Файл: Отчет по производственной практике (научноисследовательская работа).docx

ВУЗ: Не указан

Категория: Отчет по практике

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 03.12.2023

Просмотров: 30

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.



МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Южно-российский государственный

ПОЛИтехнический университет

(нПИ) имени М.И. Платова»



Механический

МиГПА

15.03.06 Мехатроника и робототехника,

направленность «Мехатроника»



факультет ___________________________________________________

кафедра ___________________________________________________

НАПРАВЛЕНИЕ ___________________________________________________


ОТЧЕТ

ПО производственной практике

(научно-исследовательская работа)
студента 2 курса группы 150306-Ма-о19

Бесхлебнова В.В.

«Мехатронный модуль автопилота в системе управления летательным аппаратом»

Руководитель Оценка ____________
Зав. каф. МиГПА, д.т.н. Шошиашвили М.Э. «___» ______ _______

Должность, звание Фамилия, имя, отчество Дата Подпись

Новочеркасск 2021 г.

ВВДЕНИЕ

Из всех режимов полета летательных аппаратов (ЛА) наиболее сложным и напряженным является режим захода на посадку и непосредственно посадки. Связано это, в первую очередь, с большой степенью аварийности ЛА на этом режиме, вследствие быстротечности процесса посадки и очень высокой нервно-психологической нагрузки экипажа. Данный режим имеет достаточно высокую скоротечность и требует от экипажа уверенных, слаженных действий, быстрой реакции на происходящие изменения. Время на заход на посадку и посадку занимает не более 1-2% всего времени полета, однако на этот режим приходится более 50% всех авиационных происшествий. За последние 40 лет на этот режим пришлось около 55% всех потерь. Трудности управления особенно возрастают в условиях плохой видимости (туман, темнота), когда зрительное ориентирование затруднено или невозможно.


Реализация автоматической посадки ЛА представляет еще более сложную задачу. В этом случае, вместо летчика бортовая система управления должна решать задачи планирования действий, оценки текущего состояния и управления исполнительными органами. При этом система управления (СУ) должна обеспечивать устойчивость, малое время отработки больших отклонений, адаптивность к воздействию возмущений и точность выхода в заданную точку приземления.
ОПИСАНИЕ ПАТЕНТА

Изобретение[1] относится к области авиации, в частности к системам посадки летательных аппаратов, и предназначено для обеспечения визуальной пространственной ориентации пилота при заходе на посадку в условиях ограниченной видимости.

Лазерная система посадки летательных аппаратов содержит курсовой, глиссадные,боковые и маркерные лазерные излучатели, расположенные определенным образом на взлетно-посадочной полосе (ВПП). Лучи каждого маркерного излучателя направлены под небольшим углом к плоскости глиссады и пересекают плоскость глиссады вблизи боковой границы посадочного коридора над маркерной точкой. Лучи маркерных излучателей отличаются спектральным составом от глиссадных и курсового излучателей и выполнены с возможностью амплитудной модуляции мощности излучения, доступной для зрения в целях различия индикации маркерных точек в зависимости от их удаления от порога ВПП. Обеспечивается точность ориентации летательного аппарата при движении по глиссаде.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является уменьшение времени на анализ положения ЛА, снижение вероятности ошибок в процессе ориентации и, как следствие, улучшение эргономических характеристик лазерной системы посадки летательных аппаратов при ориентации по лазерным лучам.

Поставленная цель достигается тем, что в заявленной лазерной системе посадки летательных аппаратов луч маркерного лазерного излучателя проходит вблизи границы посадочного коридора и его проекция не затрудняет ориентацию пилота по курсу и глиссаде.

Лазерная система посадки летательных аппаратов отличается от известного технического решения, содержащего: курсовой лазерный излучатель, установленный на осевой линии ВПП перед порогом ВПП; глиссадные лазерные излучатели, установленные с внешней стороны боковых границ ВПП на расстоянии (200…450) м от порога ВПП; боковые излучатели, установленные вблизи боковых границ у дальнего торца ВПП и обозначающие боковые границы ВПП; маркерные лазерные излучатели, формирующие лучи для индикации маркерных точек, тем, что луч каждого маркерного лазерного излучателя, соответствующего определенной маркерной точке, направлен под небольшим углом к плоскости глиссады, при этом точка пересечения луча с плоскостью глиссады расположена над линией, проходящей параллельно порогу ВПП через эту маркерную точку.



Первое дополнительное отличие состоит в том, что точки пересечения лучей маркерных лазерных излучателей с плоскостью глиссады расположены вблизи боковой границы посадочного коридора.


Второе дополнительное отличие состоит в том, что маркерные лазерные излучатели расположены вблизи глиссадного излучателя на некотором расстоянии от него.
Третье дополнительное отличие состоит в том, что лучи маркерных лазерных излучателей отличаются от лучей курсового и глиссадных лазерных излучателей спектральным составом (цветом) лучей.

Четвертое дополнительное отличие состоит в том, что маркерные лазерные излучатели выполнены с возможностью амплитудной модуляции мощности излучения с частотой, доступной для индикации органами зрения.
Пятое дополнительное отличие состоит в том, что частота амплитудной модуляции мощности излучения лазерного излучателя для индикации конкретной маркерной точки соответствует заданному удалению конкретной маркерной точки от порога ВПП.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг.2.



Фиг. 1 схема расположения на ВПП лазерных излучателей с указанием направления распространения их лучей.



Фиг. 2 видимые пилотом проекции лазерных лучей на различных удалениях ЛА от маркерной точки.

Перечень элементов:
1,2,3,4 – лазерные излучатели
5 – курсовой излучатель
5* – проекция курсового луча
6 – глиссадный излучатель
6* - проекция глассадного луча
7 – боковой излучатель
7* - проекция бокового луча
8 – проекции луча
10 – маркерная точка

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Проекции курсового (5*), глиссадных (6*) и боковых (7*) лучей во время снижения ЛА в плоскости глиссады и по заданному курсу имеют положение, указанное на фиг. 2. Ориентация пилота по глиссаде и курсу выполняется известным способом [2]. В то же время пилот визуально по положению проекции луча 8 (проекции 8*а, 8*б, 8*в - фиг. 2) оценивает удаление ЛА (12) от маркерной точки (10) и фиксирует момент прохождения ЛА над ней. При приближении к маркерной точке (10) и после ее прохождения проекция маркерного луча (8*) изменяет свой вид: при приближении ЛА к маркерной точке проекция маркерного луча имеет вид (8*а), в момент пересечения ЛА маркерной точки проекция маркерного луча (8*б) - горизонтальна, а после пересечения ЛА маркерной точки проекция луча имеет вид (8*в). Как видно из

фиг. 2, проекции лазерного луча (8*) маркерного излучателя (4) всегда расположены сбоку от проекций глиссадных (6*), курсового (5*) и боковых (7*) лучей и не мешают пилоту ЛА ориентации по глиссаде и курсу. Момент пересечения ЛА маркерной точки (10) пилот определяет по горизонтальному положению проекции луча 8* (проекция 8*б) маркерного излучателя. Спектральный состав (цвет) излучения маркерного лазерного излучателя (4) отличается от цвета курсового (5) и глиссадных (6) излучателей, что улучшает идентификацию проекции (8*) луча маркерного лазерного излучателя (4). Кроме того, маркерный лазерный излучатель (4) выполнен с возможностью амплитудной модуляции мощности излучения с частотой, доступной для индикации органами зрения. Из-за спектрального состава и выполнения модуляции излучения лазерного излучателя (4) обеспечивается его отличие от излучателей (1, 2, 3) и тем самым улучшается индикация маркерной точки.

АНАЛИЗ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ЛАЗЕРНОЙ КУРСОГЛИССАДНОЙ СИСТЕМЫ ПОСАДКИ
Одним из наиболее эффективных путей повышения безопасности заключительного этапа любого полета, независимо от класса и принадлежности ВС, является применение визуальных лазерных курсоглиссадных систем посадки, разработанных на основе современных технологий с использованием новейшей элементной базы отечественного производства.

Преимущества лазерного излучения, определяющие предпочтительность его использования в средствах визуальной навигации по сравнению с традиционными источниками света на электрических лампах, хорошо известны:



  • высокая спектральная яркость обеспечивает большую дальность видимости днем, в сумерках и при неблагоприятных условиях;




  • малая угловая расходимость пучка излучения обеспечивает требуемую точность зрительной ориентации.

Прямое лазерное излучение обладает повышенной проницаемостью через поглощающие и рассеивающие среды (туман, дождь, снегопад, плотная дымка) по сравнению с обычными источниками света. Дальность обнаружения такого излучения превышает метеорологическую дальность видимости (МДВ) более чем в 3–4 раза, а дальность обнаружения огней высокой интенсивности систем посадки, применяемых в современных аэропортах, не менее чем в два раза. Система посадки летательных аппаратов содержит дальнюю и ближнюю приводные радиостанции, глиссадные и курсовой лазерные излучатели, N-пар оптических излучателей, распределенных между курсовым лазерным излучателем и ближней приводной радиостанцией. стемам аэродромов и предназначено для обеспечения пространственной ориентации.



Излучатели каждой пары расположены симметрично оси взлетно-посадочной полосы, а их оптические лучи находятся в плоскости, перпендикулярной к курсовому лазерному лучу, и пересекаются в точке на его оси. Оптические излучатели в каждой паре выполнены с возможностью пространственного сканирования, амплитудной модуляции мощности излучения и изменения спектрального состава (цвета). Пространственные и оптические параметры излучателей управляются по заранее заданному алгоритму с помощью функционально связанного контроллера и блока управления. Достигается повышение надежности, увеличение дальности визуальной ориентации пилота по глиссаде, повышение информативности, эффективности, безопасности при посадке в сложных метеоусловиях.
В ВУНЦ создан опытный образец моноку­лярной системы технического зрения (СТЗ) [3], структурная схема которого изображена на рис. 1.

Система включает в себя комплект из трех наземных лазерных инфракрасных маяков (ИК-ориентиров) диапазона 1,55 мкм, разме­щаемых вдоль ВПП, бортовую цифровую ви­деокамеру диапазона 0.9…1,7 мкм с варио­объективом и узкополосный (1,55 мкм) фильтр, установленные на трехстепенном ги­ростабилизированном управляемом подвесе. СТЗ БЛА обеспечивает автоматический заход на посадку до высоты H = 0.

Разработанное алгоритмическое обеспе­чение в бортовом вычислителе позволяет осуществлять поиск, захват, распознавание и сопровождение ИК-ориентиров, вычисление угловых и линейных координат самолета от­носительно ВПП и формирование заданных значений рассогласования этих координат от линии глиссады в автопилот БЛА для формирование заданных значений рассогласования этих координат от линии глиссады в автопилот БЛА для форми­рования в нем управляющих воздействий.



Программная обработка изображений осуществляется с целью определения коор­динат маяков на фотоматрице. Особенно­стью этой задачи является ее навигационная направленность, и поэтому требования к ми­нимизации погрешностей измерения доста­точно высоки.


Значительные флуктуации функции яр­кости изображения, обусловленные шумами фотоматрицы существенно ухудшают метро­логические возможности системы техниче­ского зрения. Естественным путем решения этой проблемы является обработка изобра­жения, основанная на использовании ста­тистических методов. Поиск особых точек изображения с субпиксельной точностью, в нашем случае – изображений лазерных ма­яков, необходимых для решения задачи на­вигации осуществляют как правило посред­ством метода наименьших квадратов, либо корреляционного подхода [4]. Однако, эти методы требуют значительных вычислитель­ных ресурсов, поэтому реализован весьма простой, но эффективный подход, основан­ный на определении центра функции яркости изображения маяка. Центр функции яркости изображения метки определяется подобно тому, как вычисляется центр массы объемно­го тела [5]. Определение границы изображе­ния маяка выполняется путем его бинариза­ции, причем в качестве порогового значения выбирается величина определяемая следую­щим образом