RU2825560C1 - Method of determining rectangular coordinates from slant range to target taking into account true value of its height - Google Patents

Method of determining rectangular coordinates from slant range to target taking into account true value of its height Download PDF

Info

Publication number
RU2825560C1
RU2825560C1 RU2024100117A RU2024100117A RU2825560C1 RU 2825560 C1 RU2825560 C1 RU 2825560C1 RU 2024100117 A RU2024100117 A RU 2024100117A RU 2024100117 A RU2024100117 A RU 2024100117A RU 2825560 C1 RU2825560 C1 RU 2825560C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
rectangular coordinates
height
quadcopter
determining
Prior art date
Application number
RU2024100117A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Александрович Кулишкин
Евгений Александрович Сумилович
Денис Александрович Залозний
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства обороны Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2825560C1 publication Critical patent/RU2825560C1/en

Links

Abstract

FIELD: measuring.
SUBSTANCE: invention relates to determination of rectangular coordinates by slant range to target with allowance for true value of its height using unmanned aerial vehicles (UAV). Essence of the disclosed method consists in the fact that a UAV of a quadcopter type is used, a control pad with a loaded matrix of heights, the altitude of the quadcopter is measured, angle of inclination of the quadcopter camera to the target, calculating the horizontal range to the target, calculating rectangular coordinates of the target from the rectangular coordinates of the operator, determining the quadcopter operator's elevation above the target and calculating the slant range to the target, specifying the target rectangular coordinates, specifying the target height, and continuing calculations until the difference in the target rectangular coordinates does not exceed ten metres.
EFFECT: high accuracy of determining rectangular coordinates of a target from a slant range taking into account the true height of the target.
1 cl, 4 dwg

Description

В настоящее время существует несколько способов определения координат цели с использованием беспилотных летательных аппаратов квадракоптерного типа (БпЛА КвТ).Currently, there are several methods for determining target coordinates using quadcopter-type unmanned aerial vehicles (QUAVs).

Самый простой способ - сравнение изображения с камеры БпЛА КвТ с программой AlpinQuest с последующим снятием координат с этой программы. Ошибка в определении координат может достигать до 200 метров и более в зависимости от контуристости местности.The simplest way is to compare the image from the UAV KVT camera with the AlpinQuest program and then take the coordinates from this program. The error in determining the coordinates can reach up to 200 meters or more, depending on the contours of the terrain.

Другой способ использует программу «ZeVs БпЛА». Это фоновое приложение, работающее поверх программы для пилотирования, позволяющее определять координаты цели за счет алгоритма расчета с использованием следующих данных: координаты точки взлета и высота полета БпЛА КвТ, угла наклона камеры и дирекционного угла на цель. Ошибка в определении координат этого способа будет зависеть от высоты полета и правильности ввода угла наклона камеры и может достигать 150 метров.Another method uses the program "ZeVs UAV". This is a background application running on top of the piloting program, allowing you to determine the coordinates of the target due to the calculation algorithm using the following data: the coordinates of the takeoff point and the flight altitude of the UAV KVT, the angle of the camera and the directional angle to the target. The error in determining the coordinates of this method will depend on the flight altitude and the correctness of the input of the angle of the camera and can reach 150 meters.

Известен способ определения координат с использованием программы «Глаз/Гроза». Этот способ представляет собой алгоритм расчета с использованием данных: координат точки взлета и высоты полета БпЛА КвТ, угла наклона камеры и дирекционного угла на цель, но в отличие от «ZeVs БпЛА» эти данные определяются автоматически. А полет и линия визирования отображаются на планшете, что позволяет более точно снять координаты цели. Ошибка может достигать от 10 до 100 метров.A method for determining coordinates using the Glaz/Groza program is known. This method is a calculation algorithm using the following data: coordinates of the takeoff point and the flight altitude of the KVT UAV, the camera tilt angle and the directional angle to the target, but unlike the ZeVs UAV, these data are determined automatically. And the flight and line of sight are displayed on the tablet, which allows for more accurate target coordinates. The error can reach from 10 to 100 meters.

Дальность до цели определяют по формуле (1).The range to the target is determined using formula (1).

где Дr - горизонтальная дальность до цели;where D r is the horizontal range to the target;

Hквадр - высота полета БпЛА КвТ;H quadr - UAV flight altitude KvT;

γ - угол наклона камеры, направленной на цель.γ is the angle of inclination of the camera directed at the target.

Зная прямоугольные координаты оператора, дирекционный угол и горизонтальную дальность до цели, прямоугольные координаты цели находятся по формулам (2 и 3).Knowing the rectangular coordinates of the operator, the directional angle and the horizontal range to the target, the rectangular coordinates of the target are found using formulas (2 and 3).

где X ц , Y ц - прямоугольные координаты цели;where X c , Y c are the rectangular coordinates of the target;

Xопер, Yопер - прямоугольные координаты оператора;X op , Y op - rectangular coordinates of the operator;

α - дирекционный угол на цель.α - direction angle to the target.

Основным недостатком этого способа является то, что не учитывается превышение цели над высотой (позицией) оператора БпЛА КвТ. При разности высот 200 метров ошибка в определении горизонтальной дальности, а следовательно, и ошибка в определении прямоугольных координат, может составлять 250...300 метров.The main disadvantage of this method is that it does not take into account the target's excess over the height (position) of the UAV KVT operator. With a height difference of 200 meters, the error in determining the horizontal range, and therefore the error in determining the rectangular coordinates, can be 250...300 meters.

Для устранения данной ошибки предлагается использовать способ определения прямоугольных координат по наклонной дальности до цели за счет последовательного приближения высоты цели к истинному значению.To eliminate this error, it is proposed to use a method for determining rectangular coordinates based on the slant range to the target by successively approaching the target height to the true value.

Заявляемое изобретение «Способ определения прямоугольных координат по наклонной дальности до цели при учете истинного значения ее высоты» решает выше перечисленные проблемы.The claimed invention “Method for determining rectangular coordinates based on the slant range to a target while taking into account the true value of its height” solves the above-mentioned problems.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами (см. фиг. 2-4) и заключается в том, что зная прямоугольные координаты оператора (Хопер, Yопер), дирекционный угол (α) и горизонтальную дальность до цели (Дг), определяют прямоугольные координаты цели, а по ним, используя матрицу высот с расширением .htg, определяют высоту цели (Нц). Затем определяют наклонную дальность до цели (Дн), используя для этого высоту полета БпЛА КвТ (Нквадр), угол наклона камеры на цель и превышение оператора БпЛА КвТ над целью (ΔН карта), уточняют прямоугольные координаты цели, далее, используя матрицу высот с расширением .htg, уточняют высоту цели (Нцi). Расчеты продолжаются, пока разность прямоугольных координат цели ΔХ=ΔХц i+1-ΔХц i и ΔY=ΔYц i+1-ΔYц i не будет превышать 10 метров.The essence of the claimed invention is explained by the drawings (see Fig. 2-4) and consists in the fact that knowing the rectangular coordinates of the operator (X op , Y op ), the directional angle (α) and the horizontal range to the target (D g ), the rectangular coordinates of the target are determined, and from them, using the height matrix with the expansion .htg, determine the target height (H c ). Then determine the slant range to the target (D n ), using for this the flight altitude of the UAV KvT (H quadr ), the angle of inclination of the camera to the target and the excess of the UAV KvT operator over the target (ΔH map), specify the rectangular coordinates of the target, then, using the height matrix with the extension .htg, specify the target height (H ts i ). Calculations continue until the difference in the rectangular coordinates of the target ΔХ=ΔХ ts i+1 -ΔХ ts i and ΔY=ΔY ts i+1 -ΔY ts i does not exceed 10 meters.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

Фиг.1: показаны исходные данные для определения прямоугольных координат по дальности горизонтальной (Дr), высота полета квадрокоптера (Нопер), угол наклона камеры, направленной на цель - γ.Fig. 1: shows the initial data for determining rectangular coordinates by horizontal range (D r ), the flight altitude of the quadcopter (H op ), the angle of inclination of the camera directed at the target - γ.

Фиг.2: показаны исходные данные для определения наклонной дальности (Дн), а по ним - прямоугольных координат цели.Fig. 2: shows the initial data for determining the slant range (D n ), and from them - the rectangular coordinates of the target.

Фиг.3: показан порядок определения прямоугольных координат цели по наклонной дальности при определении абсолютной высоты через матрицу высот с расширением .htg.Fig. 3: shows the procedure for determining the rectangular coordinates of a target by slant range when determining the absolute altitude through a height matrix with expansion .htg.

Фиг.4: показан порядок определения разности высот оператора и точки F при определении прямоугольных координат цели через наклонную дальность при учете истинного значения ее высоты.Fig. 4: shows the procedure for determining the difference in height between the operator and point F when determining the rectangular coordinates of the target through the slant range, taking into account the true value of its height.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Для осуществления изобретения необходимо:To implement the invention it is necessary:

1. Через матрицу высот *.htg, поддерживающую все мобильные приложения, определить абсолютную высоту точки, соответствующей рассчитанным прямоугольным координатам Xц и Yц. Далее, как показано на фиг. 4, находим разницу между абсолютной высотой точки и абсолютной высотой оператора БпЛА КвТ по формуле (4).1. Using the height matrix *.htg, which supports all mobile applications, determine the absolute height of the point corresponding to the calculated rectangular coordinates X ц and Y ц . Next, as shown in Fig. 4, we find the difference between the absolute height of the point and the absolute height of the UAV operator KVT using formula (4).

где ΔНi карта - разница высот i-ой точки;where Δ H i map is the difference in heights of the i-th point;

H1 - абсолютная высота точки, соответствующей рассчитанным прямоугольным координатам X и Y;H 1 - absolute height of the point corresponding to the calculated rectangular coordinates X and Y;

Нo - абсолютная высота оператора БпЛА КвТ;H o - absolute altitude of the UAV operator;

2. Решая треугольник АDС (фиг. 3), угол ψ по формуле (5).2. Solving triangle ADC (Fig. 3), angle ψ according to formula (5).

3. Зная, что угол ВАС прямой - находим угол β по формуле (6).3. Knowing that angle BAC is right, we find angle β using formula (6).

4. Исходя из теоремы, сумма углов в треугольнике равна 180°, находим угол ξ, (рисунок 6) по формуле (7).4. Based on the theorem, the sum of the angles in a triangle is 180°, we find the angle ξ (Figure 6) using formula (7).

5. Решая треугольник АВЕ (фиг. 2) по теореме синусов, находим наклонную дальность до цели по формуле (8).5. Solving triangle ABE (Fig. 2) using the law of sines, we find the slant range to the target using formula (8).

где Дн - наклонная дальность до цели;where D n is the slant range to the target;

6. Находим прямоугольные координаты точки Е по формулам (9 и 10).6. Find the rectangular coordinates of point E using formulas (9 and 10).

Далее опять через матрицу высот *.htg определяют абсолютную высоту точки, соответствующей рассчитанным прямоугольным координатам (фиг. 4).Next, again through the height matrix *.htg, the absolute height of the point corresponding to the calculated rectangular coordinates is determined (Fig. 4).

После находим разницу между абсолютной высотой точки и абсолютной высотой оператора БпЛА КвТ по формуле (11).Then we find the difference between the absolute altitude of the point and the absolute altitude of the UAV operator using formula (11).

где ΔHi карта - разница высот i-ой точки,where Δ H i map is the difference in heights of the i-th point,

Н2 - абсолютная высота точки, соответствующей рассчитанным прямоугольным координатам ,H 2 - absolute height of the point corresponding to the calculated rectangular coordinates ,

Но - абсолютная высота оператора БпЛА КвТ.H o - absolute altitude of the UAV operator KvT.

Далее решаем треугольник АFG так же, как в пункте 2. Находим наклонную дальность из треугольника АВF так же, как в пунктах 3, 4 и 5. Определяем прямоугольные координаты точки F так же, как в пункте 6.Next, we solve triangle AFG in the same way as in point 2. We find the slant range from triangle ABF in the same way as in points 3, 4 and 5. We determine the rectangular coordinates of point F in the same way as in point 6.

Данный алгоритм продолжается до момента, пока разница между не будет превышать 10 метров.This algorithm continues until the difference between will not exceed 10 meters.

Внедрение данного способа в алгоритмы программного обеспечения «Глаз/Гроза» БпЛА КвТ позволяет значительно повысить точность определения координат цели.The implementation of this method into the algorithms of the Glaz/Groza software of the KVT UAV allows for a significant increase in the accuracy of determining target coordinates.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении точности определения прямоугольных координат цели по наклонной дальности с учетом истинного значения высоты цели.The technical result achieved by the claimed invention consists in increasing the accuracy of determining the rectangular coordinates of a target by slant range, taking into account the true value of the target's height.

Claims (1)

Способ определения прямоугольных координат по наклонной дальности до цели при учёте истинного значения её высоты, заключающийся в том, что используют беспилотный летательный аппарат квадрокоптерного типа, планшет для управления с загруженной матрицей высот с расширением *.htg, измеряют высоту подъёма квадрокоптера (Нквадр), угол наклона камеры квадрокоптера на цель (γ), рассчитывают горизонтальную дальность (Дг) до цели, по прямоугольным координатам оператора (Хопер, Yопер) рассчитывают прямоугольные координаты цели (Хц i, Yц i), определяют превышение оператора квадрокоптера над целью (ΔНкарта i) и рассчитывают наклонную дальность до цели (Дн), уточняют прямоугольные координаты цели (Хц i+1, Yц i+1), уточняют высоту цели (Нц i+1), расчёты продолжают, пока разность прямоугольных координат цели ΔХ=ΔХц i+1 - ΔХц i и ΔY=ΔYц i+1-ΔYц i не будет превышать десяти метров.A method for determining rectangular coordinates based on the slant range to a target taking into account the true value of its altitude, which consists in using a quadcopter-type unmanned aerial vehicle, a control tablet with a loaded height matrix with the *.htg extension, measuring the altitude of the quadcopter (H quadr ), the angle of inclination of the quadcopter camera to the target (γ), calculating the horizontal range (D g ) to the target, calculating the rectangular coordinates of the target (X ts i , Y ts i ) based on the rectangular coordinates of the operator (X op , Y op ), determining the excess of the quadcopter operator over the target (ΔH map i ) and calculating the slant range to the target (D n ), specifying the rectangular coordinates of the target (X ts i+1 , Y ts i+1 ), specifying the height of the target (H ts i+1 ), continuing the calculations until the difference in the rectangular coordinates of the target ΔX=ΔX ц i+1 - ΔХ ц i and ΔY=ΔY ц i+1 -ΔY ц i will not exceed ten meters.
RU2024100117A 2024-01-09 Method of determining rectangular coordinates from slant range to target taking into account true value of its height RU2825560C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2825560C1 true RU2825560C1 (en) 2024-08-27

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7957225B2 (en) * 2007-12-21 2011-06-07 Textron Systems Corporation Alerting system for a facility
RU2550811C1 (en) * 2014-04-15 2015-05-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method and device for object coordinates determination
RU2633305C1 (en) * 2016-04-18 2017-10-11 Элдар Али Оглы Разроев Method for determining and relaying coordinates
RU2681836C1 (en) * 2018-02-13 2019-03-13 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Method for determining spatial coordinates and angular position of a remote object
RU2020137623A (en) * 2020-11-16 2022-05-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации METHOD FOR DETERMINING COORDINATES OF GROUND OBJECTS USING UNMANNED AERIAL VEHICLES

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7957225B2 (en) * 2007-12-21 2011-06-07 Textron Systems Corporation Alerting system for a facility
RU2550811C1 (en) * 2014-04-15 2015-05-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method and device for object coordinates determination
RU2633305C1 (en) * 2016-04-18 2017-10-11 Элдар Али Оглы Разроев Method for determining and relaying coordinates
RU2681836C1 (en) * 2018-02-13 2019-03-13 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Method for determining spatial coordinates and angular position of a remote object
RU2020137623A (en) * 2020-11-16 2022-05-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации METHOD FOR DETERMINING COORDINATES OF GROUND OBJECTS USING UNMANNED AERIAL VEHICLES

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2768997C1 (en) Method, device and equipment for recognition of obstacles or ground and flight control, and data carrier
US6157876A (en) Method and apparatus for navigating an aircraft from an image of the runway
US9639960B1 (en) Systems and methods for UAV property assessment, data capture and reporting
US20180203467A1 (en) Method and device of determining position of target, tracking device and tracking system
US20200159252A1 (en) Navigating unmanned aircraft using pitch
CN110222612B (en) Dynamic target identification and tracking method for autonomous landing of unmanned aerial vehicle
CN109341666B (en) Unmanned aerial vehicle aerial photography crosswind-resistant course determining method
Bas et al. An easy to install camera calibration for traffic monitoring
US11346666B2 (en) System and method for measuring a displacement of a mobile platform
WO2021212477A1 (en) Point cloud data correction method, and related device
CN112862890B (en) Road gradient prediction method, device and storage medium
CN110779512B (en) Flight test route planning method for accuracy identification of measurement and control equipment
KR102329858B1 (en) Location measuring method of mobile device, location measuring device and electronic device
RU2825560C1 (en) Method of determining rectangular coordinates from slant range to target taking into account true value of its height
RU2556286C1 (en) Measurement of aircraft heading
US9885569B2 (en) Passive altimeter
Pan et al. A remote deflection detection method for long-span bridges using adaptive mask and high-resolution camera
CN118034349A (en) Variable-altitude course calculation method based on three-dimensional scene under man-machine load
RU2513900C1 (en) Method and device to determine object coordinates
CN109146936B (en) Image matching method, device, positioning method and system
KR101722993B1 (en) Electro optical tracking system
CN116777966A (en) Method for calculating course angle of vehicle in farmland pavement environment
TWI805141B (en) Positioning method and device for unmanned aerial vehicles
CN106354149B (en) Unmanned aerial vehicle flight control method and device
RU2684710C1 (en) Aircraft ins errors correction system by the area road map