RU2713250C1 - Устройство определения местоположения цели посредством коррекции по звезде, предназначенное для установки на подвижном носителе - Google Patents

Устройство определения местоположения цели посредством коррекции по звезде, предназначенное для установки на подвижном носителе Download PDF

Info

Publication number
RU2713250C1
RU2713250C1 RU2019122186A RU2019122186A RU2713250C1 RU 2713250 C1 RU2713250 C1 RU 2713250C1 RU 2019122186 A RU2019122186 A RU 2019122186A RU 2019122186 A RU2019122186 A RU 2019122186A RU 2713250 C1 RU2713250 C1 RU 2713250C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
camera
orientation
star
target
image
Prior art date
Application number
RU2019122186A
Other languages
English (en)
Inventor
Эммануэль РОБЭР
Флавьен РОЛАН
Арно ДАВНЕЛЬ
Бенжамин ДЕЛЕО
Давид РОБЕРФРУА
Жорж-Оливье РЕЙМОН
Original Assignee
Сафран Электроникс Энд Дифенс
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 Сафран Электроникс Энд Дифенс filed Critical Сафран Электроникс Энд Дифенс
Application granted granted Critical
Publication of RU2713250C1 publication Critical patent/RU2713250C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • 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
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
    • B64D47/08—Arrangements of cameras
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/06—Aiming or laying means with rangefinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/22—Aiming or laying means for vehicle-borne armament, e.g. on aircraft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/32—Devices for testing or checking
    • 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • 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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/785—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
    • G01S3/786—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
    • G01S3/7864—T.V. type tracking systems
    • G01S3/7865—T.V. type tracking systems using correlation of the live video image with a stored image
    • 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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/785—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
    • G01S3/786—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
    • G01S3/7867—Star trackers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/66—Remote control of cameras or camera parts, e.g. by remote control devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/695—Control of camera direction for changing a field of view, e.g. pan, tilt or based on tracking of objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10032—Satellite or aerial image; Remote sensing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10048—Infrared image

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству (1) определения местоположения цели. Устройство содержит: камеру (2), ориентируемую в ориентации для наблюдения цели, чтобы камера могла снять изображение цели, и в ориентации для наблюдения звезды, чтобы камера могла снять по меньшей мере одно изображение звезды; блок (4) инерциальных датчиков, выполненный с возможностью вычисления данных положения и данных ориентации камеры (2); модуль (6) коррекции, выполненный с возможностью применения коррекции по звезде к указанным данным, вычисленным на основании изображения звезды, чтобы выдавать скорректированные данные; модуль (8) определения местоположения, выполненный с возможностью оценки положения цели (Т) на основании изображения цели (Т) и скорректированных данных; интерфейс связи с постом оператора, при этом камера (2) переходит из одной ориентации в другую в ответ на получение через интерфейс команды, переданной с поста оператора. Технический результат заключается в повышении эффективности работы устройства определения местоположения, предназначенного для установки на носителе, но без утяжеления этого носителя. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству определения местоположения цели, которое предназначено для установки на носителе и в котором применяют коррекцию по звезде.
Уровень техники
Из предшествующего уровня техники известно устройство определения местоположения цели, предназначенное для установки на борту летательного аппарата, при этом устройство содержит:
- подвижную камеру, выполненную с возможностью ориентирования в сторону цели;
- инерциальную систему управления, выполненную с возможностью вычисления данных положения и/или ориентации камеры,
- модуль определения местоположения, выполненный с возможностью оценки положения цели на основании данных, выдаваемых инерциальной системой управления.
Как правило, устройство устанавливают на стенке летательного аппарата, чтобы обеспечивать определение местоположения целей на земле, когда летательный аппарат совершает полет.
Однако на данные, выдаваемые инерциальной системой управления, могут влиять систематические погрешности, поэтому положение, оцениваемое модулем определения местоположения, может намного отличаться от реального положения цели.
Чтобы корректировать такие погрешности, как известно, на летательном аппарате устанавливают звездный прицел. Звездный прицел устанавливают на верхней стенке летательного аппарата таким образом, чтобы он был направлен в небо.
Звездный прицел содержит камеру, которая снимает изображения по меньшей мере одной звезды, положение которой заранее определено, и модуль, выполненный с возможностью применять к данным, выдаваемым инерциальной системой управления, обработку, называемую в литературе «коррекцией по звезде» или «коррекцией по привязке к звезде». Изображения, снимаемые камерой звездного прицела, позволяют выявить отклонение между предполагаемым положением звезды и ее реальным положением. В соответствии с коррекцией по звезде это отклонение используют, чтобы корректировать погрешности, искажающие данные, вычисляемые инерциальной системой управления. Эта коррекция является эффективной с учетом того, что звезда является надежной контрольной точкой.
Однако носитель может подвергаться механическим деформациям, поэтому относительное положение камеры, используемой для наблюдения цели, относительно прицела может непредсказуемо меняться и снижать, таким образом, эффективность коррекции по звезде.
Кроме того, звездный прицел является относительно громоздким устройством, который утяжеляет носитель, что является серьезным недостатком, особенно когда носитель является легким летательным аппаратом типа беспилотного летательного аппарата.
В документе ЕР 1 440 329 В1 предложен способ определения местоположения цели с использованием подвижной камеры.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства определения местоположения, предназначенного для установки на носителе, но без утяжеления этого носителя.
В связи с вышеизложенным, первым объектом изобретения является устройство определения местоположения цели, предназначенное для установки на подвижном носителе, при этом устройство содержит:
- камеру, ориентируемую относительно носителя:
- в первой ориентации для наблюдения цели, чтобы камера могла снять изображение цели, и
- во второй ориентации для наблюдения по меньшей мере одной заранее определенной звезды, чтобы камера могла снять по меньшей мере одно изображение звезды,
- инерциальную систему управления, выполненную с возможностью вычисления данных положения и ориентации камеры,
- модуль коррекции по звезде, выполненный с возможностью применения коррекции по звезде к данным, вычисленным инерциальной системой управления, на основании изображения звезды, чтобы выдавать скорректированные данные положения и ориентации,
- модуль определения местоположения, выполненный с возможностью оценки положения цели на основании изображения цели и скорректированных данных,
- интерфейс связи с постом оператора, при этом камера выполнена также с возможностью переходить из одной из первой и второй ориентаций в другую в ответ на получение через интерфейс связи команды, переданной постом оператора.
В предложенном устройстве одна и та же камера служит для наблюдения локализуемой цели и для съемки изображения или изображений по меньшей мере одной заранее определенной звезды, которую используют для применения коррекции по звезде. Поскольку от использования дополнительной камеры можно отказаться, общий габарит устройства определения местоположения уменьшается.
Кроме того, на характеристики устройства определения местоположения не влияют механические деформации носителя.
Способ, являющийся первым объектом изобретения, может быть дополнен следующими отличительными признаками, рассматриваемыми отдельно или в комбинации, если это технически возможно.
Устройство определения местоположения может содержать модуль оценки погрешности, выполненный с возможностью оценивать погрешность, которая может влиять на точность положения, оцениваемого модулем определения местоположения, и камера может быть выполнена с возможностью переходить из первой ориентации во вторую ориентацию, когда погрешность переходит первый заранее определенный порог.
Погрешность может быть погрешностью положения, влияющей на положение цели, оцениваемое модулем определения местоположения.
Альтернативно погрешность может быть погрешностью курса камеры, влияющей на данную курса, вычисляемую инерциальной системой управления.
Первый порог может быть меньшим или равным 0,3 миллирадиана.
Камера может быть выполнена с возможностью переходить из второй ориентации в первую ориентацию, когда погрешность переходит второй заранее определенный порог.
Второй порог может быть меньшим или равным первому порогу.
Камера может быть выполнена с возможностью снимать изображение заранее определенной звезды в режиме инфракрасной съемки, в котором камера является чувствительной к длинам инфракрасных волн.
Вторым объектом изобретения является летательный аппарат, такой как беспилотный летательный аппарат, содержащий устройство определения местоположения цели, являющееся первым объектом изобретения.
Третьим объектом изобретения является способ определения местоположения цели, содержащий следующие этапы:
- ориентирование подвижной камеры, установленной на подвижном носителе, в первую ориентацию, в которой цель находится в поле зрения камеры,
- вычисление, при помощи инерциальной системы управления, данных положения и ориентации камеры,
- съемка по меньшей мере одного изображения цели при помощи камеры,
- ориентирование камеры во вторую ориентацию по отношению к носителю, в которой заранее определенная звезда находится в поле зрения камеры,
- съемка по меньшей мере одного изображения звезды при помощи камеры,
- применение коррекции по звезде к данным, вычисленным инерциальной системой управления, на основании изображения звезды, чтобы получить скорректированные данные положения и ориентации,
- оценка положения цели на основании изображения цели и скорректированных данных,
в котором камера переходит из одной из первой и второй ориентаций в другую в ответ на получение команды, переданной постом оператора.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки, задачи и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве иллюстративного и не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - вид в вертикальной плоскости относительно земли цели, носителя, на котором установлено устройство определения местоположения цели, и звезды.
Фиг. 2 - схематичный вид внутренних компонентов устройства определения местоположения согласно варианту выполнения изобретения.
Фиг. 3 - вид в горизонтальной плоскости относительно земли носителя и цели, показанных на фиг. 1.
Фиг. 4 - блок-схема этапов способа определения местоположения цели согласно варианту осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Устройство определения местоположения цели
Как показано на фиг. 1, подвижный носитель, такой как летательный аппарат А, содержит устройство 1 определения местоположения цели Т. На фиг. 1 показана также звезда S.
Летательный аппарат А является беспилотным летательным аппаратом, вертолетом, самолетом и т.д. Показанный на фиг. 1 летательный аппарат является вертолетом.
Как показано на фиг. 2, устройство 1 определения местоположения содержит камеру 2, блок 4 инерциальных датчиков, модуль 6 коррекции по звезде и модуль 8 определения местоположения цели Т.
Устройство 1 определения местоположения установлено на нижней стенке Р летательного аппарата А, то есть на стенке, которая должна находиться напротив земли, когда летательный аппарат А совершает полет.
В варианте устройство 1 определения местоположения может быть установлено на другой стенке летательного аппарата А, например, на верхней стенке летательного аппарата А, то есть на стенке, которая должна находиться напротив неба, когда летательный аппарат А совершает полет.
Устройство 1 определения местоположения содержит также корпус 10, установленный с возможностью вращения на стенке летательного аппарата А, например, при помощи шарового шарнира 12.
Камера 2, блок 4 инерциальных датчиков, модуль 6 коррекции и модуль 8 определения местоположения расположены в корпусе 10 и являются, например, неподвижными относительно этого корпуса.
В частности, блок 4 инерциальных датчиков предпочтительно неподвижно соединен с камерой 2.
Камера 2 является подвижной и может перемещаться между несколькими ориентациями относительно носителя А.
С одной стороны, камера 2 может быть ориентирована в направлении земли.
С другой стороны, камера 2 может быть ориентирована в направлении неба. Предпочтительно камера 2 может принимать ориентацию, в которой оптическая ось камеры 2 имеет максимальный угол возвышения в 30 градусов (то есть оптическая ось камеры 2 образует положительный угол в 30 градусов относительно горизонтальной плоскости, параллельной земле, и не поднимается выше к зениту).
Камера 2 установлена на летательном аппарате А таким образом, что оптическую ось камеры 2 можно ориентировать в направлении земли или в направлении неба, причем без помех со стороны стенки, на которой установлено устройство, и в целом со стороны корпуса летательного аппарата А. Например, камера установлена на переднем крае нижней стенки Р летательного аппарата А, как показано на фиг. 1, или на боковом крае этой стенки Р.
Поскольку камера 2 неподвижно соединена с корпусом 10, то именно устройство 1 определения местоположения является подвижным и может поворачиваться относительно стенки летательного аппарата и может обеспечивать такой угол возвышения.
Камера 2 содержит объектив, имеющий перекрестье. Перекрестье проходит через оптическую ось О камеры 2.
Камера 2 имеет мгновенное поле зрения (“instantaneous field of view” или IFOV), меньшее или равное 0,1 миллирадиана. Поле IFOV является полем зрения, соответствующим пикселю изображения, снимаемого камерой 2. Такую камеру 2 можно применять для определения местоположения целей на очень большом расстоянии.
Кроме того, камера 2 является чувствительной к длинам волн в видимой и/или инфракрасной области, например, к длинам инфракрасных волн в диапазоне SWIR (Short-Wavelength infrared) от 1 до 2 микрометров.
Например, камеру 2 можно конфигурировать для разных режимов съемки, при этом каждый режим съемки делает камеру 2 чувствительной к длинам волн, характерным для этого режима съемки. Например, камеру 2 можно конфигурировать не только в режиме инфракрасной съемки, в котором она становится чувствительной к указанным длинам волн в инфракрасной области, но также в других режимах съемки (в видимой области, в области УФ и т.д.).
Кроме того, блок 4 инерциальных датчиков сам по себе является известным устройством, содержащим множество инерциальных датчиков, как правило, акселерометров и гирометров.
Блок 4 инерциальных датчиков выполнен с возможностью вычисления данных положения и ориентации камеры 2.
Модуль 6 коррекции по звезде известен из предшествующего уровня техники, например, из документа ЕР 3 073 223 А1.
Модуль 8 определения местоположения выполнен с возможностью оценки положения цели Т и тоже известен из предшествующего уровня техники.
Модуль 8 определения местоположения содержит дальномер. Дальномер выполнен с возможностью оценивать расстояние между камерой 2 и целью Т, наблюдаемой камерой 2.
Дальномер может быть активным дальномером, например, является известным лазерным дальномером.
В альтернативном варианте дальномер является пассивным. Он вычисляет расстояние между камерой 2 и целью Т, отталкиваясь от цифровой модели местности, на которой находится цель Т.
Устройство содержит также модуль 14 оценки погрешности, выполненный с возможностью оценивать погрешность, которая может влиять на точность положения цели Т, оцениваемого модулем 8 определения местоположения.
Модули коррекции, определения местоположения и оценки могут быть разными физическими устройствами, одним и тем же физическим устройством, могут быть разными компьютерными программами, исполняемыми одним или несколькими процессорами устройства, или могут быть разными частями компьютерной программы, исполняемой одним или несколькими процессорами устройства.
Кроме того, устройство содержит привод 16 для приведения во вращение устройства по отношению к носителю. Устройство и, в частности, привод 16 получает питание электрической энергией от носителя.
Устройство содержит также интерфейс связи с постом оператора.
В случае летательного аппарата А, отличного от беспилотного летательного аппарата, пост оператора может быть кабиной летательного аппарата А: интерфейс связи является, например, интерфейсом проводной связи или интерфейсом беспроводной радиосвязи.
В альтернативном варианте пост оператора может находиться на наземной станции или на другом носителе, отличном от носителя, на котором установлено устройство. В этом случае интерфейс связи является интерфейсом беспроводной радиосвязи.
Обычно устройство представляет собой гиростабилизированный блок (BGS), работающий автономно относительно летательного аппарата, если не считать его питания энергией от летательного аппарата А.
В других вариантах выполнения модули 6, 8, 14 могут быть разнесены внутри летательного аппарата.
Способ определения местоположения цели без коррекции по звезде
Предположим, что летательный аппарат А находится в полете. Цель Т находится на земле.
Как показано на фиг. 4, камера 2 ориентирована в направлении цели Т в соответствии с первой ориентацией (этап 100).
Для определения местоположения цели устройство осуществляет следующие этапы.
Блок 4 инерциальных датчиков вычисляет данные положения и/или ориентации камеры 2 (этап 102).
Камера снимает по меньшей мере одно изображение цели Т (этап 104).
Дальномер (активный лазерный или пассивный) оценивает расстояние между целью Т, которую наблюдает камера 2, и камерой 2.
Модуль 8 определения местоположения оценивает положение цели Т, комбинируя расстояние, оцениваемое дальномером, с данными ориентации и положения камеры 2 и со снятым изображением (этап 118).
Необязательно, при оценке, осуществляемой модулем 8 определения местоположения, учитывают также угловое отклонение между оптической осью камеры 2 и осью, проходящей через точку камеры 2 и точку цели Т. Это угловое отклонение вычисляют в зависимости от отклонения в пикселях на изображении, снятом камерой 2 в первой ориентации в ходе этапа 104, между перекрестьем камеры 2, проходящем через оптическую ось, и пикселем цели Т. Это отклонение является нулевым, если на снятом изображении перекрестье совмещается с целью Т. Например, можно ориентировать камеру 2 таким образом, чтобы получить такое совмещение, что позволяет не учитывать это отклонение при оценке, осуществляемой модулем 8 определения местоположения.
Для такой оценки модуль 8 определения местоположения может использовать следующую формулу:
Figure 00000001
где
-
Figure 00000002
является положением цели Т, оцениваемым модулем 8 определения местоположения, причем это положение выражено в системе координат, связанной с Землей,
- Е является навигационным состоянием, оцениваемым инерциальной системой 4 управления и содержащим данные по меньшей мере одного данную положения
Figure 00000003
и данные по меньшей мере одной ориентации
Figure 00000004
камеры, выдаваемые блоком 4 инерциальных датчиков, причем эти данные выражены, например, в географической системе координат с центром на устройстве, содержащей ось, направленную на север Земли, ось, направленную на восток и третью ось, при этом все три оси образуют ортонормированную систему координат,
- θ является угловым отклонением между оптической осью камеры 2 и осью, проходящей через точку камеры 2 и точку цели Т. Это угловое отклонение является функцией отклонения в пикселях на изображении, снятом камерой 2 в первой ориентации, между перекрестьем камеры 2 и пикселем цели Т (необязательно, как было указано выше),
- D является расстоянием, измеренным дальномером,
- функции
Figure 00000005
являются заранее определенными функциями.
Способ определения местоположения цели с коррекцией по звезде
Как было указано во вступлении, данные, выдаваемые инерциальной системой 4 управления в ходе этапа 102, могут иметь погрешности, в частности, погрешности, связанные с отклонениями в показаниях датчиков.
Погрешностью, в наибольшей степени снижающей точность определения местоположения устройством, является погрешность в отношении курса камеры 2, вычисляемого блоком 4 инерциальных датчиков. Как показано на фиг. 3, этот курс является углом С между:
- осью О камеры 2 в проекции на горизонтальную плоскость, параллельную земле (плоскость на фиг. 3, где летательный аппарат и цель показаны сверху), и
- осью N, направленной на север и заключенной в горизонтальной плоскости (при этом ось Е, показанная на фиг. 3, направлена на восток).
Таким образом, когда цель Т находится на большом расстоянии от летательного аппарата А, даже минимальная погрешность курса значительно влияет на итоговую погрешность определения местоположения устройством.
Когда камера 2 занимает первую ориентацию (в направлении на цель Т), модуль оценки оценивает погрешность курса при вычислении инерциальной системой 4 управления (этап 104). Модуль оценки сам по себе может быть блоком 4 инерциальных датчиков: в этом случае, кроме данных положения и ориентации камеры 2, блок 4 инерциальных датчиков выдает данные погрешности курса.
Если погрешность курса превышает заранее определенный порог, модуль оценки подает команду на перемещение камеры 2 во вторую ориентацию, чтобы камера 2 наблюдала заранее определенную звезду S (этап 108).
Предпочтительно первый порог меньше или равен 0,3 миллирадиана, например, равен 0,1 миллирадиана.
Модуль оценки определяет вторую ориентацию в зависимости от данных ориентации, выдаваемых блоком 4 инерциальных датчиков, и от данных расположения звезды S, которые являются заранее определенными данными.
Во второй ориентации камера 2 снимает по меньшей мере одно изображение звезды S (этап 110).
По причине погрешностей, влияющих на данные ориентации, выдаваемые блоком 4 инерциальных датчиков, существует определенное отклонение к пикселях на изображении, снятом камерой 2 во второй ориентации, между пикселем, показывающим перекрестье камеры 2, и точкой, показывающей звезду S. Таким образом, это отклонение отображает ошибки позиционирования и ориентации блока 4 инерциальных датчиков.
Модуль 6 коррекции производит известную коррекцию по звезде на основании данных положения и/или ориентации камеры 2 таким образом, чтобы получить скорректированные данные положения и/или ориентации (этап 114).
Модуль 8 определения местоположения использует скорректированные данные вместо данных, искаженных погрешностями и выдаваемых блоком 4 инерциальных датчиков, чтобы оценить положение цели Т в ходе упомянутого выше этапа 118.
Предпочтительно камера 2 конфигурирована для режима съемки в инфракрасной области, чтобы снимать изображения звезды S. Этот режим инфракрасной съемки позволяет получать наиболее чувствительные изображения звезды S и, следовательно, улучшить способность коррекции по звезде, в частности, за счет сокращения времени, в течение которого цель Т не наблюдается.
Когда камера 2 находится во второй ориентации, этапы съемки изображения 110 и 114 повторяют для одной звезды, и, кроме того, их можно осуществлять по меньшей мере для еще одной звезды с переориентацией камеры на эту другую звезду в ходе этапа 108.
Этап оценки погрешности 106 тоже повторяют во времени, например, через равномерные интервалы, даже когда камера направлена на звезду.
Когда модуль 14 оценки обнаруживает, что погрешность курса опустилась ниже второго заранее определенного порога, модуль оценки подает команду на перемещение камеры 2 в первую ориентацию (которая была сохранена в памяти в момент выхода из нее) (этап 116).
Второй порог меньше или равен первому порогу.
Если камера 2 была конфигурирована для работы в режиме съемки, отличном от режима инфракрасной съемки, при обнаружении перехода первого порога, камеру 2 переконфигурируют в исходный режим съемки для наблюдения цели Т.
Можно также применять другие критерии перехода камеры 2 из одной ориентации в другую.
Например, камеру 2 можно конфигурировать для перехода из одной – первой или второй ориентаций – в другую ориентацию (этапы 108, 116) в ответ на получение через интерфейс связи команды, переданной с поста оператора. Например, может возникнуть необходимость в срочном переориентировании камеры 2 на цель Т, чтобы наблюдать ее, тогда как погрешность еще не опустилась ниже второго порога, причем несмотря на то, что условия еще не оптимизированы для вычисления точного положения этой цели Т.
В частном случае, когда интерфейс связи принимает команду на переход из первой ориентации во вторую ориентацию, камера может исполнять эту команду с задержкой. В некоторых ситуациях камера не может наблюдать звезду, если она была сразу переориентирована во второе положение, например, когда летательный аппарат летит «вниз головой» или когда небо не находится в поле зрения камеры. Следовательно, не только цель не находится в поле зрения камеры, но и коррекция по звезде не может быть осуществлена правильно.
Предпочтительно камеру конфигурируют таким образом, чтобы после получения команды выжидать, пока подвижный носитель займет положение относительно звезды, позволяющее камере наблюдать звезду во второй ориентации, прежде чем перейти из первой во вторую ориентацию. Например, камера может содержать средства обнаружения ориентации летательного аппарата относительно земли или относительно неба или может получать через свой интерфейс связи данные, позволяющие ей узнавать эту ориентацию, чтобы контролировать это ожидание, на основании данных, получаемых на подвижном носителе.
Кроме того, в качестве критериев перехода от одной ориентации к другой можно использовать погрешность, отличную от погрешности курса.
Например, для этого можно использовать погрешность положения цели Т, причем эту погрешность вычисляет модуль 8 определения местоположения в дополнение к собственно оценке положения цели Т. В этом случае предпочтительно первый порог выбирают меньшим или равным 10 метрам.
Такую погрешность положения, имеющую вид ковариации
Figure 00000006
, обычно вычисляет модуль 14 оценки следующим образом:
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
где:
-
Figure 00000011
: ковариация навигационного состояния Е, оцененная блоком инерциальных датчиков (это состояние включает в себя данные положения и данные ориентации, оцененные во время этапа 102)
-
Figure 00000012
: ковариация шумов измерений при указании интересующей точки в системе координат камеры 2,
-
Figure 00000013
: ковариация шумов измерений при указании расстояния D между камерой 2 и целью (как правило, при помощи лазерного дальномера).
Это уравнение представляет собой простую сумму, так как погрешности являются независимыми.
Предпочтительно устройство 1 определения местоположения применяют на носителе типа летательного аппарата А, причем задачей этого носителя является определение местоположения целей на очень больших расстояниях, в частности, таким носителем является беспилотный летательный аппарат. Вместе с тем, такое устройство может быть установлено на других типах носителей: наземное транспортное средство, судно и т.д.

Claims (27)

1. Устройство (1) определения местоположения цели, предназначенное для установки на подвижном носителе (А), содержащее:
- камеру (2), выполненную с возможностью ориентироваться относительно носителя (А):
- в первой ориентации для наблюдения цели, таким образом, чтобы камера могла снять изображение цели (Т), и
- во второй ориентации для наблюдения по меньшей мере одной заранее определенной звезды, таким образом, чтобы камера могла снять по меньшей мере одно изображение звезды,
- блок (4) инерциальных датчиков, выполненный с возможностью вычисления данных положения и ориентации камеры (2),
- модуль (6) коррекции по звезде, выполненный с возможностью применения коррекции по звезде к данным, вычисленным блоком (4) инерциальных датчиков, на основании изображения звезды, так чтобы сформировать скорректированные данные положения и ориентации,
- модуль (8) определения местоположения, выполненный с возможностью оценки положения цели (Т) на основании изображения цели (Т) и скорректированных данных, отличающееся тем, что содержит интерфейс связи с постом оператора, при этом камера (2) выполнена также с возможностью переходить из одной из указанных двух ориентаций - первой и второй - в другую ориентацию в ответ на получение через интерфейс связи команды, переданной с поста оператора.
2. Устройство (1) по п. 1, в котором камера выполнена с возможностью, прежде чем перейти от первой ориентации ко второй ориентации после получения команды, выжидать, пока подвижный носитель не займет ориентацию относительно звезды, позволяющую камере видеть звезду во второй ориентации.
3. Устройство (1) по п. 1 или 2, содержащее модуль (14) оценки погрешности, выполненный с возможностью оценивать погрешность, которая влияет на точность положения, оцениваемого модулем (8) определения местоположения, при этом камера (2) выполнена с возможностью переходить из первой ориентации во вторую ориентацию, когда погрешность переходит первый заранее определенный порог.
4. Устройство (1) по п. 3, в котором указанная погрешность является погрешностью положения, влияющей на положение цели (Т), оцениваемое модулем (8) определения местоположения.
5. Устройство (1) по п. 3 или 4, в котором указанная погрешность является погрешностью курса камеры (2), влияющей на данные курса, вычисляемые блоком (4) инерциальных датчиков.
6. Устройство (1) по п. 5, в котором первый порог меньше или равен 0,3 миллирадиана.
7. Устройство (1) по любому из пп. 1-6, содержащее модуль (14) оценки погрешности, выполненный с возможностью оценивать погрешность, которая влияет на точность положения, оцениваемого модулем (8) определения местоположения, при этом камера (2) выполнена с возможностью переходить из второй ориентации в первую ориентацию, когда погрешность переходит второй заранее определенный порог.
8. Устройство (1) по п. 7, относящемуся к п. 3, в котором второй порог меньше или равен первому порогу.
9. Устройство (1) по любому из пп. 1-8, в котором камера (2) выполнена с возможностью снимать изображение заранее определенной звезды в режиме инфракрасной съемки, при этом камера (2) является чувствительной к длинам инфракрасных волн.
10. Летательный аппарат (А), такой как беспилотный летательный аппарат, содержащий устройство (1) определения местоположения цели (Т) по любому из пп. 1-9.
11. Способ определения местоположения цели (Т), содержащий следующие этапы:
- ориентирование (100) подвижной камеры (2), установленной на подвижном носителе (А), в первую ориентацию, в которой цель (Т) находится в поле зрения камеры,
- вычисление (102) при помощи блока (4) инерциальных датчиков данных положения и ориентации камеры (2),
- съемка (104) по меньшей мере одного изображения цели (Т) при помощи камеры (2),
- ориентирование (108) камеры (2) во вторую ориентацию по отношению к носителю (А), в которой заранее определенная звезда находится в поле зрения камеры (2),
- съемка (110) по меньшей мере одного изображения звезды при помощи камеры (2),
- применение (114) коррекции по звезде к данным, вычисленным блоком (4) инерциальных датчиков, на основании изображения звезды, так чтобы получить скорректированные данные положения и данные ориентации,
- оценка (118) положения цели (Т) на основании изображения цели (Т) и скорректированных данных,
отличающийся тем, что камеру (2) переводят из одной из двух ориентаций – первой и второй – в другую ориентацию в ответ на получение команды, переданной с поста оператора.
12. Способ по п. 11, в котором после получения команды камера переходит из первой ориентации во вторую ориентацию после того, как подвижный носитель займет ориентацию относительно звезды, позволяющую камере видеть звезду во второй ориентации.
13. Способ по п. 11 или 12, в котором носитель (А) является летательным аппаратом, например беспилотным летательным аппаратом.
RU2019122186A 2016-12-16 2017-12-12 Устройство определения местоположения цели посредством коррекции по звезде, предназначенное для установки на подвижном носителе RU2713250C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1662631A FR3060769B1 (fr) 2016-12-16 2016-12-16 Dispositif de localisation par recalage stellaire d'une cible, destine a etre embarque sur un porteur mobile
FR1662631 2016-12-16
PCT/EP2017/082409 WO2018108897A1 (fr) 2016-12-16 2017-12-12 Dispositif de localisation par recalage stellaire d'une cible, destiné à être embarqué sur un porteur mobile

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2713250C1 true RU2713250C1 (ru) 2020-02-04

Family

ID=58501529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019122186A RU2713250C1 (ru) 2016-12-16 2017-12-12 Устройство определения местоположения цели посредством коррекции по звезде, предназначенное для установки на подвижном носителе

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10964047B2 (ru)
EP (1) EP3555550B1 (ru)
CN (1) CN110088561B (ru)
CA (1) CA3047131C (ru)
FR (1) FR3060769B1 (ru)
IL (1) IL267163B (ru)
RU (1) RU2713250C1 (ru)
WO (1) WO2018108897A1 (ru)
ZA (1) ZA201903878B (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2155323C1 (ru) * 2000-02-24 2000-08-27 Государственное унитарное предприятие Научно-технический производственный комплекс "Геофизика-АРТ" дочернее предприятие НПО "Геофизика" Оптико-электронная система поиска и сопровождения цели
EP1440329A1 (fr) * 2001-10-23 2004-07-28 Thales Dispositif d'acquisition de cible, aeronef, systeme d'estimation de trajectoire et systeme de defense associes
WO2007028826A1 (fr) * 2005-09-09 2007-03-15 Thales Dispositif optique d'observation d'une cible, multifonction
RU2571530C1 (ru) * 2014-08-12 2015-12-20 Сергей Петрович Мелющенок Способ повышения эффективности стрельбы из вооружения самоходных объектов

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995003214A1 (en) * 1993-07-22 1995-02-02 Honeywell Inc. Star acquisition and identification method
RU2182313C2 (ru) * 1999-08-25 2002-05-10 Сафьян Дмитрий Анатольевич Комплексная навигационная система для летательных аппаратов различных классов (варианты)
PL2208083T3 (pl) * 2007-10-23 2014-08-29 Selex Es Spa System precyzyjnej lokalizacji celu znajdującego się na ziemi przez latającą platformę i związany sposób obsługi
US7961301B2 (en) * 2008-05-09 2011-06-14 Ball Aerospace & Technologies Corp. Flash LADAR system
US20160097857A1 (en) * 2012-02-07 2016-04-07 Michael Cem Gokay Integrated Targeting Device
CN103076015B (zh) * 2013-01-04 2015-10-28 北京航空航天大学 一种基于全面最优校正的sins/cns组合导航系统及其导航方法
JP2014241584A (ja) * 2013-05-14 2014-12-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 画像処理方法、及び画像処理システム
CN103674021B (zh) * 2013-11-25 2016-08-17 哈尔滨工业大学 基于捷联惯导与星敏感器的组合导航系统及方法
US10175358B2 (en) * 2014-08-04 2019-01-08 Elbit Systems Of America, Llc Systems and methods for northfinding
US9791278B2 (en) * 2015-03-24 2017-10-17 Honeywell International Inc. Navigating with star tracking sensors

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2155323C1 (ru) * 2000-02-24 2000-08-27 Государственное унитарное предприятие Научно-технический производственный комплекс "Геофизика-АРТ" дочернее предприятие НПО "Геофизика" Оптико-электронная система поиска и сопровождения цели
EP1440329A1 (fr) * 2001-10-23 2004-07-28 Thales Dispositif d'acquisition de cible, aeronef, systeme d'estimation de trajectoire et systeme de defense associes
WO2007028826A1 (fr) * 2005-09-09 2007-03-15 Thales Dispositif optique d'observation d'une cible, multifonction
RU2571530C1 (ru) * 2014-08-12 2015-12-20 Сергей Петрович Мелющенок Способ повышения эффективности стрельбы из вооружения самоходных объектов

Also Published As

Publication number Publication date
EP3555550B1 (fr) 2021-02-24
IL267163B (en) 2022-04-01
CA3047131A1 (fr) 2018-06-21
CN110088561A (zh) 2019-08-02
US10964047B2 (en) 2021-03-30
FR3060769B1 (fr) 2019-07-26
CN110088561B (zh) 2020-04-07
EP3555550A1 (fr) 2019-10-23
CA3047131C (fr) 2020-03-24
IL267163A (en) 2019-08-29
US20190385333A1 (en) 2019-12-19
ZA201903878B (en) 2020-07-29
FR3060769A1 (fr) 2018-06-22
WO2018108897A1 (fr) 2018-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109470158B (zh) 影像处理装置及测距装置
CN105184776B (zh) 目标跟踪方法
EP2735932B1 (en) Method and system for navigation of an unmanned aerial vehicle in an urban environment
US20190243376A1 (en) Actively Complementing Exposure Settings for Autonomous Navigation
US20200191556A1 (en) Distance mesurement method by an unmanned aerial vehicle (uav) and uav
US20140293266A1 (en) Local Alignment and Positioning Device and Method
US11490005B2 (en) Overhead line image capturing system and overhead line image capturing method
CN104296754B (zh) 基于空间激光通信端机的自主导航系统及其自主导航方法
US10337863B2 (en) Survey system
US10109074B2 (en) Method and system for inertial measurement having image processing unit for determining at least one parameter associated with at least one feature in consecutive images
EP3332215B1 (en) Systems and methods for northfinding
JP2020203664A (ja) 無人飛行機の飛行制御システム及び地形計測システム
Bleier et al. SCOUT3D–An underwater laser scanning system for mobile mapping
JP2016223934A (ja) 位置補正システム、位置補正方法、および位置補正プログラム
RU2713250C1 (ru) Устройство определения местоположения цели посредством коррекции по звезде, предназначенное для установки на подвижном носителе
KR20180095989A (ko) 비행 성능 계측 장치 및 방법
KR101992417B1 (ko) 무기체계의 폭발고도 측정 장치 및 방법
RU2722521C1 (ru) Способ точной посадки беспилотного летательного аппарата на посадочную платформу
JP2019219874A (ja) 自律移動撮影制御システムおよび自律移動体
KR102149494B1 (ko) 드론을 이용한 구조물 검사 시스템 및 검사 방법
KR101590889B1 (ko) 표적 추적 정확도 분석을 위한 영상 기반의 위치추정 방법 및 이를 위한 위치추정 시스템
US20240202968A1 (en) A method, software product, device and system for determining a direction at a position
JP7333565B1 (ja) 飛行体および飛行体の制御方法
KR20240064066A (ko) 드론을 이용한 원거리 표적의 좌표 산출 장치 및 방법
WO2022164468A1 (en) System and method for net-capture of unmanned aerial vehicle