МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ПРИЦЕЛИВАНИЯ

Многоканальное устройство обнаружения малогабаритных беспилотных летательных аппаратов и прицеливания
Полезная модель относится к области обнаружения, распознавания малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА) и прицеливания по ним и может быть использована в военной технике.
Известны различные методы и технические решения для обнаружения летательных аппаратов с использованием способа кругового обзора матричным фотоприемным устройством и устройство для его осуществления (патент РФ №2445644), оптическим локатором кругового обзора (патент РФ №2352957) [1, 2]. Недостатками являются сложность конструкции, большие размеры, большая мощность двигателя для вращения камеры (кругового обзора) и соответственно ошибки в снятии результата.
Способ визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы (патент РФ №2489732). Недостатками являются активный метод обнаружения и минимальные турбулентные потоки из-за малых размеров и использования электро-двигателей МБЛА [3].
Способ обнаружения объектов (патент РФ №2331084) заключается в селекции объекта на удаленном фоне, заключающийся в приеме и формировании двух изображений в двух пространственно разнесенных точках, а также одновременной регистрации сформированных цифровых изображений, отличающийся тем, что опорное и сравниваемое цифровые изображения регистрируют одномоментно для каждого фрагмента (пикселя) изображений двумя идентичными видеосистемами на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников, например CMOS-матриц с объективами, которые предварительно фиксируют на небольшом, по сравнению с удалением от предполагаемого места появления объекта, расстоянии между собой параллельно друг другу в направлении на контролируемое пространство, а анализ изображений проводят при помощи определения величин смещения Δ характерных фрагментов сравниваемого изображения с аналогичными фрагментами опорного при максимально возможном их совпадении в направлении параллактического смещения и последующего выявления селектируемого и фоновых объектов из полученных смещений Δ и т.д. [4].
Известный способ имеет следующие недостатки: ограниченные функциональные возможности, связанные с невозможностью обнаружения МБЛА на 360° по горизонтали и на 180° по вертикали; ограниченную применимость видимым диапазоном работы видеокамер; невозможность использования в движении и создания достоверного трехмерного объемного изображения МБЛА и определения его дальнейшего направления движения.
Задачей, стоящей перед настоящим устройством, является обнаружение МБЛА на 360° по горизонтали и на 180° по вертикали, параллельной работе в оптическом, звуковом и радиолокационном диапазоне электромагнитных волн, возможности размещения на подвижных объектах и создания достоверного трехмерного объемного изображения МБЛА и определения его дальнейшего направления движения для прицеливания.
1
2
2
2
2
2
1
1
2
1
1
2
1
2
Устройство пеленгации и определения координат беспилотных летательных аппаратов (патент РФ №126846 прототип) состоящее из нескольких камер кругового обзора работающих в оптическом диапазоне электромагнитных волн днем и ночью, блока для определения направления на БЛА, блока управления подвижной головкой состоящей из излучателя и приемника излучения, при этом блок управления осуществляет наведение излучателя подвижной головки на БЛА для измерения дальности до него, отличающееся тем, что появление БЛА фиксируется автоматически как помеха, возникающая на кадре видеопоследовательности относительно предыдущего и используя эталонные координаты устройства пеленгации (X1, У1, Z1), горизонтальный угол α вертикальный угол α (измеренные на ориентированном в пространстве мониторе) с помощью применения сверхчувствительных электродвигателей направляют подвижную головку, которая используя лазерное излучение измеряет дальность до БЛА D, определяя точное местоположение БЛА в пространстве (Х, У, Z). и рассчитываются на ЭВМ по формулам: Х=Χ+Δx (ΔΧ=Dcos(α)); У=У+ΔУ(ΔΥ=Dsin(α)); Ζ=Ζ+ΔΖ(ΔΖ=Dsin(α)), при этом автоматизированная система обработки информации определяет направление движения БЛА и отображает ее на мониторе ЭВМ [5].
Известное устройство имеет основной недостаток, такой как использования лазерного устройства обнаружения, что является активным демаскирующим средством и не может использоваться в большинстве случаях ведения разведки.
1
2
3
МБЛА
Многоканальное устройство обнаружения МБЛА и прицеливания работает следующим образом: три пространственноразнесенные точки на гиростабилизирующихся платформах 1, жестко связанных между собой рабочими базами 2, состоящими из каналов связи между датчиками 3,4 и 5 и ЭВМ 6 расстояния между которыми вводятся в ЭВМ, что позволяет разместить в любых удобных местах, как на подвижном объекте, так и стационарном (фиг.1). На каждой базе размещено по три датчика: датчик 3 (камеры кругового обзора), работающий в оптическом диапазоне, датчик 4, работающий в акустическом диапазоне и датчик 5, работающий в настраиваемых радиолокационных диапазонах электромагнитных волн. Управление работой и обработкой полученной информации осуществляется ЭВМ 6 с элементами искусственного интеллекта, который сам выбирает наиболее эффективные датчики для более точного обнаружения и определения пространственных координат МБЛА в различных условиях. Одновременная регистрация кадров видеопоследовательности и определения геометрических и цветовых изменений сформированных изображений [6], согласно изобретению контрольное (наиболее ярко-выраженное) и сравниваемое цифровые изображения регистрируют одновременно для каждого фрагмента изображений тремя идентичными видеосистемами (датчиками) 3 на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников 7 (фиг. 2). Анализ изображений проводится на ЭВМ 6 и определяются величины смещения Р, Р, Р (фиг. 3) характерных фрагментов 8 сравниваемого изображения с аналогичными фрагментами контрольного при максимально возможном их совпадении в направлении параллактического смещения 9. Сущность измерения расстояния до МБЛА заключается в суммарном определении линейного параллакса, которое рассчитывается между двумя датчиками 1-2 (2-3, 1-3 или 1-i), одновременно по трем и базам (фиг. 2) по формуле Д=Б/tgε (стереоскопический базовый метод измерения дальности) [7].
1
МБЛА
МБЛА
МБЛА
МБЛА
1
2
1-2
2
3
4
МБЛА
МБЛА
1
2
1
2
Дальность Д до МБЛА определяется по величине параллактического угла ε определяемой суммой ε=ε +ε =P/f+P/f и по величине базы между датчиками Б, (фиг. 2). Соответственно также определяются расстояния до других точек МБЛА (Д, Д, Д), что позволяет с помощью ЭВМ 6 построить объемное 3D изображение и сравнить с известными МБЛА с целью их распознавания. Используя определенные координаты датчиков 3 и углы направления ε , ε , ЭВМ 6 рассчитывает пространственные координаты МБЛА в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Определяя постоянно пространственные координаты, ЭВМ 6 определяет скорость и направление движения, что позволяет производить сопровождение МБЛА.
1
1
1
МБЛА
МБЛА
МБЛА
1
МБЛА
МБЛА
1
МБЛА
МБЛА
МБЛА
Информация с гиростабилизирующих платформ с определенными координатами (например, Х, У, Z) поступает на ЭВМ 6, где полученные данные о расстояниях между точками в пространстве и МБЛА, равного Д, горизонтальный угол α и вертикальный угол ε (угол места цели) с точки на МБЛА (фиг. 4) используются для определения пространственных координат МБЛА по формулам Х=X+ΔΧ=Х1+Дcos(α); У=У+ΔУ=У1+Дsin(α); Ζ=Ζ1+ΔΖ=Ζ1+Дsin(ε).
Для наиболее достоверного обнаружения МБЛА в условиях плохой видимости, когда оптический канал по выбору ЭВМ 6 не эффективно использовать (густой туман, полная темнота и т.д.), в процессе обнаружения используется звуковой и радиолокационный каналы. Датчики 4 и 5 размещены совместно на гиростабилизирующих платформах 1 и параллельно фиксируют появления объекта, и также с помощью ЭВМ 6 определяют пространственные координаты МБЛА в звуковом и радиолокационном диапазонах электромагнитных волн.
На основе постоянной корректировки местоположения МБЛА на мониторе оператору вырисовывается направление его движения для прицеливания средства борьбы с МБЛА.
Причинно-следственная связь между прототипом (RU 126846) и предложенным устройством заключается в том, что в обоих устройствах, используются камеры кругового обзора для обнаружения МБЛА и программные продукты определения расстояний до МБЛА и их пространственных координат, а разница заключается в использование у разработанного устройства пассивного метода определения расстояния и соответственно пространственных координат с использованием различных датчиков работающих в различных диапазонах электромагнитных волн.
Таким образом, многоканальное устройство обнаружения МБЛА и прицеливания используя пассивные датчики наблюдения наиболее эффективно использовать по сравнению с существующими аналогами.
Источники информации
1. Броун Φ.М., Волков Р.И., Филатов М.И., Хазов A.M. Способ кругового обзора матричным фотоприемным устройством и устройство для его осуществления. - ФИПС. Патент на изобретение №2445644, 20.03.2012 г.
2. Архипов В.Г., Чжан Ю.В. Оптический локатор кругового обзора. - ФИПС. Патент на изобретение №2352957, 20.04.2009 г.
3. Попсуй С.П., Таурин В.Э., Швецов И.В., Швецова С.А. Способ визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы. - ФИПС. Патент на изобретение №2489732, 10.08.2013 г.
4. Подгорнов В.А. Способ обнаружения объектов. - ФИПС. Патент на изобретение №2331084, 10.08.2008 г.
5. Шишков С. В. Устройство пеленгации и определения координат беспилотных летательных аппаратов. /Шишков С.В./. Патент на полезную модель №126846, 10.04.13. Федеральный институт промышленной собственности.
6. Шишков С.В. Программа определения геометрических изменений на кадрах видеопоследовательности для обнаружения ДПЛА. / Музаи К., Устинов Е.М., Пархоменко А.В., Чернов Е.М., Щербаков А.С/. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013611694, 31.01.13. Федеральный институт промышленной собственности.
7. Пархоменко А.В. Артиллерийская разведка. В 2 ч. Ч. I. Приборы артиллерийской разведки. - Пенза: ПАИИ, 2010. - 422 с: ил.