RU2019471C1

RU2019471C1 - Tv system for landing helicopters at complicated meteorological conditions

Info

Publication number: RU2019471C1
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Анатольевич Сафьян; Анатолий Дмитриевич Сафьян
Original assignee: Дмитрий Анатольевич Сафьян; Анатолий Дмитриевич Сафьян
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: aviation instrument engineering. SUBSTANCE: TV system has light beacons 1 and flashing generator 2; both units are disposed onto runway. TV cameras 3 and 4 are on board of helicopter; the cameras are connected to selection unit 6 through commutator 5. System also has unit 7 for determining hovering moment, coordinate unit 8, TV-index forming unit 9, distance unit 10, unit 11 for measuring height of flight and speed of descent, pilot's deck 12 and data representation unit 13. EFFECT: improved reliability; improved safety. 3 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному приборостроению и предназначено для оборудования вертолетов с целью обеспечения возможности посадки аппарата на любую заранее оборудованную посадочную площадку в сложных метеорологических условиях за счет обеспечения пилота информацией, адекватной обстановке. Кроме того, изобретение может быть использовано при создании автоматических систем посадки вертолетных аппаратов. The invention relates to aircraft instrumentation and is intended for the equipment of helicopters in order to ensure the possibility of landing the device on any pre-equipped landing site in difficult weather conditions by providing the pilot with information adequate to the situation. In addition, the invention can be used to create automatic landing systems for helicopter devices.

Известно индикаторное устройство для вертолетов, которое представляет собой замкнутую телевизионную (ТВ) систему, в состав которой входят ТВ-камера, располагаемая в нижней части фюзеляжа вертолета, оптическая ось которой параллельна линии, проходящей через ось ротора, механизм стопорения и стабилизации камеры, индикаторное устройство для отображения видеоинформации от сюжетов в поле зрения камеры с наложением сигналов светящихся подвижных маркеров. Указанная ТВ-система позволяет пилоту удерживать вертолет над участком поверхности земли или моря с желаемой точностью над участком, с которого осуществляется подъем грузов на борт. При этом специальное электронное устройство формирует сигналы светящихся подвижных маркеров, положение которых в плоскости изображения от камеры (на мониторе) является функцией отклонения вертолета от оптимального положения при подъеме грузов на этапе зависания, и задача пилота заключается в совмещении указанных подвижных маркеров с неподвижными. Других задач телевизионная система не решает и, следовательно, не обеспечивает безопасность при посадке вертолета на площадки малых размеров в сложных метеоусловиях. Known indicator device for helicopters, which is a closed-circuit television (TV) system, which includes a TV camera located at the bottom of the fuselage of the helicopter, the optical axis of which is parallel to the line passing through the axis of the rotor, the locking and stabilization mechanism of the camera, an indicator device to display video information from scenes in the field of view of the camera with superimposed signals of luminous moving markers. The specified TV system allows the pilot to hold the helicopter over a piece of land or sea surface with the desired accuracy over the piece from which cargo is lifted aboard. In this case, a special electronic device generates signals of luminous movable markers, the position of which in the image plane from the camera (on the monitor) is a function of the deviation of the helicopter from the optimal position when lifting goods at the hovering stage, and the pilot's task is to combine these movable markers with fixed ones. The television system does not solve other problems and, therefore, does not provide safety when landing a helicopter on small-sized platforms in difficult weather conditions.

Задачей изобретения является повышение безопасности посадки аппарата в сложных метеоусловиях. The objective of the invention is to increase the safety of landing apparatus in adverse weather conditions.

Это достигается тем, что в телевизионную систему для посадки от вертолетов в сложных метеоусловиях, содержащую телевизионную камеру, установленную в нижней части фюзеляжа вертолета, и устройство для отображения информации, введены три светомаяка, установленные на посадочной площадке и размещенные в вершинах равностороннего треугольника по периметру посадочной площадки, и подключенный к ним генератор мельканий, расположенные на борту вертолета, вторая телевизионная камера, оптическая ось которой направлена вдоль продольной оси вертолета, последовательно соединенные коммутатор, взаимосвязанный с двумя телевизионными камерами, блок селекции, блок координат и блок определения момента зависания, первый выход которого соединен с третьим входом коммутатора, а второй выход - с первым входом устройства для отображения информации, второй вход которого соединен с выходом блока селекции, хронизатор, вход которого объединен с третьим входом устройства для отображения информации и подключен к второму выходу коммутатора, блок формирования телевизионного индекса, блок дальности и блок измерения высоты и скорости снижения, входы которых объединены и подключены к второму выходу блока координат, а выходы соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым входами устройства для отображения информации, а также пульт пилота, выход которого соединен с вторыми входами блока измерения высоты и скорости снижения и блока дальности, причем второй вход блока формирования телевизионного индекса соединен c третьим выходом блока определения момента зависания, а выходы хронизатора подключены к тактовым и синхронизирующим входам блоков селекции, определения момента зависания, координат, формирования телевизионного индекса, дальности, измерения высоты и скорости снижения. This is achieved by the fact that in the television system for landing from helicopters in difficult weather conditions, containing a television camera installed in the lower part of the fuselage of the helicopter, and a device for displaying information, three light beacons are installed on the landing site and placed at the vertices of an equilateral triangle around the perimeter of the landing platforms, and a flicker generator connected to them, located on board the helicopter, a second television camera, the optical axis of which is directed along the longitudinal axis of the helicopter eta, connected in series with a switch interconnected with two television cameras, a selection unit, a coordinate unit and a unit for determining the moment of freezing, the first output of which is connected to the third input of the switch, and the second output is to the first input of the device for displaying information, the second input of which is connected to the output a selection unit, a chronizer, the input of which is combined with the third input of the device for displaying information and is connected to the second output of the switch, a television index generation unit, a range unit and a unit for measuring altitude and descent rate, the inputs of which are combined and connected to the second output of the coordinate unit, and the outputs are connected respectively to the fourth, fifth and sixth inputs of the device for displaying information, as well as a pilot’s console, the output of which is connected to the second inputs of the height measuring unit and the reduction speed and range unit, the second input of the television index forming unit is connected to the third output of the unit for determining the time of hovering, and the outputs of the chronizer are connected to the clock and synchronizing the inputs of the selection blocks, determining the time of hovering, coordinates, the formation of the television index, range, measuring the height and speed of decline.

На фиг.1 приведена функциональная схема телевизионной системы; на фиг.2 - схема геометрического расположения светомаяков для отображения информации; на фиг.3 - иллюстрация сигналов от проблесковых маяков. Figure 1 shows a functional diagram of a television system; figure 2 - diagram of the geometric location of the beacons to display information; figure 3 is an illustration of signals from flashing beacons.

Телевизионная система содержит светомаяки 1, генератор 2 мельканий, телевизионные камеры 3,4, коммутатор 5, блок 6 селекции, блок 7 определения момента зависания, блок 8 координат, блок 9 формирования ТВ-индекса, блока 10 дальности, блок 11 измерения высоты и скорости снижения, пульт 12 пилота, устройство 13 для отображения информации, хронизатор 14. На фиг.3 обозначены ТВ-индекс 15 и отображения 16 проблесковых маяков на устройстве для отображения информации. The television system contains beacons 1, a flicker generator 2, 3.4 television cameras, a switch 5, a selection block 6, a hang-up determination unit 7, a coordinate unit 8, a TV index formation unit 9, a range index unit 10, a height and speed measurement unit 11 reduction, the remote control 12 of the pilot, the device 13 for displaying information, the chroniser 14. Figure 3 shows the TV index 15 and display 16 flashing beacons on the device for displaying information.

Телевизионная система содержит наземное оборудование, а также оборудование, устанавливаемое на борту вертолета. The television system contains ground equipment, as well as equipment installed on board the helicopter.

На посадочной площадке (аэродром, палубы авианосца, ледокола, буровые вышки морского базирования и др.) устанавливают (фиг.1) светомаяки 1, подключаемые к генератору 2 мельканий, который обеспечивает одновременность вспышек маяков с частотой повторения около 1 Гц. Маяки устанавливают в вершинах равностороннего треугольника, длина стороны которого 5-10 м. Маяки 1 работают в одном из ИК-диапазонов светового излучения и обеспечивают светопотоки в сферических углах, достаточных для обнаружения их с борта вертолета как на этапе подлета, так и снижения. At the landing site (airfield, deck of an aircraft carrier, icebreaker, sea-based oil rigs, etc.), light beacons 1 are installed (Fig. 1), connected to a flicker generator 2, which ensures simultaneous beacon flashes with a repetition rate of about 1 Hz. Lighthouses are installed at the vertices of an equilateral triangle, the side length of which is 5-10 m. Lighthouses 1 operate in one of the infrared ranges of light radiation and provide light fluxes at spherical angles sufficient to detect them from the helicopter both at the approach and descent stages.

На борту вертолета установлены с помощью амортизаторов виброгашения для телевизионных ПЗC камеры. Оптическая ось телевизионной камеры 3 совпадает с продольной осью вертолета, оптическая ось телевизионной камеры 4 расположена перпендикулярно оптической оси телевизионной камеры 3. Выходы телевизионных камер 3 и 4 включены на первый и второй входы коммутатора 5, предназначенного для переключения камер в режиме подлета и снижения. Первый выход коммутатора 5 подключен к входу блока 6 селекции, предназначенного для формирования видеосигналов только от светомаяков 1 и подавления фона. Первый выход блока 6 включен на вход блока 8 координат, назначением которого является вычисление растровых координат сигналов светомаяков 1. Выход блока 8 включен параллельно на первые входы блока 9 формирования ТВ-индекса, блока 10 дальности и блока 11 измерения высоты и скорости снижения. Блок 10 предназначен для вычисления расстояния до светомаяков на этапе подлета. В блоке 9 ТВ-индекса вычисляются координаты центра тяжести треугольника, образованного видеосигналами светомаяков 1, и организуется изображение ТВ-индекса. Блок 11 измерения высоты и скорости снижения вычисляет эти параметры на этапе снижения. На третий вход коммутатора 5 включен первый выход блока 7. Вход этого блока, предназначенного для определения момента зависания вертолета над посадочной площадкой, оборудованной светомаяками 1, соединен с вторым выходом блока 8. Пульт 12 пилота одновременно включен выходом на вторые входы блока 10 дальности и блока 11 измерения высоты и скорости снижения. С пульта 12 в блоки 10 и 11 вводятся параметры, соответствующие конкретной посадочной площадке, а также осуществляются включение и выключение телевизионной системы. Vibration dampers for television CCD cameras are installed on board the helicopter. The optical axis of the television camera 3 coincides with the longitudinal axis of the helicopter, the optical axis of the television camera 4 is located perpendicular to the optical axis of the television camera 3. The outputs of the television cameras 3 and 4 are connected to the first and second inputs of the switch 5, designed to switch cameras in approach and descent mode. The first output of the switch 5 is connected to the input of the selection block 6, intended for the formation of video signals only from beacons 1 and suppress the background. The first output of block 6 is included in the input of block 8 of coordinates, the purpose of which is to calculate the raster coordinates of the signals of the beacons 1. The output of block 8 is connected in parallel to the first inputs of block 9 for forming the TV index, block 10 range, and block 11 for measuring height and descent rate. Block 10 is designed to calculate the distance to the beacons at the stage of approach. In block 9 of the TV index, the coordinates of the center of gravity of the triangle formed by the video signals of the beacon 1 are calculated, and the image of the TV index is organized. Block 11 measuring the height and speed of descent calculates these parameters at the stage of descent. The third output of block 7 is connected to the third input of the switch 5. The input of this block, designed to determine the time of the helicopter hovering over the landing pad equipped with light beacons 1, is connected to the second output of block 8. The pilot console 12 is simultaneously turned on by the output to the second inputs of the range block 10 and block 11 measurements of height and descent rate. From the remote control 12, parameters corresponding to a particular landing site are entered into blocks 10 and 11, and the television system is turned on and off.

Устройство 13 для отображения информации предназначено для визуализации суммарной информации, включая телевизионные сигналы камер 3 и 4, ТВ-сигналы от светомаяков 1, цифровую информацию и сигнал ТВ-индекса. С входами устройства 13 соединены третий вход блока 7, выходы блоков 9, 10 и 11, второй выход блока 6, второй выход коммутатора 5. Этот же выход коммутатора 5 одновременно подключен на вход хронизатора 14, вырабатывающего импульсы тактовой частоты и синхроимпульсы для каналов обработки и вычислений телевизионной системы. Сигналы хронизатора 14 подаются на блоки 6-11. The device 13 for displaying information is intended to visualize the total information, including television signals from cameras 3 and 4, TV signals from beacons 1, digital information and a TV index signal. The inputs of unit 13 are connected to the third input of block 7, the outputs of blocks 9, 10, and 11, the second output of block 6, and the second output of switch 5. The same output of switch 5 is simultaneously connected to the input of a chronizer 14 that generates clock pulses and clock pulses for the processing channels and computing a television system. The signals of the chroniser 14 are fed to blocks 6-11.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

При подлете к посадочной площадке включена телевизионная камера 3, чувствительная к инфракрасному излучению. Она принимает и преобразует в видеоимпульсы оптические сигналы от светомаяков 1. С выхода телевизионной камеры 3 эти видеосигналы передаются в блок 6, где подавляются помехи от фона и формируются для дальнейшей обработки сигналы только от светомаяков. При этом изображение обстановки, воспринимаемое камерой 3 с выхода блока 6, передается на устройство 13. По другому выходу блока 6 сигналы поступают на вход блока 8, который определяет приборные (растровые) координаты сигналов от проблесковых огней относительно оптической оси телевизионной камеры 3. Информация о полученных приборных координатах по одному из выходов блока 8 подается на вход блока 7, а по другому - параллельно на входы блоков 9,10 и 11. When approaching the landing site included television camera 3, sensitive to infrared radiation. It receives and converts optical signals from light beacons 1 into video pulses. From the output of the television camera 3, these video signals are transmitted to block 6, where noise from the background is suppressed and signals from light beacons are formed for further processing. The image of the situation, perceived by the camera 3 from the output of block 6, is transmitted to the device 13. According to another output of block 6, the signals are sent to the input of block 8, which determines the instrument (raster) coordinates of the signals from flashing lights relative to the optical axis of the television camera 3. Information about received instrument coordinates along one of the outputs of block 8 is fed to the input of block 7, and on the other, in parallel to the inputs of blocks 9,10 and 11.

В блоке 10 определяется дальность до проблесковых маяков на этапе подлета, геометрический треугольник которых воспринимается в этом режиме приблизительно линией. Дальность (Д) до светомаяков 1 определяется по формуле
Д =

, м где l - длина стороны треугольника проблесковых маяков, м;
F - фокусное расстояние объектива телевизионной камеры 3, мм;
δ_l - максимальное расстояние между видеосигналами от проблесковых маяков, мм (в плоскости ТВ-изображения).In block 10, the distance to flashing beacons is determined at the approach stage, the geometric triangle of which is perceived in this mode by approximately a line. The range (D) to the beacons 1 is determined by the formula
D =

, m where l is the length of the side of the triangle of flashing beacons, m;
F is the focal length of the lens of the television camera 3, mm;
δ _l is the maximum distance between video signals from flashing beacons, mm (in the plane of the TV image).

Информация о дальности выводится с выхода блока 10 на устройство 13. По мере приближения к посадочной полосе все три сигнала от проблесковых маяков за счет измерения курса вертолета переводятся ближе к центру растра и располагаются в виде треугольника (фиг.3). Блок 7 определяет момент зависания над посадочной площадкой. По одному из его выходов, включенному на вход блока 9, подается сигнал, разрешающий формирование ТВ-индекса. По другому выходу блока 7, соединенному с входом устройства 13, передается сигнал, формирующий зрительное или звуковое оповещение пилота о приближении зависания. С выхода блока 7 в коммутатор 5 подается команда на отключение телевизионной камеры 3 и включение камеры 4, имеющей спектральную чувствительность, аналогичную камере 3. Блок 11 измерения высоты и скорости снижения определяет указанные параметры по формулам
H =

, V =

, где Н - высота, м;
l - длина стороны треугольника расположения светомаяков 1, м;
δ_l - максимальное расстояние между видеосигналами проблесковых маяков, мм;
F₁ - фокусное расстояние камеры 4, мм;
V - скорость снижения, м/с;
Δ t - интервал времени между замерами значений Н₁ и Н₂, с.Information about the range is output from the output of block 10 to device 13. As you approach the landing strip, all three signals from flashing beacons due to the measurement of the helicopter heading are transferred closer to the center of the raster and are arranged in the form of a triangle (Fig. 3). Block 7 determines the moment of hovering over the landing pad. One of its outputs, connected to the input of block 9, receives a signal allowing the formation of the TV index. At a different output of block 7, connected to the input of device 13, a signal is transmitted that generates a visual or audible warning of the pilot about the approach of hovering. From the output of block 7, a command is sent to the switch 5 to turn off the television camera 3 and turn on the camera 4, which has a spectral sensitivity similar to camera 3. The block 11 for measuring the height and reduction rate determines these parameters using the formulas
H =

, V =

where H is the height, m;
l is the side length of the triangle of the location of the beacons 1, m;
δ _l - the maximum distance between the video signals of flashing beacons, mm;
F ₁ - the focal length of the camera 4, mm;
V is the rate of decline, m / s;
Δ t is the time interval between measurements of H ₁ and H ₂ values, s.

Значение l для конкретной посадочной площадки вводится пилотом в пульт 12 в блок 11. Одновременно это значение вводится и в блок 10. Параметры V и Н с выхода блока 11 передаются на устройство 10. The value l for a specific landing site is entered by the pilot into the remote control 12 in block 11. At the same time, this value is entered in block 10. Parameters V and H from the output of block 11 are transferred to device 10.

Блок 9 вычисляет координаты центра тяжести треугольника, образованного видеосигналами 16 проблесковых маяков 1, и формирует ТВ-индекс 15 (фиг.3), положение которого соответствует центру тяжести треугольника. Эта информация с выхода блока 9 передается на устройство 13 отображения информации. Пилот маневрами вертолета совмещает ТВ-индекс 15 с центром растра и выполняет посадку аппарата, получая всю информацию об эволюциях аппарата с устройства 13. Block 9 calculates the coordinates of the center of gravity of the triangle formed by the video signals 16 of the flashing beacons 1, and forms a TV index 15 (figure 3), the position of which corresponds to the center of gravity of the triangle. This information from the output of block 9 is transmitted to the information display device 13. The pilot maneuvers the helicopter combines the TV index 15 with the center of the raster and performs landing, receiving all the information about the evolution of the device from device 13.

Claims

TELEVISION SYSTEM FOR LANDING HELICOPTERS IN DIFFICULT WEATHER CONDITIONS, containing a television camera installed in the lower part of the fuselage of the helicopter, and a device for displaying information, characterized in that it includes three light beacon installed on the landing pad and placed at the vertices of an equilateral triangle around the perimeter of an equilateral triangle and a flicker generator connected to them, located on board the helicopter a second television camera, the optical axis of which is directed along the longitudinal axis of the helicopter a series-connected switch interconnected with two television cameras, a selection block, a coordinate block and a block for determining the moment of freezing, the first output of which is connected to the third input of the switch, and the second output to the first input of the device for displaying information, the second input of which is connected to the output a selection unit, a chronizer, the input of which is combined with the third input of the device for displaying information and is connected to the second output of the switch, a unit for generating a television index, a range unit a unit for measuring height and descent speed, the inputs of which are combined and connected to the second output of the coordinate unit, and the outputs are connected respectively to the fourth, fifth and sixth inputs of the device for displaying information, as well as a pilot’s console, the output of which is connected to the second inputs of the unit for measuring height and speed reduction and range unit, and the second input of the television index forming unit is connected to the third output of the unit for determining the moment of hovering, and the outputs of the chronizer are connected to the clock and synchronizing odes selection blocks, determining when an unresponsive, of forming a television coordinate index, measuring the height distance and speed reduction.