Логотип Автор24реферат
Задать вопрос
Реферат на тему: Методы обзора и типы сенсоров. Система улучшенного видения. Сенсор обнаружения препятствий.
60%
Уникальность
Аа
32962 символов
Категория
Авиационная и ракетно-космическая техника
Реферат

Методы обзора и типы сенсоров. Система улучшенного видения. Сенсор обнаружения препятствий.

Методы обзора и типы сенсоров. Система улучшенного видения. Сенсор обнаружения препятствий. .doc

Зарегистрируйся в два клика и получи неограниченный доступ к материалам,а также промокод Эмоджи на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.

Введение

Безопасное пилотирование ЛА, заход на посадку и выполнение посадки на малооборудованные аэродромы, на необорудованные посадочные площадки, в условиях ограниченного пространства (горы, ущелья, лесные просеки, городские поселения, зоны с промышленными объектами), в сложных метеоусловиях и в условиях ограниченной видимости (высокой запылённости, тумана, сильного снегопада и т.д.) и низкой освещённости являются одной из главных проблем, стоящих перед проектировщиками бортового оборудования ЛА.
Плохие условия видимости являются одной из основных причин авиационных происшествий и катастроф при выполнении маловысотного полёта и взлётно-посадочных операций. Основными препятствиями, представляющими наибольшую опасность при полёте вертолёта на малой высоте, являются:
провода и опоры линий электропередач (ЛЭП);
высокие дымовые трубы, мачты, башни и отдельно стоящие деревья.
Эти препятствия плохо обнаруживаются при визуальном наблюдении в ночных условиях и в условиях недостаточной видимости (дождь, туман, задымлённость и сильная запылённость).
Провисший между опорами ЛЭП, расположенными друг от друга на расстоянии до 40-60 метров, небольшой в диаметре металлический провод теряется на малоконтрастном фоне заснеженной поверхности, или на фоне сверкающей под лучами солнца водной глади, или скрывается в облаках или густом тумане. На способность пилота разглядеть опасное препятствие влияют большие физические нагрузки, стресс и усталость, загрязнённость лобовых стекол, блики подсветки и другие факторы. Физические способности человеческого глаза не гарантируют своевременное обнаружение проводов и других препятствий, таких, как деревья, столбы, мачты ветряных электростанций и т.д. По роду своей деятельности вертолёты значительную часть полётного времени проводят вблизи земной или водной поверхности, в том числе, в условиях города.
Одно из самых резонансных лётных происшествий в России — катастрофа вертолёта Ми-8, на котором летел губернатор Красноярского края Александр Иванович Лебедь. Это произошло 28 апреля 2002 года в районе озера Ойское Буйбинского перевала Красноярского края, в 50 км от посёлка Абакан. Перед происшествием полёт проходил с огибанием рельефа местности и снижением высоты полёта до 50 метров. В связи с ухудшением погодных условий и затруднённой визуальной ориентировкой, вертолёт столкнулся с проводами грозозащиты ЛЭП, висящими на высоте 35 метров. Расследование причин катастрофы выявило многочисленные нарушения, допущенные как при подготовке, так и при выполнении полёта: отсутствовал точный маршрут полёта и прогноз погоды по маршруту, соответственно, на полётную карту маршрут нанесен не был, искусственные препятствия на карту нанесены не были, погодные условия не соответствовали требованиям полёта по правилам визуального полёта (ПВП), не полностью был выполнен штурманский расчёт и т.д. В этом же году 17 сентября в подмосковном Ногинске вертолёт Ка-26, пилотируемый заслуженным лётчиком-испытателем Владимиром Александровичем Лавровым, зацепил хвостом телевизионный кабель (металлический трос.), перекинутый с одного дома на другой. Вертолёт упал в нескольких десятках метров от домов, не долетев всего 150 метров до предполагаемого места приземления. От удара топливо в баках загорелось, и произошёл взрыв. В значительной мере происшествие было спровоцировано неправильным выбором места посадки—в центре населенного пункта, перегруженного различными препятствиями.
Из вышеизложенной следует высокой актуальности разработки и применения систем, позволяющих визуализировать препятствия и предупреждать экипаж о приближении к ним.

1 Методы обзора и типы сенсоров
В настоящее время применяют несколько устройств и систем обзора закабинного пространства:
сенсоры, установленные на ЛА;
внешние сенсоры;
радионавигационные системы;
ранее записанный обзор пространства.
1.1 Обзор с помощью сенсоров ЛА
Сенсоры ЛА—это автономные технические системы, которые предназначены для получения изображения объектов в окружающем пространстве. Такие сенсоры расширяют возможности видимости за счет более высокой чувствительности и способности регистрировать электромагнитные излучения за пределами диапазона видимого света. Такие сенсоры можно разделить их функции:
обзорные сенсоры (визуализируют картинку в реальном времени);
сенсоры поиска и слежения (осуществляют поиск цели по ее излучению, сопровождение цели. Как пример применения, ЛА с тепловой головкой наведения и применением метода «погони»);
радиометры (измеряют энергию излучения в узком диапазоне длин волн. Как правило, используются для метеорологических наблюдений).
Также все сенсоры делятся на два типа:
активные (визуализируют пространство путем зондирования его сигналами определённой длины волны. К таким сенсорам относятся приборы ночного видения и радиолокационная станция);
пассивные (регистрируют электромагнитные излучения из окружающей среды только определенного диапазона).
С точки зрения способа создания двумерного изображения сенсоры разделяются на сканирующие и матричные.
Сканирующий сенсор имеет единственный чувствительный элемент, причём поле зрения ЧЭ уже, чем требуется. Тогда для создания полного изображения применяют механическое сканирование ЧЭ по азимуту и по углу места. Результирующее изображение складывается из изображений (в предельном случае – пикселей), каждое из которых соответствует мгновенному полю зрения в соответствующем направлении обзора [1, с. 114].
Если несколько ЧЭ собрано в линейку, то достаточно сканирования этой линейкой в одном направлении - либо по азимуту, либо по углу места [1, с. 114].
Сканирование не обязательно производится путем поворота самого ЧЭ: он может быть неподвижным, а изображение с данного направления пространства фокусируется на нем с помощью поворачивающихся зеркал, призм и т.п. [1, с. 114].
Достоинствами сканирующих сенсоров является малая апертура ЧЭ, минимальное количество электроники, равномерность качества изображения (отсутствует структурный шум, неизбежный в массивах чувствительных элементов из-за разброса их характеристик) и простота формирования выходного сигнала, так как развертка телевизионного сигнала производится одновременно с механическим сканированием сцены. Недостатками является необходимость обеспечить высокие скорость сканирования и скорость передачи выходного сигнала [1, с. 114, 115].
Матричный сенсор использует матрицу ЧЭ, имеющих узкое мгновенное поле зрения, каждый из которых создаёт один пиксель изображения. Сканирование в этом случае не требуется [1, с. 115].
Достоинствами матричных сенсоров являются отсутствие оптико-механической части, обеспечивающей сканирование, и гораздо меньшие требования по пропускной способности выходного интерфейса, так как сигналы в схему обработки можно передавать от ЧЭ параллельно по низкоскоростным интерфейсам [1, с. 115].
1.2 Сенсоры внешнего обзора
Образ внешней обстановки воздушного пространства могут формировать самостоятельно сенсоры ЛА. Однако эту задачу можно также решить, используя внешние сенсоры. В качестве примера внешних сенсоров возьмем наземный радиолокатор, схема работы которого представлена на рис. 1.1. Картинка окружающего пространства передается в реальном или близком к нему масштабе времени по радиоканалам передачи данных. Изображение поступает на борт ЛА, принимается радиоприёмником или модемом, и индицируется для экипажа на экране индикатора. В основном, таким путём передаются карты погоды и другая метеорологическая информация.

Рисунок 1.1 Структурная схема работы РЛС
1.3 Радионавигационные системы обзора
Если установить на интересующие объекты радиомаяки, то их местонахождение в пространстве можно контролировать с помощью радионавигационных систем. К этому типу обзорных систем относится система предупреждения столкновений, которая следит за окружающими воздушными судами по излучению их радиолокационных ответчиков. Также к этому типу можно отнести приёмник информации автоматического зависимого наблюдения АЗН-В (рис. 1.2), который строит картину воздушного движения по собственным сообщениям других ЛА об их местоположении и других навигационных параметрах [1 с. 115].

Рисунок 1.2 Схема функционирования АЗН-В
1.4 Записанные образы пространства
Обзор с помощью записанного образа окружающего пространства применяется в тех случаях, когда пространство практически является константой

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

. К таким случаям относится рельеф земной поверхности. Тогда можно заранее записать и сохранить информацию на носители, а в случае необходимости воспроизвести нужный образ и настроить его ракурс. К этому классу систем относится система раннего предупреждения приближения земли. Электронные картографические индикаторы также можно отнести к этому классу.
2 Система улучшенного видения
Система улучшенного видения позволяет пилоту безопасно пилотировать ЛА, заходить на посадку и выполнять посадку на малооборудованные аэродромы, на необорудованные посадочные площадки, в условиях ограниченного пространства (горы, ущелья, лесные просеки, городские поселения, зоны с промышленными объектами), в сложных метеоусловиях и в условиях ограниченной видимости (высокой запылённости, тумана, сильного снегопада и т.д.) и низкой освещённости.
СУВ воспринимает электромагнитное излучение в поле своего зрения и формирует изображение на экране электронного индикатора (рис.2.1). В качестве такого индикатора может использоваться индикатор на лобовом стекле, нашлемный индикатор или один из индикаторов, установленных на приборной доске в кабине экипажа.

Рис.2.1 Видимость ВПП при ночной посадке (CMC Electronics): слева – вид через лобовое стекло, справа - та же сцена от СУВ.

СУВ широко распространены на гражданских ЛА. На боевых ЛА, как правило, из оборудования используют инфракрасные системы переднего обзора, очки ночного видения, поэтому в СУВ нет необходимости.
2.1 Основной принцип работы СУВ
По функциональным характеристикам системы улучшенного видения разделяются на три типовых класса: системы улучшенной визуализации, системы синтезированного видения и системы автоматизированного видения.
1. Системы улучшенной визуализации (Enhanced Vision System, EVS) формируют улучшенное изображение внешней среды по изображениям с телевизионного и тепловизионного канала и отображают его на индикаторе на лобовом стекле (ИЛС) или многофункциональном индикаторе-дисплее (МФИ). На улучшенном изображении пилот может визуально идентифицировать объекты окружающего ландшафта и ВПП, которые в условиях ограниченной видимости невидны невооруженным глазом.
2. Системы синтезированного видения (Synthetic Vision System, SVS) помимо улучшенных изображений внешней среды визуализируют данные о рельефе. Благодаря этому летчик лучше информирован об окружающих физических ограничениях, что позволят ему с большей эффективностью действовать в случае внезапной необходимости отклониться от заданной траектории. Для информационного обеспечения систем SVS используются базы данных рельефа местности вдоль маршрутов полета, базы данных аэропортов и объектов ВПП. Часто реализуется т. н. режим визуализации "коридор в небе", указывающий летчику диапазон возможных положений самолета при движении по заданной траектории полета.
3. Системы автоматизированного видения (Automated Vision System, AVS) в дополнение к функциям улучшенного видения автоматизируют обнаружение ВПП и других объектов интереса при заходе на посадку и посадке, а также обнаружение потенциально опасных препятствий при рулежке самолета на ВПП.
2.2 Функциональное описание СУВ
Система улучшенного видения (EVS) это аппаратно-программная система, которая формирует и выводит на систему индикации визуально улучшенное изображение закабинного пространства по информации от оптико-электронного датчика. В состав базового бортового оборудования EVS входят:
оптикоэлектронный датчик инфракрасного (ИК) диапазона (3-5 мкм или 8-14 мкм);
«прозрачные» в ИК диапазоне обтекатели с защитой от обледенения;
каналы передачи видеоинформации;
бортовой вычислитель;
электронный индикатор (ЭИ) с виртуальными органами управления функцией EVS для пилота.
В качестве опционального оборудования в состав EVS может входить оптикоэлектронный датчик телевизионного (ТВ) диапазона и ИЛС. Требование к наличию датчика ИК диапазона определяется необходимостью получения видеоинформации в условиях слабой или затрудненной видимости в ТВ диапазоне. Наличие в составе оборудование ТВ-датчика также крайне рекомендуемо и обусловлено необходимостью предоставления летчику визуального изображения закабинной обстановки в случае невозможности ее непосредственного обозрения через остекление кабины (например, в случае обледенения).
EVS должна решать следующие задачи:
получение изображений от оптико-электронной системы;
ввод цифровой видеоинформации в бортовой вычислитель с обеспечением в качестве опции возможности синхронизированного ввода многоспектральной информации;
обработку видеоинформации (опционально);
комплексирование многоспектральной видеоинформации (опционально);
получение информации от бортовых систем о текущих географических координатах, высоте и пространственной ориентации ВС;
совмещение улучшенного изображения и ПНИ, представленной в виде текста и векторных графических образов полета;
обнаружение объектов аэродромной инфраструктуры (опционально);
индикация сформированного изображения EVS на ЭИ и/или на ИЛС.
Важно отметить, что EVS с функцией индикации на ЭИ рассматривается сертификационными органами только в качестве системы информационной поддержки экипажа, не предоставляющей никаких дополнительных возможностей по отклонению от существующих правил полетов, в то время как сертифицированная EVS с функцией индикации на ИЛС (в терминологии RTCA т.н. Enhanced Flight Vision System, EFVS) дает экипажу эксплуатационные преимущества. Под эксплуатационным преимуществом в данном контексте понимается право экипажа отклоняться от Федеральных авиационных правил (FAR) или правил Европейского агентства по авиационной безопасности (CS) относительно различных фаз полета. В частности, при наличии на борту ВС сертифицированной системы EFVS экипаж может продолжать снижение ниже высоты принятия решения по CAT I даже когда фактическая полетная видимость меньше предписанной для данной процедуры посадки, но на изображении, выводимом EFVS на ИЛС, четко видны и распознаются визуальные ориентиры. На рис. 2.2 приведены примеры работы систем EVS и EFVS.

(а) (б)
Рисунок. 2.2. (а) пример работы EVS: слева изображение, формируемое EVS, справа вид через остекление кабины пилота; (б) пример работы EFVS. Источники: (а) Rockwell Collins, (б) Universal Avionics Systems Corp.
Под системой синтезированного видения (SVS) понимают систему, формирующую в бортовом вычислителе и выводящую на систему индикации изображение топографического участка, наблюдаемого из кабины пилота (рис. 2.3). Участок извлекается из бортовой базы данных в соответствии с информацией о текущих географических координатах, высоте и пространственной ориентации ВС.

Рисунок. 2.3. Пример изображения, формируемого SVS (источник: Universal Avionics Systems Corp.)
В состав бортовых средств SVS должны входить: базы данных подстилающей поверхности, препятствий, объектов аэродромной инфраструктуры, вычислитель, подготавливающий SVS кадр для индикации, ЭИ с виртуальными органами управления функцией SVS для пилота, ИЛС (опционально). SVS должна решать следующие задачи:
получение информации от бортовых систем о текущих географических координатах, высоте и пространственной ориентации ВС;
извлечение из бортовой базы данных информации о рельефе местности, соответствующей навигационному положению ВС;
извлечение из бортовой базы данных информации о препятствиях, соответствующих навигационному положению ВС и представляющих потенциальную опасность для ВС на текущей фазе полета;
извлечение из бортовой базы данных информации об объектах аэродромной инфраструктуры;
синтез изображения топографического участка на основе комплексирования навигационной информации и информации из баз данных рельефа местности, препятствий и объектов аэродромной инфраструктуры;
формирование векторных графических образов полета;
формирование символики для представления потенциально опасных ситуаций: столкновение с землей (при работе совместно с системой предупреждения столкновения с поверхностью земли), столкновение с препятствиями, являющимися объектами аэродромной инфраструктуры, выкатывание за границы ВПП;
синтез SVS кадра путем слияния векторных графических образов полета, символики представления потенциально опасных ситуаций и изображения топографического участка;
индикация SVS кадра на ЭИ и (или) на ИЛС

50% реферата недоступно для прочтения

Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее время!

Промокод действует 7 дней 🔥
Больше рефератов по авиационной и ракетно-космической технике:

Развитие наноэлектроники

33664 символов
Авиационная и ракетно-космическая техника
Реферат
Уникальность

Механика и космос

27871 символов
Авиационная и ракетно-космическая техника
Реферат
Уникальность

Передовые методы организации воздушного пространства и ОПВД (например: США, Евроконтроль, Канада и т.п)

15477 символов
Авиационная и ракетно-космическая техника
Реферат
Уникальность
Все Рефераты по авиационной и ракетно-космической технике
Закажи реферат

Наш проект является банком работ по всем школьным и студенческим предметам. Если вы не хотите тратить время на написание работ по ненужным предметам или ищете шаблон для своей работы — он есть у нас.