RU2723692C1 - Autonomous laser coordinate determining system of uav without use of gps/glonass modules - Google Patents

Autonomous laser coordinate determining system of uav without use of gps/glonass modules Download PDF

Info

Publication number
RU2723692C1
RU2723692C1 RU2019144446A RU2019144446A RU2723692C1 RU 2723692 C1 RU2723692 C1 RU 2723692C1 RU 2019144446 A RU2019144446 A RU 2019144446A RU 2019144446 A RU2019144446 A RU 2019144446A RU 2723692 C1 RU2723692 C1 RU 2723692C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
computer
laser
digital converter
photodiode
built
Prior art date
Application number
RU2019144446A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Павлович Агапов
Павел Павлович Гостев
Сергей Александрович Магницкий
Евгений Александрович Мамонов
Дмитрий Николаевич Фроловцев
Анатолий Степанович Чиркин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «Гарант» (ООО «Гарант»)
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 Общество с ограниченной ответственностью «Гарант» (ООО «Гарант») filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «Гарант» (ООО «Гарант»)
Priority to RU2019144446A priority Critical patent/RU2723692C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2723692C1 publication Critical patent/RU2723692C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08GTRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/04Anti-collision systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: communication equipment.SUBSTANCE: present invention relates to optical communication and location complexes configured to neutralize attack vectors on an unmanned aerial vehicle (UAV) over radio communication and control channels. Autonomous system for the laser coordinate determination unmanned aircraft comprising a ground navigation station (GNS) and UAV. GNS comprises a computer, a time-to-digital converter, a platform control device with a built-in analogue-to-digital converter, step motors, mechanical rotary system, slow photodiode with built-in amplifier, fast photodiode, amplifier, laser transmitter, NOT element, comparator. Unmanned aircraft comprises emergency control unit with corner reflector. Said computer is connected to time-to-digital converter and rotary platforms control device, which, through step motors connected to it, controls mechanical platform of mechanical rotary system. Laser pulses generated by the laser transmitter are transmitted through the optical system to the angle reflector and reflected from it, are recorded by fast and slow photodiodes, where the signal from the fast photodiode through the comparator, the NOT element and the time-to-digital converter is transmitted to the said computer. Signal coming from slow photodiode via built-in ADC of rotary platforms control device is also supplied to computer, wherein said computer controls laser coordinate determination system.EFFECT: technical problem of the proposed invention is providing UAV with an optical communication channel which is weakly susceptible to radioelectronic interference.1 cl, 2 dwg

Description

Заявленное изобретение относится к комплексам оптической связи и локации, выполненным с возможностью нейтрализации векторов атаки на беспилотное воздушное судно (БВС) по радиоканалам связи и управления.The claimed invention relates to complexes of optical communication and location, made with the possibility of neutralizing the attack vectors on an unmanned aircraft (BVS) via radio communication and control channels.

В последнее время на потребительском и профессиональном рынках резко вырос спрос на малогабаритные (до 30 кг) мультироторные системы, которые широко применяются при решении самых разных задач дистанционного зондирования, аэрофотосъемки, разведки, связи, РЭБ и т.д. Кроме того, военные модели способны к нанесению ударов по воздушным, наземным и надводным целям. Именно использование миниатюрных БВС в военных целях привело к качественному рывку в развитии систем РЭБ по борьбе с ними, которые, как показал конфликт в Сирийской Арабской Республике, успешно нейтрализуют угрозы, связанные с миниатюрными БВС. Основные векторы атаки - системы навигации, управления и передачи телеметрии, причем может вестись не только полное подавление определенного канала, но и дезинформация. Поэтому встает задача обеспечить БВС каналом связи, слабо подверженным радиоэлектронным помехам. Для этого хорошо подходят атмосферные оптические линии связи (АОЛС), которые хорошо себя зарекомендовали при построении сетей между неподвижными терминалами, но встречают значительные трудности при работе с подвижными абонентами.Recently, in the consumer and professional markets, the demand for small-sized (up to 30 kg) multi-rotor systems, which are widely used in solving various problems of remote sensing, aerial photography, reconnaissance, communications, electronic warfare, etc., has sharply increased. In addition, military models are capable of striking air, ground and surface targets. It was the use of miniature DABs for military purposes that led to a qualitative breakthrough in the development of electronic warfare systems to combat them, which, as the conflict in the Syrian Arab Republic has shown, successfully neutralize the threats associated with miniature DSS. The main attack vectors are navigation, control and telemetry transmission systems, and not only can a complete suppression of a certain channel be conducted, but also misinformation. Therefore, the challenge arises of providing the BVS with a communication channel that is weakly prone to electronic interference. Atmospheric optical communication lines (AOLS) are well suited for this, which have proven themselves well when building networks between fixed terminals, but encounter significant difficulties when working with mobile subscribers.

Для этого хорошо подходят атмосферные оптические линии связи (АОЛС), которые хорошо себя зарекомендовали при построении сетей между неподвижными терминалами, но встречают значительные трудности при работе с подвижными абонентами.Atmospheric optical communication lines (AOLS) are well suited for this, which have proven themselves well when building networks between fixed terminals, but encounter significant difficulties when working with mobile subscribers.

Несмотря на это, на рынке существует несколько компаний, преодолевших этот технологический барьер, например МОСТКОМ (Россия). Типичные скорости, достигнутые в этом сегменте рынка АОЛС составляют около 1 Гбит/с, дальности порядка 3-4 км. Однако, доступность оптического канала связи в известных конфигурациях не позволяет реализовать систему управления БВС на его основе.Despite this, there are several companies on the market that have overcome this technological barrier, for example, MOSTCOM (Russia). Typical speeds achieved in this segment of the AOLS market are about 1 Gbit / s, with a range of about 3-4 km. However, the availability of the optical communication channel in known configurations does not allow implementing the BVS control system based on it.

Из уровня техники известен беспилотный авиационный комплекс, содержащий бортовую радиолокационную станцию с бортовым радиоэлектронным оборудованием, предназначенное для формирования, излучения и приема радиолокационного сигнала, используемого для обнаружения и сопровождения воздушных, морских и наземных объектов на дальности до 400 км, работы в Х-диапазоне частот, причем, в качестве антенного блока используется пассивная фазированная решетка, установленная на механическом двухстепенном (по азимуту и крену) электрогидроприводе, которая обеспечивает, с учетом ширины диаграммы направленности, углы обзора, относительно строительной оси беспилотного летательного аппарата, по азимуту ± 120°, по углу места ± 60°.(RU 187275 U1 28.02.2019).The prior art unmanned aerial system containing an airborne radar station with avionics designed to generate, emit and receive a radar signal used to detect and track air, sea and ground objects at ranges up to 400 km, operate in the X-frequency range moreover, a passive phased array installed on a two-stage mechanical (in azimuth and roll) electrohydrodrive, which provides, taking into account the radiation pattern width, viewing angles relative to the construction axis of the unmanned aerial vehicle, in azimuth ± 120 °, is used as an antenna unit elevation angle ± 60 °. (RU 187275 U1 02.28.2019).

Недостаток известного решения заключается в низкой эффективности работы, связанной с высокой подверженностью радиоэлектронным помехам.A disadvantage of the known solution is the low efficiency associated with high exposure to electronic interference.

Из уровня техники известна система навигации летательных аппаратов, содержащая летательный аппарат и наземную навигационную станцию. На борту ЛА расположены: инерциальная навигационная система (ИНС), радионавигационный корректор - спутниковая навигационная система (СНС) и автономный корректор данных ИНС - вычислительный блок корреляционно-экстремальной обработки информации (КЭОИ). Наземная часть системы выполнена на персональной электронной вычислительной машине (ПЭВМ). Оценки координат, получаемые по полетным данным и в результате сопровождающего математического моделирования, объединяются по критериям однородности и принадлежности одной и той же генеральной совокупности и статистически обрабатываются. Для визуализации и последующего анализа результатов полета в динамике введен блок оценки, анализа и визуализации (ОАВ) траектории ЛА в эталонной среде в формате 3D. Повышается автономность, надежность и точность определения действительных значений координат самолетовождения (RU 2487419 C1 10.03.2013).A prior art aircraft navigation system comprising an aircraft and a ground navigation station is known. Onboard the aircraft are located: inertial navigation system (ANN), radio navigation corrector - satellite navigation system (SNA) and autonomous corrector of ANN data - computing unit for correlation-extreme information processing (CEI). The ground part of the system is made on a personal electronic computer (PC). The coordinate estimates obtained from the flight data and as a result of the accompanying mathematical modeling are combined according to the criteria of homogeneity and belonging to the same general population and are statistically processed. For visualization and subsequent analysis of flight results in dynamics, a block for estimating, analyzing, and visualizing (OAV) the aircraft trajectory in a reference environment in 3D format was introduced. The autonomy, reliability and accuracy of determining the actual values of the coordinates of aircraft navigation (RU 2487419 C1 03/10/2013) are increased.

Из уровня техники известна также оптико-локационная система включающая в себя расположенные на оптической оси передающего канала оптически сопряженные лазерный передатчик, формирующий зондирующий пучок лазерного излучения, пилотный лазер, формирующий контрольный пучок лазерного излучения, светоделители, формирующий телескоп, призму Дове, устройство, отклоняющее пучок лазерного излучения, выходной телескоп, горизонтальную платформу с расположенными на ней первым и вторым зеркалами, выполненную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, три коаксиальных вала вращения, также расположенные на оптической оси приемного канала оптически сопряженные третье зеркало, обратная отражательная поверхность первого зеркала, зеркально-линзовый объектив приемного телескопа, уголковое зеркало, комбинированное фотоприемное устройство, при этом второе и третье зеркала выполнены с возможностью синхронного вращения вокруг горизонтальной оси, также устройство автоюстировки, включающее прямоугольную призму в центре первого зеркала, прямоугольные отражательные призмы в центрах второго и третьего зеркал, призму-ромб с диафрагмой, установленной на выходной грани призмы-ромба, а также блоки обработки сигналов, приводы, датчики текущего состояния и блоки управления основных оптико-механических узлов системы, центральный блок управления (RU 2292566 C1 27.01.2007).Also known from the prior art is an optical location system including optically coupled laser transmitters located on the optical axis of the transmitting channel, which forms a probe laser beam, a pilot laser, which forms a control laser beam, beam splitters, a telescope, a Dove prism, a beam deflecting device laser radiation, an output telescope, a horizontal platform with first and second mirrors located on it, rotatable around a vertical axis, three coaxial rotation shafts, optically conjugated third mirrors also located on the optical axis of the receiving channel, the inverse reflective surface of the first mirror, mirror a lens of the receiving telescope, a corner mirror, a combined photodetector, while the second and third mirrors are made with the possibility of synchronous rotation around the horizontal axis, as well as the device alignment, including a rectangular prize mu in the center of the first mirror, rectangular reflective prisms in the centers of the second and third mirrors, a diamond prism with a diaphragm mounted on the output face of the diamond prism, as well as signal processing units, drives, current state sensors and control units of the main optical-mechanical units of the system , central control unit (RU 2292566 C1 01/27/2007).

Недостатками известных технических решений является невозможность использования на БВС.The disadvantages of the known technical solutions is the inability to use on the BVS.

Наиболее близким аналогам является беспилотный авиационный комплекс, содержащий безаэродромного базирования содержит БПЛА и стартовую наземную станцию, содержащую мобильную платформу и установленные на ней энергетическую установку и блок управления полетом БПЛА . БПЛА выполнен в виде двухконсольного крыла, на поворотных консолях которого установлены движители. Консоли выполнены с возможностью их поворота на 180° относительно продольной оси крыла вокруг корпуса для полезной нагрузки. На платформе стартовой наземной станции установлен вертикально трансмиссионный вал, связанный с редуктором, и стартовое устройство, установленное с помощью трех опор. Стартовое устройство содержит средства для передачи вращения от трансмиссионного вала к БПЛА , а также средства для его фиксации и расфиксации при заданной скорости вращения трансмиссионного вала. Опоры стартового устройства выполнены телескопическими с независимой регулировкой их длины от блока управления для предполетной коррекции пространственной ориентации беспилотного летательного аппарата. БАК снабжен системой предполетной автоматической статической балансировки беспилотного летательного аппарата (РФ 2403182 от 18.06.2009).The closest analogs are an unmanned aerial complex containing aero-aerodrome-based UAVs and a launch ground station containing a mobile platform and a power plant and an UAV flight control unit installed on it. The UAV is made in the form of a two-console wing, on the rotary consoles of which movers are installed. The consoles are made with the possibility of their rotation through 180 ° relative to the longitudinal axis of the wing around the body for the payload. On the platform of the launching ground station, a transmission shaft connected to the gearbox and a launching device mounted using three supports are installed vertically. The starting device contains means for transmitting rotation from the transmission shaft to the UAV, as well as means for fixing and unlocking it at a given rotation speed of the transmission shaft. The supports of the launching device are telescopic with independent adjustment of their length from the control unit for pre-flight correction of the spatial orientation of the unmanned aerial vehicle. The LHC is equipped with a pre-flight automatic static balancing system for an unmanned aerial vehicle (RF 2403182 dated 06/18/2009).

Недостаткам наиболее близкого аналога являются невозможность использования беспилотного летательного аппарата для размещения радиотехнического комплекса радиолокационного обнаружения, низкая помехозащищенность каналов управления блока управления, низкая точность определения координат.The disadvantages of the closest analogue are the impossibility of using an unmanned aerial vehicle to accommodate the radio-technical complex of radar detection, low noise immunity of control channels of the control unit, low accuracy of determining coordinates.

Технической проблемой заявленного изобретения является обеспечение беспилотного воздушного средства (БВС) оптическим каналом связи, слабо подверженным радиоэлектронным помехам. The technical problem of the claimed invention is the provision of unmanned aerial vehicles (BVS) with an optical communication channel, weakly prone to electronic interference.

Технический результат заключается в обеспечении возможности автономного определения координат БВС без использования модулей GPS/ГЛОНАСС.The technical result consists in providing the ability to autonomously determine the coordinates of the BVS without the use of GPS / GLONASS modules.

Указанный технический результат достигается в системе автономного лазерного определения координат беспилотного воздушного судна, содержащей наземную навигационную станцию (ННС) и беспилотное воздушное судно (БВС), при этом ННС содержит: компьютер, время-цифровой преобразователь, устройство управления платформами со встроенным аналого-цифровым преобразователем, шаговые двигатели, механическую поворотную систему, медленный фотодиод со встроенным усилителем, быстрый фотодиод, усилитель, лазерный передатчик, элемент «Не», компаратор; беспилотное воздушное судно содержит блок аварийного управления БВС с уголковым отражателем, при этом указанный компьютер соединен с время-цифровым преобразователем и устройством управления поворотными платформами, которое, через подключенные к нему шаговые двигатели, осуществляет управление механической платформой механической поворотной системы; лазерные импульсы сгенерированные лазерным передатчиком, через оптическую систему подаются на уголковый отражатель и отраженные от него, регистрируются быстрым и медленным фотодиодами, где сигнал с быстрого фотодиода через компаратор, элемент «Не» и время-цифровой преобразователь поступает в упомянутый компьютер; сигнал, поступающий с медленного фотодиода через встроенный АЦП устройства управления поворотными платформами также поступает в компьютер, при этом указанный компьютер осуществляет управление системой лазерного определения координат.The indicated technical result is achieved in an autonomous laser coordinate determination system for an unmanned aircraft containing a ground navigation station (NNS) and an unmanned aircraft (BVS), while the NNS contains: a computer, a time-to-digital converter, a platform control device with a built-in analog-to-digital converter , stepper motors, mechanical rotary system, slow photodiode with built-in amplifier, fast photodiode, amplifier, laser transmitter, “Not” element, comparator; the unmanned aircraft contains an emergency control unit with a corner reflector, the computer being connected to a time-digital converter and rotary platform control device, which, through the stepper motors connected to it, controls the mechanical platform of the mechanical rotary system; laser pulses generated by the laser transmitter are fed through the optical system to the corner reflector and reflected from it, recorded by fast and slow photodiodes, where the signal from the fast photodiode through the comparator, the element "Not" and the time-to-digital converter enters the mentioned computer; the signal coming from the slow photodiode through the built-in ADC of the rotary platform control device also enters the computer, while the specified computer controls the laser coordinate system.

Дополнительной особенностью является то, что оптическая система содержит коллиматор, поляризационный светоделитель, четвертьволновую пластинку λ/4, линзу с фокусным расстоянием 4 см и интерференционные светофильтры с центральной длиной волны 810 нм и шириной спектра пропускания 10 нм.An additional feature is that the optical system contains a collimator, a polarization beam splitter, a quarter-wavelength λ / 4 plate, a lens with a focal length of 4 cm, and interference filters with a central wavelength of 810 nm and a transmission spectrum width of 10 nm.

Заявленное изобретение поясняется на фигурах чертежей, где:The claimed invention is illustrated in the drawings, where:

Фиг. 1 - Принципиальная схема системы автономного лазерного определения координат БВС без использования модулей GPS/ГЛОНАСС.FIG. 1 - Schematic diagram of a system of autonomous laser coordinates determination of BVS without the use of GPS / GLONASS modules.

Фиг. 2 - Оптическая схема системы автономного лазерного определения координат БВС.FIG. 2 - Optical design of an autonomous laser coordinate system for determining the coordinate system

Заявленное изобретение объединяет в себе систему связи и передачи команд и систему автономного лазерного определения координат, которая работает независимо от бортового оборудования БВС и все вычисления которой проводятся на наземной станции. Создаваемый таким образом дублирующий оптический канал связи и управления БВС позволяет использовать БВС в зонах повышенных радиопомех или радиомолчания, а также в условиях глушения или компрометации спутниковых систем навигации. В итоге доступность канала связи с БВС увеличивается и может достигать 99.9%.The claimed invention combines a communication and command transmission system and an autonomous laser coordinate determination system, which operates independently of the on-board equipment of the BVS and all calculations of which are carried out at the ground station. The duplicating optical communication and control channel of the BVS created in this way allows using the BVV in areas of increased radio interference or radio silence, as well as in jamming or compromising satellite navigation systems. As a result, the availability of the communication channel with the BVS increases and can reach 99.9%.

Система определения координат (фиг. 1) определяет угловые координаты и расстояние до уголкового отражателя, закрепленного на блоке аварийного управления БВС (БАУБ), относительно наземной навигационной станции (ННС). В процессе работы система осуществляет сканирование пространства лучом с целью определения углового положения уголкового отражателя, наводится на уголковый отражатель и измеряет время пролета лазерного импульса от наземной базовой станции до БАУБ и обратно, за счет чего определяется расстояние от наземной базовой станции до БАУБ. Угловые координаты определяются в процессе наведения по положению механической поворотной платформы.The coordinate determination system (Fig. 1) determines the angular coordinates and the distance to the corner reflector, mounted on the emergency control unit BVS (BAUB), relative to the ground navigation station (NNS). In the process, the system scans the space with a beam in order to determine the angular position of the corner reflector, points at the corner reflector and measures the time of flight of the laser pulse from the ground base station to BAUB and vice versa, due to which the distance from the ground base station to BAUB is determined. Angular coordinates are determined during guidance by the position of the mechanical turntable.

Управление системой лазерного определения координат осуществляется с компьютера наземной базовой станции (фиг. 1).The laser coordinate determination system is controlled from the computer of the ground-based base station (Fig. 1).

Компьютер соединен через USB с Arduino Uno и время-цифровым преобразователем idQuantique id800. Arduino Uno осуществляет управление поворотными платформами механики поворотной системы, оснащенной шаговыми двигателями, платформа Arduino выбрана в первую очередь из-за существенной простоты использования. Для этого к Arduino Uno подсоединены драйверы шаговых двигателей A4988, работающие в режиме 1/16 шага.The computer is connected via USB to the Arduino Uno and the idQuantique id800 time-to-digital converter. Arduino Uno controls the rotary platforms of the mechanics of a rotary system equipped with stepper motors, the Arduino platform was chosen primarily because of the significant ease of use. For this, the drivers of the A4988 stepper motors operating in the 1/16 step mode are connected to the Arduino Uno.

Шаговые двигатели механических платформ осуществляют их поворот на 1 градус за 100 шагов. В итоге на 1 градус поворота механической платформы приходится 1600 микрошагов. The stepper motors of the mechanical platforms rotate 1 degree in 100 steps. As a result, 1,600 microsteps fall per 1 degree of rotation of the mechanical platform.

К встроенному АЦП Arduino Uno так же подключен медленный фотодиод с временным разрешением лучше 1 мсек (миллисекунд), со встроенным усилителем Texas Instruments OPT101P, имеющий время нарастания 28 микросекунд, что позволяет определить среднюю мощность, отражаемую уголковым отра- жателем на наземной базовой станции, (временя между двумя последовательными лазерными импульсами составляет 1 мкс). An Arduino Uno ADC is also connected to a slow photodiode with a temporal resolution of better than 1 ms (milliseconds), with a built-in Texas Instruments OPT101P amplifier, which has a rise time of 28 microseconds, which makes it possible to determine the average power reflected by an angular reflector at a ground base station, ( the time between two consecutive laser pulses is 1 μs).

Лазерные импульсы сгенерированные лазерным передатчиком (лазером) и отраженные от уголкового отражателя, регистрируются так же быстрым фотодиодом Alphalas UPD300-UP с временным разрешением лучше 500 псек (пикосекунд). Импульсы с детектора, имеющие амплитуду порядка 10 мВ, усиливаются до амплитуды порядка 1 В, и подаются на вход компаратора, выдающего логический сигнал «1» при превышении референсного напряжения (2.3 В) и «0» в случае, если референсное напряжение больше.Laser pulses generated by a laser transmitter (laser) and reflected from an angle reflector are detected by the Alphalas UPD300-UP fast photodiode with a temporal resolution of better than 500 psec (picoseconds). The pulses from the detector, having an amplitude of the order of 10 mV, are amplified to an amplitude of the order of 1 V, and are fed to the input of a comparator that generates a logic signal “1” when the reference voltage (2.3 V) and “0” are exceeded if the reference voltage is greater.

Далее полученный сигнал проходит через элемент «Не», обращающий логические уровни, и идет на вход время-цифрового преобразователя idQuantique id800.Further, the received signal passes through the “Not” element, which reverses the logic levels, and goes to the input of the idQuantique id800 time-to-digital converter.

На время-цифровой преобразователь idQuantique id800 подаются так же импульсы триггера лазера InTop PLS-405/808. Время-цифровой преобразователь позволяет определить временную задержку между триггером лазера, срабатывающим при испускании лазерного импульса, и импульсом с быстрого фотодиода, возникающим после пролета лазерного импульса с наземной базовой станции до БАУБ и обратно.The idQuantique id800 time-to-digital converter also receives InTop PLS-405/808 laser trigger pulses. A time-to-digital converter allows you to determine the time delay between the laser trigger that fires when a laser pulse is emitted and the pulse from a fast photodiode that occurs after a laser pulse travels from a ground base station to BAUB and vice versa.

На вход оптической системы лазерного определения координат подаются импульсы лазера InTop PLS-405/808, работающего в режиме генерации наносекундный импульсов с длительностью 80 нс и частотой повторения 1 МГц. Оптическая система позволяет направить лазерный луч вдоль координат, задаваемых механической поворотной платформой, а так же принимает отраженный сигнал и делит его между быстрым и медленным фотодиодами. Излучение лазера InTop PLS-405/808 на длине волны 808 нм вводится в систему с помощью коллиматора C (CFC-8X-B, Thorlabs) оптической схемы системы автономного определения координат БВС (фиг. 2). Затем излучение проходит через поляризационный светоделитель PBS и четвертьволновую пластинку λ/4, приобретая круговую поляризацию. После этого излучение распространяется в сторону БАУБ, и отражается назад от уголкового отражателя Refl.The pulses of the InTop PLS-405/808 laser, operating in the mode of generating nanosecond pulses with a duration of 80 ns and a repetition rate of 1 MHz, are fed to the input of the optical system for laser coordinate determination. The optical system allows you to direct the laser beam along the coordinates specified by the mechanical rotary platform, and also receives the reflected signal and divides it between fast and slow photodiodes. The radiation of the InTop PLS-405/808 laser at a wavelength of 808 nm is introduced into the system using the C collimator (CFC-8X-B, Thorlabs) of the optical scheme of the autonomous system for determining the coordinates of the BVS (Fig. 2). Then the radiation passes through the PBS polarization beam splitter and the λ / 4 quarter-wave plate, acquiring circular polarization. After that, the radiation propagates towards the BAUB, and is reflected back from the corner reflector Refl.

Проходя через четвертьволновую пластинку во второй раз, излучение становится линейно поляризованным, но с плоскостью поляризации, перпендикулярной исходной, и излучение отражается от поляризационного делителя.Passing through the quarter-wave plate a second time, the radiation becomes linearly polarized, but with a plane of polarization perpendicular to the original, and the radiation is reflected from the polarization divider.

Затем плоскость поляризации поворачивается с помощью полуволновой пластинки λ/4, обеспечивая плавную регулировку отношения величины оптической мощности, отраженной на втором поляризационном светоделителе в сторону быстрого фотодиода APD и прошедшего в сторону медленного фотодиода PD. При этом излучение проходит через диафрагмы D, линзы L с фокусным расстоянием 4 см и интерференционные светофильтры IF с центральной длиной волны 810 нм и шириной спектра пропускания 10 нм FWHM. Оптическая схема смонтирована с помощью 30 мм Cage-системы (Thorlabs), позволяющей обеспечить необходимую жесткость с помощью монтажа на системе стальных направляющих.Then, the plane of polarization is rotated using a half-wavelength λ / 4 plate, providing a smooth adjustment of the ratio of the optical power reflected on the second polarizing beam splitter towards the fast APD photodiode and passed to the slow PD photodiode. In this case, the radiation passes through apertures D, lenses L with a focal length of 4 cm and interference IF filters with a central wavelength of 810 nm and a transmission spectrum width of 10 nm FWHM. The optical circuit is mounted using a 30 mm Cage-system (Thorlabs), which allows to provide the necessary rigidity by mounting on a system of steel rails.

Claims (2)

1. Система автономного лазерного определения координат беспилотного воздушного судна, содержащая наземную навигационную станцию (ННС) и беспилотное воздушное судно (БВС), отличающаяся тем, что ННС содержит: компьютер, время-цифровой преобразователь, устройство управления платформами со встроенным аналого-цифровым преобразователем, шаговые двигатели, механическую поворотную систему, медленный фотодиод со встроенным усилителем, быстрый фотодиод, усилитель, лазерный передатчик, элемент «Не», компаратор; беспилотное воздушное судно содержит блок аварийного управления БВС с уголковым отражателем, при этом указанный компьютер соединен с время-цифровым преобразователем и устройством управления поворотными платформами, которое, через подключенные к нему шаговые двигатели, осуществляет управление механической платформой механической поворотной системы; лазерные импульсы сгенерированные лазерным передатчиком, через оптическую систему подаются на уголковый отражатель и отраженные от него, регистрируются быстрым и медленным фотодиодами, где сигнал с быстрого фотодиода через компаратор, элемент «Не» и время-цифровой преобразователь поступает в упомянутый компьютер; сигнал, поступающий с медленного фотодиода через встроенный АЦП устройства управления поворотными платформами, также поступает в компьютер, при этом указанный компьютер осуществляет управление системой лазерного определения координат. 1. A system of autonomous laser coordinates determination of an unmanned aircraft, comprising a ground navigation station (NNS) and an unmanned aircraft (BVS), characterized in that the NNS contains: a computer, a time-to-digital converter, a platform control device with a built-in analog-to-digital converter, stepper motors, a mechanical rotary system, a slow photodiode with a built-in amplifier, a fast photodiode, an amplifier, a laser transmitter, an element "Not", a comparator; the unmanned aircraft contains an emergency control unit with a corner reflector, the computer being connected to a time-digital converter and a rotary platform control device, which, through the stepper motors connected to it, controls the mechanical platform of the mechanical rotary system; the laser pulses generated by the laser transmitter are fed through the optical system to the corner reflector and reflected from it, recorded by fast and slow photodiodes, where the signal from the fast photodiode through the comparator, the “Not” element and the time-to-digital converter enter the mentioned computer; the signal from the slow photodiode through the built-in ADC of the rotary platform control device also enters the computer, while the specified computer controls the laser coordinate system. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что оптическая система содержит коллиматор, поляризационный светоделитель, четвертьволновую пластинку λ/4, линзу с фокусным расстоянием 4 см и интерференционные светофильтры с центральной длиной волны 810 нм и шириной спектра пропускания 10 нм.2. The system according to claim 1, characterized in that the optical system contains a collimator, a polarizing beam splitter, a quarter-wavelength λ / 4 plate, a lens with a focal length of 4 cm, and interference filters with a central wavelength of 810 nm and a transmission spectrum width of 10 nm.
RU2019144446A 2019-12-27 2019-12-27 Autonomous laser coordinate determining system of uav without use of gps/glonass modules RU2723692C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144446A RU2723692C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Autonomous laser coordinate determining system of uav without use of gps/glonass modules

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144446A RU2723692C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Autonomous laser coordinate determining system of uav without use of gps/glonass modules

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723692C1 true RU2723692C1 (en) 2020-06-17

Family

ID=71096083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144446A RU2723692C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Autonomous laser coordinate determining system of uav without use of gps/glonass modules

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2723692C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113740884A (en) * 2021-09-08 2021-12-03 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 Low-slow small unmanned aerial vehicle target decoy interference effect evaluation method
RU229212U1 (en) * 2024-07-29 2024-09-26 Общество с ограниченной ответственностью "Просвет" Laser positioning device for automatic landing of unmanned aerial vehicles

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5787384A (en) * 1995-11-22 1998-07-28 E-Systems, Inc. Apparatus and method for determining velocity of a platform
EP1999435A1 (en) * 2006-03-29 2008-12-10 AIRBUS FRANCE (Société par Actions Simplifiée) Aircraft guidance system
RU2434202C1 (en) * 2010-07-21 2011-11-20 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") Aircraft complex preparation and navigation system
RU2504797C2 (en) * 2012-03-20 2014-01-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of determining coordinates of aerial objects in passive bistatic radar
RU2564934C1 (en) * 2014-03-11 2015-10-10 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Реагент" (ЗАО "НПЦ "Реагент") Optical system for determination of aircraft coordinates based on monophoton uv-c technology for navigation support for aircraft landing approach

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5787384A (en) * 1995-11-22 1998-07-28 E-Systems, Inc. Apparatus and method for determining velocity of a platform
EP1999435A1 (en) * 2006-03-29 2008-12-10 AIRBUS FRANCE (Société par Actions Simplifiée) Aircraft guidance system
RU2434202C1 (en) * 2010-07-21 2011-11-20 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") Aircraft complex preparation and navigation system
RU2504797C2 (en) * 2012-03-20 2014-01-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of determining coordinates of aerial objects in passive bistatic radar
RU2564934C1 (en) * 2014-03-11 2015-10-10 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Реагент" (ЗАО "НПЦ "Реагент") Optical system for determination of aircraft coordinates based on monophoton uv-c technology for navigation support for aircraft landing approach

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113740884A (en) * 2021-09-08 2021-12-03 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 Low-slow small unmanned aerial vehicle target decoy interference effect evaluation method
RU229212U1 (en) * 2024-07-29 2024-09-26 Общество с ограниченной ответственностью "Просвет" Laser positioning device for automatic landing of unmanned aerial vehicles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10061027B2 (en) Laser navigation system and method
US8823938B2 (en) System, apparatus, and method for tracking atmospheric differential absorption
US7847235B2 (en) Laser obstacle ranging and display
US10649087B2 (en) Object detection system for mobile platforms
US7336345B2 (en) LADAR system with SAL follower
US7379166B2 (en) Combined laser altimeter and ground velocity measurement apparatus and a fiber optic filter edge detector of doppler shifts for use therein
US10659159B2 (en) Combined imaging and laser communication system
CN110199204A (en) Laser radar sensor system with small form factor
EP3025183B1 (en) Four-axis gimbaled airborne sensor
Moll et al. Demonstration of high-rate laser communications from a fast airborne platform
CN108254760B (en) Positioning and navigation method and system based on three quantum satellites
CN111010231B (en) Free space optical communication method and system
US8930049B2 (en) LDV for airdrops
US8588617B2 (en) Optical transceiver assembly with transmission-direction control
KR102209500B1 (en) Lidar apparatus
Sabatini et al. Airborne laser systems testing and analysis
US20210255293A1 (en) Direction and doppler shift in ranging systems and methods
US9841607B2 (en) Method and apparatus for stabilizing a line of sight of a radiant energy system
RU2723692C1 (en) Autonomous laser coordinate determining system of uav without use of gps/glonass modules
KR101814129B1 (en) Optical Apparatus for Lidar System
US5664741A (en) Nutated beamrider guidance using laser designators
CN113820721B (en) Laser radar system with separated receiving and transmitting
CN115258182A (en) Remote auxiliary return landing system for airplane
US10215534B1 (en) Digital light processing guidance system
Artamonov et al. Analytical review of the development of laser location systems