориентирам подстилающей поверхности. Разработка на основе предложенных способов алгоритмов обработки видеоинформации.
Оценка точности определения угла крена для каждого из указанных способов, оценка основных факторов, влияющих на точность измерений Результаты исследования основных факторов, влияющих на надежность нахождения/сопровождения ориентиров
Вывод аналитических выражений для расчета угла крена ЛА по каждому из способов
Результаты исследования работы алгоритмов обработки видеоинформации в системе стабилизации ЛА по крену
5 Рекомендации по применению штатного оптического канала с матричным приемником оптического излучения в качестве датчика крена ЛА
Практическая ценность работы заключается в том, что штатные оптические каналы ГСН приобретают дополнительную функцию резервного средства определения крена ЛА
Для некоторых типов аэробаллистических летательных аппаратов [2] разработанные способы и алгоритмы позволяют исключить гироскопические датчики крена, минимизировав тем самым состав бортового оборудования и уменьшив стоимость ЛА
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы в тематических работах ОАО «ВПК «НПО машиностроения» в части разработки систем управления комплексов аэробаллистических ЛА Предложенный порядок синтеза системы стабилизации крена ЛА использован в учебном процессе МГТУ им НЭ Баумана
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ряде конференций"
Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии», г Реутов, 2003 г
Научно-технической конференции ФГУП «НПЦ АП им Академика Н А Пилюгина», г. Москва, 2005 г,
Международном симпозиуме «Образование через науку», Москва, 2005 г
Седьмом международном симпозиуме «Интеллектуальные системы», г Краснодар, 2006 г
Международной научно-технической конференции «Чкаловские чтения», г Егорьевск, 2007 г
Публикации. По материалам диссертационной работы получен патент
Российской Федерации и опубликовано 6 научных работ, из них в изданиях,
входящих в «Перечень ведущих рецензируемых журналов » -1
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
