RU2710163C1 - Device for positioning mobile units during cultivation of crops - Google Patents

Device for positioning mobile units during cultivation of crops Download PDF

Info

Publication number
RU2710163C1
RU2710163C1 RU2019103115A RU2019103115A RU2710163C1 RU 2710163 C1 RU2710163 C1 RU 2710163C1 RU 2019103115 A RU2019103115 A RU 2019103115A RU 2019103115 A RU2019103115 A RU 2019103115A RU 2710163 C1 RU2710163 C1 RU 2710163C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
output
input
data transmission
reception
Prior art date
Application number
RU2019103115A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Дикарев
Владимир Васильевич Ефимов
Андрей Владимирович Гурьянов
Светлана Витальевна Мурашова
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Авангард"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Авангард" filed Critical Открытое акционерное общество "Авангард"
Priority to RU2019103115A priority Critical patent/RU2710163C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2710163C1 publication Critical patent/RU2710163C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9082—Rotating SAR [ROSAR]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B69/00—Steering of agricultural machines or implements; Guiding agricultural machines or implements on a desired track
    • A01B69/001—Steering by means of optical assistance, e.g. television cameras
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B79/00—Methods for working soil
    • A01B79/005—Precision agriculture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/04—Systems determining presence of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture; machine building.
SUBSTANCE: invention relates to the agricultural machine building. Device for positioning ground mobile device (10) during cultivation of crops (14) comprises a first artificial vision unit placed on ground mobile device (10), a video signal processing unit, an unmanned aerial vehicle (7), an unmanned remote controlled helicopter, a second artificial vision unit, two data transmission/reception units, a testing and control unit and an orientation unit in three-dimensional coordinates. Unmanned remote controlled helicopter can move within cultivated area. First data transmission-reception unit, built-in testing and control unit, orientation unit in three-dimensional coordinates are installed on ground mobile device (10). Second artificial vision unit and second data transmission-reception unit are arranged on unmanned remote controlled helicopter. Output of the second artificial vision unit is connected to the input of the second data transmission-reception unit. Output of the first data transmission-reception unit is connected to the first input of the built-in testing and control unit. Output of the orientation unit in three-dimensional coordinates is connected to the second input of the built-in testing and control unit. Unmanned remote controlled helicopter is equipped with synchronizer, sector-of-view switch, strobe-pulse generator and four radars, each of which consists of series-connected transmitter, control input of which is connected to output of synchronizer, antenna switch, input-output of which is connected to transceiving antenna, and the control input is connected to the receiver section view switch output, the control input of which is connected to the synchronizer output through the strobe pulse generator, and a signal processing unit, the control input of which is connected to the output of the synchronizer, and the output is connected to the corresponding input of the second data reception-transmission unit, which is connected by the radio channel to the first data transmission-reception unit and the testing and control unit. Transceiving antennae are arranged at the ends of helicopter main rotor blades, signals received by them are processed by synthesized aperture algorithm.
EFFECT: broader functional capabilities of the unmanned remote controlled helicopter by remote structural analysis of the soil of the cultivated land and detection of various metal products hidden under the earth's surface.
1 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к сельскому хозяйству, в частности к технологиям и автоматизированным устройствам регулирования технологических процессов производства агропродукции в растениеводстве и может найти применение в различных регионах страны при производстве агропродукции, для комплексной автоматизации технологических процессов возделывания растениеводческой продукции в полеводстве.The proposed device relates to agriculture, in particular to technologies and automated devices for regulating technological processes of agricultural production in crop production and can be used in various regions of the country in the production of agricultural products, for the integrated automation of technological processes of cultivation of crop products in field cultivation.

Известны устройства позиционирования мобильных агрегатов при возделывании агрокультур (авторское свидетельство СССР №1211704; патенты РФ №№2112361, 2135955, 2228607, 2251240, 2265989, 2295218, 2377764, 2424540, 2471398, 2538997, патенты США №№6070673, 6199000, патент WO №9915987 и другие).Known devices for positioning mobile units for agricultural cultivation (USSR copyright certificate No. 1211704; RF patents No. 2112361, 2135955, 2228607, 2251240, 2265989, 2295218, 2377764, 2424540, 2471398, 2538997, US patents No. 6070673, 6199000, 6199000, patent 9915987 and others).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Устройство позиционирования мобильных агрегатов при возделывании агрокультур» (патент РФ №2471338, A01G 7/00, 2010), которое и выбрано в качестве прототипа.Of the known devices, the closest to the proposed one is "The device for positioning mobile units in the cultivation of agricultural crops" (RF patent No. 2471338, A01G 7/00, 2010), which is selected as a prototype.

Данное устройство позволяет непрерывно оценивать качество выполняемых технологических процессов и при необходимости оперативно и экономно воздействовать на ход технологического процесса для повышения его качества, а также для увеличения продуктивности агрокультур.This device allows you to continuously evaluate the quality of the performed technological processes and, if necessary, promptly and economically influence the course of the technological process to increase its quality, as well as to increase the productivity of agricultural crops.

В состав устройства входит беспилотный дистанционно управляемый вертолет 20, который производит облет возделываемого угодья 18.The structure of the device includes an unmanned remotely controlled helicopter 20, which flies over cultivated land 18.

Однако функциональные возможности вертолета используются не в полной мере. Он может использоваться и для дистанционного структурного анализа почвы возделываемого угодья и обнаружения различных металлических изделий (трубопроводов, металлических конструкций и т.п.).However, the functionality of the helicopter is not fully utilized. It can also be used for remote structural analysis of cultivated soil and the detection of various metal products (pipelines, metal structures, etc.).

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей беспилотного дистанционно управляемого вертолета путем дистанционного структурного анализа почвы возделываемого угодья и обнаружения различных металлических изделий, скрытых под земной поверхностью.An object of the invention is to expand the functionality of an unmanned remotely controlled helicopter by means of remote structural analysis of cultivated soil and the detection of various metal products hidden under the earth's surface.

Поставленная задача решается тем, что устройство позиционирования мобильного средства при возделывании агрокультур, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, первый блок искусственного зрения, размещенный на наземном мобильном средстве, блок обработки видеосигнала, беспилотный летательный аппарат, беспилотный дистанционно управляемый вертолет, второй блок искусственного зрения, два блока передачи-приема данных, блок тестирования и управления, блок ориентации в трехмерных координатах, при этом беспилотный дистанционно управляемый вертолет имеет возможность двигаться в пределах возделываемого угодья, первый блок передачи-приема данных, блок встроенного тестирования и управления, блок ориентации в трехмерных координатах установлены на наземном мобильном средстве, второй блок искусственного зрения и второй блок передачи-приема данных размещены на беспилотном дистанционно управляемом вертолете, при этом выход второго блока искусственного зрения соединен с входом второго блока передачи-приема данных, выход первого блока передачи-приема данных соединен с первым входом блока встроенного тестирования и управления, выход блока ориентации в трехмерных координатах соединен со вторым входом блока встроенного тестирования и управления, отличается от ближайшего аналога тем, что беспилотный дистанционно управляемый вертолет снабжен синхронизатором, переключателем сектора обзора, генератором строб-импульса и четырьмя радиолокаторами, каждый из которых состоит из последовательно включенных передатчика, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора, антенного переключателя, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, а управляющий вход соединен с выходом The problem is solved in that the device for positioning a mobile device for cultivating agricultural crops, containing, in accordance with the closest analogue, a first artificial vision unit located on a land mobile device, a video signal processing unit, an unmanned aerial vehicle, an unmanned remotely controlled helicopter, and a second artificial vision unit , two data transmission-reception units, a testing and control unit, an orientation unit in three-dimensional coordinates, while an unmanned remote control the helicopter in question has the ability to move within the cultivated land, the first data transmission-reception unit, the built-in testing and control unit, the orientation unit in three-dimensional coordinates are installed on a land mobile vehicle, the second artificial vision unit and the second data transmission-reception unit are placed on an unmanned, remotely controlled helicopter, while the output of the second artificial vision unit is connected to the input of the second data transmission-reception unit, the output of the first data transmission-reception unit the first input of the built-in testing and control unit, the output of the orientation unit in three-dimensional coordinates is connected to the second input of the built-in testing and control unit, differs from the closest analogue in that the unmanned remote-controlled helicopter is equipped with a synchronizer, a sector of view switch, a strobe pulse generator and four radars, each of which consists of a series-connected transmitter, the control input of which is connected to the output of the synchronizer, antenna switch, input- the output of which is connected to the transceiver antenna, and the control input is connected to the output

переключателя сектора обзора приемника, управляющий вход которого через генератор строб-импульса соединен с выходом синхронизатора, и блока обработки сигнала, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора, а выход подключен к соответствующему входу второго блока передачи-приема данных, связанного радиоканалом с первым блоком передачи-приема данных и блоком тестирования и управления, причем приемопередающие антенны размещены на концах лопастей несущего винта вертолета, принятые ими сигналы обрабатываются по алгоритму синтезированной апертуры.a switch of the receiver viewing sector, the control input of which is connected to the synchronizer output through the strobe generator, and the signal processing unit, whose control input is connected to the synchronizer output, and the output is connected to the corresponding input of the second data transmission-reception unit, connected by the radio channel to the first transmission unit - data reception and testing and control unit, moreover, the transceiver antennas are located at the ends of the rotor blades of the helicopter, the signals received by them are processed according to the algorithm Synthesize the aperture.

Структурная схема исполнения способа позиционирования мобильных агрегатов при производстве агропродукции изображена на фиг. 1. Схема возделываемого угодья и мобильные исполнительные средства изображены на фиг. 2. Структурная схема устройства управления мобильным агрегатом представлена на фиг. 3. Структурная схема аппаратуры вертолета представлена на фиг. 4. Расположение приемопередающих антенн на концах лопастей несущего винта вертолета показано на фиг. 5. На фиг. 1-3 изображено: центр управления 1; базовая станция приема-передачи информации 2; канал связи 3 со спутником; космический спутник 4; средство 5 космического видеомониторинга; канал связи 6 с летательным аппаратом; беспилотный летательный аппарат 7; средство 8 воздушного видеомониторинга; канал связи 9 с мобильным агрегатом; наземный мобильный агрегат 10; средство 11 наземного стеремониторинга; регулируемый рабочий орган 12; местность 13 размещения посевов агрокультур; неблагоприятный посев агрокультур 14; депрессивная зона 15 произрастания агрокультуры; место 16 произрастания растений; площадка 17 для размещения мобильных средств; возделываемое поле 18; наземное мобильное средство 19; беспилотный дистанционно управляемый вертолет 20; первый блок 21 искусственного зрения; второй блок 22 искусственного зрения; первый блок 23 передачи-приема данных; второй блок 24 передачи-приема данных; блок 25 встроенного тестирования и управления; блок 26 ориентации в трехмерных координатах; синхронизатор 27; передатчик 28i; антенный переключатель 29i; приемопередающая антенна 30i; приемник 31i; блок обработки 32i (i=1, 2, 3, 4); переключатель 33 сектора обзора; генератор 34 строб-импульса.The structural diagram of the method for positioning mobile units in the production of agricultural products is shown in FIG. 1. A cropping scheme and mobile actuators are depicted in FIG. 2. The block diagram of the mobile unit control device is shown in FIG. 3. The block diagram of the equipment of the helicopter is shown in FIG. 4. The location of the transceiver antennas at the ends of the rotor blades of the helicopter is shown in FIG. 5. In FIG. 1-3 shows: control center 1; base station for the reception and transmission of information 2; communication channel 3 with the satellite; space satellite 4; space video monitoring means 5; communication channel 6 with the aircraft; unmanned aerial vehicle 7; means 8 air video monitoring; communication channel 9 with a mobile unit; ground mobile unit 10; ground ceremonial means 11; regulated working body 12; area 13 for the placement of agricultural crops; unfavorable agricultural crops 14; agricultural depressive zone 15; place 16 of plant growth; platform 17 for the placement of mobile funds; cultivated field 18; ground mobile means 19; unmanned remote controlled helicopter 20; the first block 21 of artificial vision; second block 22 of artificial vision; a first data transmitting / receiving unit 23; a second data transmitting / receiving unit 24; block 25 of the built-in testing and management; block 26 orientation in three-dimensional coordinates; synchronizer 27; transmitter 28i; antenna switch 29i; transceiver antenna 30i; receiver 31i; processing unit 32i (i = 1, 2, 3, 4); switcher 33; a strobe pulse generator 34.

Способ реализуется следующим образом. В период возделывания агрокультуры, с момента появления всходов до сбора урожая осуществляют видеомониторинг возделываемого угодья с помощью средства 5 космического видеомониторинга, видеокамер, установленных на орбитальном космическом спутнике 4. В качестве информационного источника выбирается спутник, траектория полета которого совпадает с местностью размещения посевов агрокультур, в результате многократного пролета спутника над выбранной территорией периодически регистрируют видеоцифровые изображения местности размещения посевов агрокультур 13 и передают через канал связи 3 на базовую станцию 2 приема-передачи информации, в центр управления 1. В интерактивном или автономном режиме, с помощью средств компьютерного зрения, на цифровых изображениях регистрируют контуры полей и определяются параметры морфологических признаков (форма, площадь, периметр, ортогональные геометрические размеры, цветовой тон, насыщенность цвета, гистограмма распределения цветовой окраски почвы и растений и др.). В результате анализа последовательного ряда цифровых изображений местности выявляют динамику параметров морфологических признаков на выделенных контурах полей и по контрасту определяют неблагоприятные посевы агрокультур 14, направляют туда беспилотный летательный аппарат 7, который может вести обработку посевов (ядохимикатами, стимуляторами роста) и одновременно производить видеомониторинг растений в посадках. Полученные данные с беспилотного летательного аппарата 7 передают по беспроводной связи 6 на базовую станцию 2, где находится информационно-аналитический центр управления 1. После анализа совокупности видеоцифровых изображений, полученных с летательного аппарата 7, по контрасту морфологических признаков обнаруживают контур депрессивной зоны 15 произрастания растений и определяют местоположение депрессивной зоны на карте неблагоприятного поля 14, регистрируют параметры морфологических признаков депрессивной зоны (форма, площадь, периметр, ортогональные геометрические размеры, цветовой тон, насыщенность цвета, число растений на 1 м2, распределение цветовой окраски листовой поверхности растений).The method is implemented as follows. During the cultivation of agricultural crops, from the time of emergence of crops to harvesting, video monitoring of the cultivated land is carried out using space-based video monitoring means 5, video cameras installed on the orbiting space satellite 4. A satellite whose flight path coincides with the location of agricultural crops is selected as an information source as a result of multiple satellite flights over the selected territory, video-digital images of the location area are periodically recorded evov agricultural crops 13 and transmit via the communication channel 3 to the base station 2 of the reception and transmission of information, to the control center 1. In the interactive or autonomous mode, using computer vision, on the digital images register the contours of the fields and determine the parameters of morphological characters (shape, area , perimeter, orthogonal geometric dimensions, color tone, color saturation, histogram of the distribution of color of soil and plants, etc.). As a result of the analysis of a sequential series of digital terrain images, the dynamics of the parameters of morphological characters on the selected field contours are revealed and the adverse crops of agricultural crops 14 are determined by contrast, the unmanned aerial vehicle 7 is sent there, which can process the crops (with pesticides, growth stimulants) and simultaneously video monitor the plants in landings. The obtained data from the unmanned aerial vehicle 7 is transmitted wirelessly 6 to the base station 2, where the information-analytical control center 1 is located. After analyzing the totality of digital video images obtained from the aircraft 7, the contour of the depressed zone 15 of plant growth is detected by the contrast of morphological characters and determine the location of the depressive zone on the map of the adverse field 14, record the parameters of the morphological features of the depressive zone (shape, area, perim mp orthogonal to the geometrical dimensions, hue, color saturation, the number of plants per 1 m 2, the color distribution color leaf surface of the plants).

В обнаруженные зоны депрессивного развития направляют наземный мобильный агрегат 10 для выполнения соответствующих агротехнологических операций, предотвращающих распространение депрессивной зоны 15 или оздоравливающих растения. Мобильный агрегат осуществляет работу не по всему полю, а только в границах депрессивной зоны, тем самым, экономя материальные и энергетические ресурсы.A surface mobile unit 10 is sent to the detected areas of depressive development to perform appropriate agrotechnological operations that prevent the spread of the depressive zone 15 or heal plants. The mobile unit does not work across the entire field, but only within the boundaries of the depressive zone, thereby saving material and energy resources.

На фиг. 2-5 показано устройство позиционирования мобильных агрегатов при возделывании агрокультур.In FIG. 2-5 shows a device for positioning mobile units in the cultivation of agricultural crops.

Первый блок искусственного зрения 21, первый блок приема-передачи данных 23, блок непрерывного встроенного тестирования и управления 25, блок ориентации в трехмерных координатах 26 установлены на наземном мобильном средстве 19; второй блок искусственного зрения 22, второй блок приема-передачи данных 24.1 с приемопередающей антенной 24.2, синхронизатор 27, передатчики 28i, антенные переключатели 29i, приемопередающие антенны 30i, приемники 31i, блоки обработки 32i (i=1, 2, 3, 4), переключатель 33 сектора обзора и генератор 34 строб-импульса размещены на беспилотном дистанционно управляемом вертолете 20. Выход первого блока искусственного зрения 21 соединен с первым входом блока встроенного тестирования и управления 25, выход второго блока искусственного зрения 22 соединен с входом второго блока приема-передачи данных 24.1, выход блока ориентации в трехмерных координатах 26 соединен с вторым входом блока встроенного тестирования и управления 25, выход второго блока приема-передачи данных 24 соединен с третьим входом блока встроенного тестирования и управления через радиоканал.The first artificial vision unit 21, the first data transmitting and receiving unit 23, the continuous on-board testing and control unit 25, the orientation block in three-dimensional coordinates 26 are mounted on the ground mobile device 19; a second artificial vision unit 22, a second data transmitting and receiving unit 24.1 with a transceiver antenna 24.2, a synchronizer 27, transmitters 28i, antenna switches 29i, transceiver antennas 30i, receivers 31i, processing units 32i (i = 1, 2, 3, 4), the switch 33 of the field of vision and the generator 34 strobe pulse are placed on an unmanned, remote-controlled helicopter 20. The output of the first artificial vision unit 21 is connected to the first input of the integrated testing and control unit 25, the output of the second artificial vision unit 22 is connected to the input of the second th block of reception and transmission of data 24.1, yield orientation in three-dimensional coordinates of the block 26 is connected to a second input of the built-in test and control 25, the second data reception and transmission output unit 24 is connected to a third input of the built-in test and control via radio.

Каждый из четырех радиолокаторов, размещенных на борту вертолета, состоит из последовательно включенных передатчика 28i, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора 27, антенного переключателя 29i, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 30i, а управляющий вход соединен с выходом переключателя 33 сектора обзора, приемника 31i, управляющий вход которого соединен через генератор 34 строб-импульса с выходом синхронизатора 27, и блок обработки 32i, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора 27, а выход подключен к соответствующему входу второго блока передачи-приема данных 24.1 (i=1, 2, 3, 4). Причем, приемопередающие антенны 30i (i=1, 2, 3, 4) размещены на концах лопастей несущего винта вертолета 20, принятые ими сигналы обрабатываются по алгоритму синтезированной апертуры.Each of the four radars located on board the helicopter consists of a series-connected transmitter 28i, the control input of which is connected to the output of the synchronizer 27, an antenna switch 29i, the input-output of which is connected to the transceiver antenna 30i, and the control input is connected to the output of the switch 33 of the viewing sector receiver 31i, the control input of which is connected through the strobe pulse generator 34 to the output of the synchronizer 27, and the processing unit 32i, the control input of which is connected to the output of the synchronizer 27, and the output is connected to the corresponding input of the second data transmission-reception unit 24.1 (i = 1, 2, 3, 4). Moreover, the transceiver antennas 30i (i = 1, 2, 3, 4) are located at the ends of the rotor blades of the helicopter 20, the signals received by them are processed using the synthesized aperture algorithm.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В соответствии с регламентом технологического процесса беспилотный дистанционно управляемый вертолет 20 производит облет возделываемого угодья 18. При облете производится обзор возделываемого угодья четырьмя радиолокаторами с λ1=5 м, λ2=1 м, λ3=0,6 м, λ4=0,003 м для структурного анализа почвы и обнаружения различных металлических конструкций, скрытых под земной поверхностью. Вырабатываемые в синхронизаторе 27 импульсы запускают четыре передатчика 28.1-21.4 и управляют четырьмя блоками 32.1-32.4 обработки. Импульс синхронизатора 27 также управляет работой генератора 34 строб-импульса и второго блока 24.1 приема-передачи данных. Длительность и положение во времени строб-импульса определяют положение и протяженность наблюдаемого элемента земной поверхности по дальности. Этот импульс попадает на блоки 32.1-32.4 обработки.In accordance with the technological process regulations, an unmanned remotely controlled helicopter 20 flies over the cultivated land 18. During the flyby, the cultivated land is surveyed by four radars with λ 1 = 5 m, λ 2 = 1 m, λ 3 = 0.6 m, λ 4 = 0.003 m for structural analysis of the soil and the detection of various metal structures hidden under the earth's surface. The pulses generated in the synchronizer 27 trigger four transmitters 28.1-21.4 and control four processing units 32.1-32.4. The synchronizer pulse 27 also controls the operation of the strobe pulse generator 34 and the second data transmit-receive unit 24.1. The duration and position in time of the strobe pulse determine the position and extent of the observed element of the earth's surface in range. This pulse falls on blocks 32.1-32.4 processing.

Способность радиоволн проникать внутрь среды (в толщину почвы, льдов, снегов и т.п.) обеспечивает принципиальную возможность структурного анализа почвы и обнаружения объектов (металлических предметов, трубопроводов, старой с/х техники и т.п.), скрытых под земной поверхностью, т.е. решения задач подповерхностного зондирования.The ability of radio waves to penetrate into the environment (in the thickness of soil, ice, snow, etc.) provides the fundamental possibility of structural analysis of the soil and the detection of objects (metal objects, pipelines, old agricultural machinery, etc.) hidden under the earth's surface , i.e. solving subsurface sounding problems.

Использование четырех радиолокаторов с различными длинами волн обусловлено различным характером почвы возделываемого угодья.The use of four radars with different wavelengths is due to the different nature of the cultivated soil.

Каждый передатчик работает на своей длине волны, которая определяет глубину проникновения электромагнитного излучения под подстилающую поверхность.Each transmitter operates at its own wavelength, which determines the depth of penetration of electromagnetic radiation under the underlying surface.

Зондирующие импульсы с передатчиков 28.1-28.4 через антенные переключатели 29.1-29.4 поступают на свои антенны 30.1-30.4, каждая из которых расположена на конце лопасти несущего винта вертолета 20.The probe pulses from the transmitters 28.1-28.4 through the antenna switches 29.1-29.4 arrive at their antennas 30.1-30.4, each of which is located at the end of the rotor blade of the helicopter 20.

Каждая антенна, расположенная на конце вращающейся лопасти, подключается к своему передатчику и приемнику, только в момент прохождения определенного заранее установленного сектора обзора. Это осуществляется с помощью переключателя 33 сектора обзора, который представляет собой электрический контакт, выполненный в виде четырех щеток, расположенных под соответствующими лопастями, перемещающихся в процессе вращения по неподвижному токопроводящему сегменту, который в свою очередь может устанавливаться в фиксированном положении вокруг оси винта. Каждые передатчик и приемник подключаются к антенне только в период прохождения соответствующей щетки по сегменту. Положение сегмента определяет положение сектора обзора в пространстве.Each antenna, located at the end of a rotating blade, is connected to its transmitter and receiver only at the moment of passing a certain predetermined field of view. This is done using the switch 33 of the field of view, which is an electrical contact made in the form of four brushes located under the corresponding blades, moving during rotation along a stationary conductive segment, which in turn can be installed in a fixed position around the axis of the screw. Each transmitter and receiver are connected to the antenna only during the passage of the corresponding brush in the segment. The position of the segment determines the position of the viewing sector in space.

С антенн 30.1-30.4 сигналы излучаются в направлении подстилающей поверхности. Отраженные сигналы принимаются антеннами 30.1-30.4 и через антенные переключатели 29.1-29.4 подаются на приемники 31.1-31.4, а затем на блоки 32.1-32.4 обработки, в которых осуществляется обработка принятых сигналов по алгоритму синтезирования апертуры. В блоках 32.1-32.4 обработки обрабатываются сигналы, принятые только с определенного участка дальность, положение и протяженность которого определяются стробирующим импульсом, подаваемым с генератора 33. С блоков 32.1-32.4 обработки сигнала через второй блок 24.1 приема-передачи данных и радиоканал поступают на третий вход блока 25 встроенного тестирования и управления, который снабжен индикатором с цветным изображением.From antennas 30.1-30.4, the signals are emitted in the direction of the underlying surface. The reflected signals are received by antennas 30.1-30.4 and through antenna switches 29.1-29.4 are fed to receivers 31.1-31.4, and then to processing units 32.1-32.4, in which the received signals are processed using the aperture synthesis algorithm. In blocks 32.1-32.4 processing, signals are processed that are received only from a certain distance range, the position and extent of which are determined by the strobe pulse supplied from the generator 33. From blocks 32.1-32.4 of the signal processing, through the second block 24.1 of data reception and transmission, the radio channel enters the third input block 25 of the built-in testing and control, which is equipped with an indicator with a color image.

Применение четырех радиолокаторов с λ1=5 м, λ2=1 м, λ3=0,6 м и λ4=0,003 м с синтезированной апертурой позволяет обнаружить и определить координаты металлических предметов, расположенных под подстилающей поверхностью земли, с высокой угловой разрешающей поверхностью. При этом, одновременно по цвету изображения можно судить о структурных свойствах почвы и глубины расположения металлических предметов под поверхностью земли.The use of four radars with λ 1 = 5 m, λ 2 = 1 m, λ 3 = 0.6 m and λ 4 = 0.003 m with a synthesized aperture makes it possible to detect and determine the coordinates of metal objects located under the underlying surface of the earth with a high angular resolution surface. At the same time, at the same time the color of the image can be used to judge the structural properties of the soil and the depth of the location of metal objects below the surface of the earth.

Предлагаемые радиолокаторы с синтезированной апертурой и антеннами, расположенными на концах вращающихся лопастей несущего винта и работающих на разных частотах, позволяют с большей разрешающей способностью и достоверностью провести структурный анализ почвы и определить различные металлические конструкции и трубопроводы, находящиеся под поверхностью земли.The proposed radars with a synthesized aperture and antennas located at the ends of the rotor rotor blades and operating at different frequencies make it possible to conduct structural analysis of the soil with greater resolution and reliability and determine various metal structures and pipelines located under the earth's surface.

Технические средства второго блока 22 искусственного зрения производят съемку фрагментов возделываемого угодья. С помощью второго блока 24.1 передачи-приема данных видеоинформация, зафиксированная вторым блоком 22 искусственного зрения, и информация о структурных свойствах почвы и об обнаруженных металлических конструкциях, зафиксированная четырьмя радиолокаторами, передается на первый блок 23 передачи-приема данных, а затем поступает в блок 25 встроенного тестирования и управления. Данный блок обрабатывает полученную информацию и вырабатывает управляющие команды наземному мобильному средству 19 на выполнение технологических операций на депрессивных участках возделываемого угодья или на депрессивных растениях, а также координаты обнаруженной металлической конструкции. Данная информация используется при дальнейшем функционировании агрокомплекса для оценки выполненной технологической операции и для ретроспективного анализа. Для депрессивных или других участков возделываемого угодья, обнаруженных по результатам воздушного видеоконтроля и на которых выполняют рабочими агрегатами 26 агротехнологические операции, для повышения точности и качества их выполнения, результат воздушного видеоконтроля в виде двухмерных изображений места расположения растений преобразовывают в блоке 25 в трехмерные изображения путем привлечения дополнительных результатов стереовидеоконтроля растений средством искусственного зрения 21 с мобильного агрегата. Поэтому, при выполнении технологических операций рабочие органы 26 мобильного агрегата 19 ориентируются в трехмерных координатах.The hardware of the second artificial vision block 22 surveys fragments of the cultivated land. Using the second block 24.1 transmit-receive data, the video information recorded by the second block 22 of artificial vision, and information about the structural properties of the soil and the detected metal structures, recorded by four radars, is transmitted to the first block 23 of the transmit-receive data, and then goes to block 25 built-in testing and management. This unit processes the received information and generates control commands to the ground mobile device 19 to perform technological operations on depressed areas of the cultivated land or on depressed plants, as well as the coordinates of the detected metal structure. This information is used in the further functioning of the agricultural complex to evaluate the completed technological operation and for retrospective analysis. For depressive or other areas of cultivated land detected by the results of aerial video monitoring and on which agro-technological operations are performed by working units 26, to increase the accuracy and quality of their implementation, the result of aerial video monitoring in the form of two-dimensional images of the location of plants is converted in block 25 into three-dimensional images by attracting additional results of stereo video control of plants by means of artificial vision 21 from a mobile unit. Therefore, when performing technological operations, the working bodies 26 of the mobile unit 19 are oriented in three-dimensional coordinates.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения, обеспечивает не только комплексную автоматизацию технологических процессов возделывания растениеводческой продукции в полеводстве, но и дистанционный структурный анализ почвы возделываемого угодья и обнаружения металлических конструкций, скрытых под поверхностью земли. Это достигается использованием четырех радиолокаторов с синтезированной апертурой и антеннами, расположенными на концах вращающихся лопастей несущего винта, и работающих на разных частотах.Thus, the proposed device, in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose, provides not only comprehensive automation of technological processes for the cultivation of crop products in field cultivation, but also remote structural analysis of the cultivated soil and the detection of metal structures hidden under the surface of the earth. This is achieved by using four synthetic aperture radars and antennas located at the ends of the rotor rotor blades and operating at different frequencies.

Тем самым функциональные возможности устройства расширены.Thus, the functionality of the device is expanded.

Claims (1)

Устройство позиционирования наземного мобильного средства при возделывании агрокультур, содержащее первый блок искусственного зрения, размещенный на наземном мобильном средстве, блок обработки видеосигнала, беспилотный летательный аппарат, беспилотный дистанционно управляемый вертолет, второй блок искусственного зрения, два блока передачи-приема данных, блок тестирования и управления, блок ориентации в трехмерных координатах, при этом беспилотный дистанционно управляемый вертолет имеет возможность двигаться в пределах возделываемого угодья, первый блок передачи-приема данных, блок встроенного тестирования и управления, блок ориентации в трехмерных координатах установлены на наземном мобильном средстве, второй блок искусственного зрения и второй блок передачи-приема данных размещены на беспилотном дистанционно управляемом вертолете, при этом выход второго блока искусственного зрения соединен с входом второго блока передачи-приема данных, выход первого блока передачи-приема данных соединен с первым входом блока встроенного тестирования и управления, выход блока ориентации в трехмерных координатах соединен со вторым входом блока встроенного тестирования и управления, отличающееся тем, что беспилотный дистанционно управляемый вертолет снабжен синхронизатором, переключателем сектора обзора, генератором строб-импульса и четырьмя радиолокаторами, каждый из которых состоит из последовательно включенных передатчика, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора, антенного переключателя, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, а управляющий вход соединен с выходом переключателя сектора обзора приемника, управляющий вход которого через генератор строб-импульса соединен с выходом синхронизатора, и блока обработки сигнала, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора, а выход подключен к соответствующему входу второго блока приема-передачи данных, связанного радиоканалом с первым блоком передачи-приема данных и блоком тестирования и управления, причем приемопередающие антенны размещены на концах лопастей несущего винта вертолета, принятые ими сигналы обрабатываются по алгоритму синтезированной апертуры.A device for positioning a ground-based mobile device for cultivating agricultural crops, comprising a first artificial vision unit located on a ground-based mobile device, a video signal processing unit, an unmanned aerial vehicle, an unmanned remotely controlled helicopter, a second artificial vision unit, two data transmission-reception units, a testing and control unit , orientation block in three-dimensional coordinates, while an unmanned, remote-controlled helicopter has the ability to move within cultivation land, the first data transmission-reception unit, the built-in testing and control unit, the orientation unit in three-dimensional coordinates are installed on a land mobile vehicle, the second artificial vision unit and the second data transmission-reception unit are placed on an unmanned, remote-controlled helicopter, while the output of the second unit artificial vision is connected to the input of the second data transmission-reception unit, the output of the first data transmission-reception unit is connected to the first input of the built-in testing and control unit, output b An orientation window in three-dimensional coordinates is connected to the second input of the built-in testing and control unit, characterized in that the unmanned remote controlled helicopter is equipped with a synchronizer, a sector of view switch, a strobe pulse generator and four radars, each of which consists of a series-connected transmitter, the control input of which connected to the output of the synchronizer, antenna switch, the input-output of which is connected to the transceiver antenna, and the control input is connected to the output a switch viewing sector switch house, the control input of which is connected to the synchronizer output through a strobe pulse generator, and a signal processing unit, whose control input is connected to the synchronizer output, and the output is connected to the corresponding input of the second data reception and transmission unit, connected by the radio channel to the first block data transmission-reception and testing and control unit, moreover, the transceiver antennas are located at the ends of the rotor blades of the helicopter, the signals received by them are processed according to the algorithm TMU synthesized aperture.
RU2019103115A 2019-02-04 2019-02-04 Device for positioning mobile units during cultivation of crops RU2710163C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103115A RU2710163C1 (en) 2019-02-04 2019-02-04 Device for positioning mobile units during cultivation of crops

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103115A RU2710163C1 (en) 2019-02-04 2019-02-04 Device for positioning mobile units during cultivation of crops

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2710163C1 true RU2710163C1 (en) 2019-12-24

Family

ID=69022995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019103115A RU2710163C1 (en) 2019-02-04 2019-02-04 Device for positioning mobile units during cultivation of crops

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2710163C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022069846A1 (en) 2020-10-04 2022-04-07 Cyclair Method for automated weed control of agricultural land and associated stand-alone system
FR3114726A1 (en) * 2020-10-04 2022-04-08 Cyclair Process for automated weeding of agricultural land and associated autonomous system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2173864C1 (en) * 1999-12-14 2001-09-20 Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского Helicopter radar station
RU2471338C2 (en) * 2010-03-02 2013-01-10 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Positioning device of mobile units for cultivating agricultures
US20170131718A1 (en) * 2014-07-16 2017-05-11 Ricoh Company, Ltd. System, machine, and control method
US20170127606A1 (en) * 2015-11-10 2017-05-11 Digi-Star, Llc Agricultural Drone for Use in Controlling the Direction of Tillage and Applying Matter to a Field
RU2628500C2 (en) * 2016-08-03 2017-08-17 Федеральное государственное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова" (ФГБНУ "ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова") Method of biomelioration of degraded rainfed lands
US10165722B2 (en) * 2014-12-05 2019-01-01 Deere & Company Scouting systems

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2173864C1 (en) * 1999-12-14 2001-09-20 Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского Helicopter radar station
RU2471338C2 (en) * 2010-03-02 2013-01-10 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Positioning device of mobile units for cultivating agricultures
US20170131718A1 (en) * 2014-07-16 2017-05-11 Ricoh Company, Ltd. System, machine, and control method
US10165722B2 (en) * 2014-12-05 2019-01-01 Deere & Company Scouting systems
US20170127606A1 (en) * 2015-11-10 2017-05-11 Digi-Star, Llc Agricultural Drone for Use in Controlling the Direction of Tillage and Applying Matter to a Field
RU2628500C2 (en) * 2016-08-03 2017-08-17 Федеральное государственное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова" (ФГБНУ "ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова") Method of biomelioration of degraded rainfed lands

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022069846A1 (en) 2020-10-04 2022-04-07 Cyclair Method for automated weed control of agricultural land and associated stand-alone system
FR3114726A1 (en) * 2020-10-04 2022-04-08 Cyclair Process for automated weeding of agricultural land and associated autonomous system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fernández et al. Synthetic aperture radar imaging system for landmine detection using a ground penetrating radar on board a unmanned aerial vehicle
Garcia-Fernandez et al. Airborne multi-channel ground penetrating radar for improvised explosive devices and landmine detection
US10877130B2 (en) Drone detection radar
US5886662A (en) Method and apparatus for remote measurement of terrestrial biomass
US11059582B2 (en) Systems for acquiring field condition data
RU2710163C1 (en) Device for positioning mobile units during cultivation of crops
US11001380B2 (en) Methods for acquiring field condition data
CN108398677A (en) The three one-dimensional phases of coordinate continuous wave sweep unmanned plane low target detecting system
Stafford et al. In-field location using GPS for spatially variable field operations
CN112384062B (en) System and method for measuring soil content data
DE10016688A1 (en) Detecting animals and/or spawn of ground brooders in natural habitat involves mobile infrared, microwave and visible radiation detection, spatial correlation and electronic processing
CN107703508A (en) Multiband sexual intercourse measurement apparatus and measuring method
Torabi et al. UAV-RT: an SDR based aerial platform for wildlife tracking
RU2471338C2 (en) Positioning device of mobile units for cultivating agricultures
US10701906B2 (en) System, apparatus and method for non-invasive avian egg fertility detection
RU2344439C1 (en) Helicopter radar complex
RU2624736C2 (en) Radar station circular view "resonance"
EP3906408B1 (en) Device and agricultural device for measuring water present in vegetation and operation method thereof
Tomisław et al. Recent advancement approach for precision agriculture
Rodriguez-Vaqueiro et al. Array of antennas for a GPR system onboard a UAV
Baqué et al. Ultra-high resolution and long range X-band airborne SAR system
Samczynski et al. Trial results on passive SAR measurement using the Envisat-1 satellite as an illuminator of opportunity
RU163694U1 (en) MOBILE RADAR OF THE CIRCLE REVIEW OF THE METER RANGE OF WAVES
de Quevedo et al. Remotely piloted aircraft detection with persistent radar
Del Genio et al. Italian air force radar and optical sensor experiments for the detection of space objects in LEO orbit