ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобре тение относится к авиации, а более конкретно - к системе и способу определения смещения летательного аппарата относительно предполагаемого места посадки для обеспечения тонной посадки путем анализа излучения маяка, расположенного на предполагаемом месте посадки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Летательные аппараты, в частности, беспилотные летательные аппараты вертикального взлета и посадки (Unmanned Aerial Vehicles of Vertical Takeoff and Landing), должны приземляться в точно отведенном месте. Таким местом может быть, например, неподвижный объект, такой как поверхность земли иди крыша здания. Таким местом может быть, например, и движущееся наземное транспортное средство, движущееся морское транспортное средство, движущееся воздушное транспортное средство.

Посадку беспилотных летательных аппаратов (ДА) желательно осуществлять без помощи оператора, то есть в автоматическом режиме.

Если известны глобальные координаты места посадки (дадее-посадочной площадки), ЛА может приземляться, определяя свое местоположение при помощи GPS. Однако точности системы глобального позиционирования может не хватить для определения точных координат. Кроме того, возможны ситуации, когда система GPS недоступна.

ЛА может совершить посадку при помощи так называемого технического зрения (computer vision). В этом случае на борту летательного аппарата (ЛА) должны быть предусмотрены средства, которые позволят захватывать изображение пространства и на основе анализа захваченных изображений определять местоположение Л А. Такие средства, во-первых, требуют большой вычислительной мощности; во-вторых, ЛА должен быть оснащен матрицей фото детекторов, фото или видеокамерой, что су щественно усложняет бортовую часть ЛА.

Из патента США US 3510834 известна система обеспечения точной посадки летательного аппарата на палубу авианосца. Недостатком этого технического решения является, в первую очередь, модуляция сигнала посредством механических средств. Это накладывает ограничение на количество каналов, которое может использоваться в системе, а также существенно усложняет конструкцию передающего узла.

В статье KARL ENGELBERT WENZEL ЕТ AL: "Automatic Take Off, Tracking and Landing of a Miniature UAV on a Moving Carrier Vehicle", JOURNAL OF INTELLIGENT AND ROBOTIC SYSTEMS ; THEORY AND APPLICATIONS - (INCORPORATING MECHATRONIC SYSTEMS ENGINEERING), KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, DO, vol 61, no. I - 4, 23 октября 2010 (2010-10-23), стр. 221-238, XP019855701, ISSN: 1573-0409, DOI: 10.1007/S 10846-010-9473-0 описывается система точной посадки беспилотного летательного аппарата, контроль за положением инфракрасного маяка которой осуществляется посредством установленной на борту ЛА камеры с миогопиксельной матрицей. Для работы енсте-мы необходимо, чтобы маяк постоянно находился в центре зон видимости камеры. Для этого предусмотрены средства управления положением камеры, реализованные в виде сервомоторов. Этот узел системы также существенно усложняет конструкцию устройства и его эксплуатацию, что является очевидным недостатком.

В заявке на патент США US2019141660 раскрывается система локализации объекта в помещении, в излучающем устройстве которой предусмотрена собирающая линза. Одним недостатком этой системы является сложность расчета расстояния до объекта. Енге один недостаток этой системы заключается в том, что погрешность определения расстояния до объекта для данной линзы будет нарастать с увеличением расстояния до объекта. Поэтому система не применима, если объект находится на расстояниях, превышающих типичные расстояния в помещении (порядка десятков метров).

Из патента США US7039506 известна система для определения траектории посадки, включающая наземную и бортовую части. Наземная часть представляет собой массив светодиодов, разделенных на четыре группы. Излучение каждой из четырех групп циклически модулируется длительностью времени излучения каждой из групп В результате приемная часть в зависимости от своего местоположения регистрирует сигналы разной длительности или разной интенсивности. При этом каждый из светодиодов работает на одной и той же частоте. Приемная часть включает фотосенсор (фотодетектор) и устройство обработки сигналов. Устройство обработки сигналов также включает базу данных калибровочных форм композитного сигнала _» с которыми сравниваются формы композитного сигнала, зарегистрированного приемной частью.

Недостатками известного технического решения являются: необходимость в базе данных калибровочных форм сигнала; необходимость в этапе сравнения полученных форм сигнала с известными калибровочными. На этапе сравнения полученных форм сигнала с известными калибровочными возможны погрешности и ошибки. Для синхронизации временных характеристик устройств в бортовой части нужен модем, что усложняет бортовую часть ЛА. При увеличении групп светодиодов длительность формирования итогового сигнала будет увеличиваться. Это приведет к увеличению времени определения положения Л А в пространстве.

Из патента США US9904283 известна система обеспечения точной посадки, включающая наземную и бортовую части. Наземная часть включает проектор, проецирующий световой сигнал. Каждый проецируемый пиксел уникально кодирован, так что световой сигнал содержит информацию о координате каждого пиксела.

К недостаткам известного технического решения можно отнести кодирование излучения кодом Грея, что снижает помехозащищенность системы. Кроме того, положение ЛА в пространстве в соответствии с известным техническим решением осуществляется при помощи двух сенсоров (фотодетекторов), что усложняет бортовую часть системы.

Предлагаемое техническое решение призвано устранить имеющиеся недостатки сис ем и способов точной посадки и обеспечить простую, надежную в эксплуатации систему обеспечения точной посадки и соответствующий способ. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемое изобретение решает задачу обеспечения точной автоматической посадки летательного аппарата вертикального вздета и посадки, когда невозможно пользоваться системой глобального позиционирования GPS и/иди другими известными навигационными системами. Предлагаемое изобретение позволяет достичь следующих технических результатов:

- простота и надежность приемной части, которая размещается на борту летательного аппарата;

- снижение вычислительной мощности, которая требуется для обработки зарегистрированного фотодетектором сигнала, в сравнении с вычислительной мощностью, которая нужна для обработки изображения с многопиксельной матрицы;

- снижение габаритов и массы оборудования, размещаемого на борту летательного аппарата;

- высокая точность индикации отдельных источников света за счет модуляции излучения каждого из источников света уникальным кодом;

- повышение помехоустойчивости системы;

- повышение скорости определения положения ЛА в пространстве;

- отсутствие необходимости передачи информации с летательного аппарата в направлении передающей части, поскольку вся необходимая информация передается передающей частью.

Поставленная задача решается, а технические результаты достигаются за счет- того, что предложенный способ обеспечения точной посадки реализуют следующим образом: а) инициируют· излучение по меньшей мере двух излучателей излучающего блока передающей части; б) регистрируют сигнал освещенности, включающий излучение излучателей, посредством фотосенсора приемной части; в) анализируют спектр освещенности (зарегистрированного сигнала) посредством блока обработки данных приемной части с обеспечением определения среди излучателей наиболее направленного излучателя; г) вычисляют смещение приемной части относительно наиболее направленного излучателя излучающего блока передающей части по формуле d — · sin а,

V где Ϊ - известная интенсивность наиболее направленного излучателя,

Е - освещенность (зарегистрированна интенсивность) наиболее направленного излучателя, а - угол между направлением максимума интенсивности излучения наиболее направленного излучателя и нормалью к главной плоскости излучающего блока.

При этом, в одном из вариантов осуществления изобретения, излучение каждого из излучателей модулируют так, что в любой данный момент времени излучают все излучатели излучающего блока а частота каждого из излучателей уникальна.

Еще в одном из вариантов осуществления изобретения излучатели разделяют по меньшей мере на две группы, и излучение каждого из излучателей модулируют так, что частота излучения каждого из излучателей уникальна для излучателей данной группы, а в любой данный момент времени излучает только одна из групп, причем группы излучают поочередно от первой до последней с циклически повторением очередности. Кроме того, перед каждым инициированием излучения первой группы изл чателей излучение всех излучателей модулируют таким образом, чтобы все излучатели излучали на одной частоте в течение заданного времени с формированием стартового кадра.

Поставленная задача решается, а технические результаты достигаются также за счет того, что предложена система обеспечения точной посадки, включающая передающую часть и приемную часть. Передающая часть включает излучающий блок, включающий множество излучателей, расположенных так, что направление максимума интенсивности излучения данного излучателя и нормалью к главной плоскости излучающего блока составляет угол а, с увеличением утла а к периферии излучающего блока, и блок управления, включающий процессор и множество драйверов излучателей, причем процессор выполнен с возможностью осуществления частотно-временной модуляции излучения излучателей посредством формирования сигналов управления излучателями и направления указанных сигналов излучателям через соответствующие драйверы. Приемная часть включает фотосенсор, выполненный с возможностью регистрации сигнала излучающего блока, и блок обработки данных, выполненный с возможностью анализа спектра сигнала, регистрируемого фотосенсором, с определением наиболее направленного излучателя и определения смещения а приемной части относительно указанного наиболее направленного излучателя по формуле где I - известная интенсивность излучения наиболее направленного излучателя, Е - освещенность (зарегистрированная интенсивность) наиболее направленного излучателя, с? - угол между направлением максимума интенсивности излучения наиболее направленного излучателя и нормалью к главной плоскости излучающего блока.

Блок обработки данных при этом включает два каскада усилителя, фильтр верхних частот, фильтры нижних частот, аналого-цифровые преобразователи, процессор цифровой обработки сигналов и модуль памяти.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фит·. 1 показан общий вид передающей части системы.

На фиг. 2 показано размещение передающей части под углом к посадочной площадке.

На фиг. 3 показаны варианты размещения излучателей света в плане в массиве излучающего блока.

На фиг, 4 показано размещение излучателей относительно главной плоскости.

На фиг. 5 показано оптическое поле, формируемое излучателями при размещении в массиве, как показано на фиг. 3 и фиг. 4.

На фиг. 6 показано формирование конуса излучения, или апертуры С, излучающего блока.

На фиг. 7 показано расположение светодиодов, углы пояуспада интенсивности (LED viewing angle) которых перекрываются.

На фит. 8 показаны основные компоненты блока управления передающей части.

На фиг. 9 показана работа излучающего блока при разбиении излучателей на группы.

На фиг. 10 показаны основные компоненты приемной части.

На фиг. 11 проиллюстрировано определение смещения d приемной части от блок излучения.

На фиг. 12 показан пример определения наиболее направленного излучателя.

На фиг. 13 показано положение летательного аппарата до и после перемещения на величину смещения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Система обеспечения точной посадки включает передающую часть и приемную часть. Передающая часть размещается на посадочной площадке, а приемная часть разметается на борту летательного аппарата.

Передающая часть, или, иначе, наземная часть, по существу представляет собой маяк для размещения на поверхности, предназначенной для посадки летательного аппарата. Специалисту очевидно, что слово «наземная» в данном случае не означает исключительно размещение на земле. Понятно, что летательный аппарат может садиться и на другие поверхности, например, на крышу здания, на поверхность движущегося транспортного средства, на поверхность посадочной площадки на корабле, или даже внутрь специально обустроенной зарядной станции и т.п,

Наземная часть, или маяк, оснащена излучающим блоком (1) и блоком управления (4).

Излучающий блок (1 ) включает массив излучателей (2), которые расположены особым образом относительно главной плоскости (3) излучающего блока. Главной плоскостью (3) излучающего блока здесь можно считать условно плоскую поверхностью излучающего блока (1), на которую монтируются излучатели (2). При установке маяка на какую-либо посадочную площадку желательно определить положение главной плоскости (3) излучающего блока относительно поверхности посадочной площадки. Например, такое положение можно определить, зная угол у между главной плоскостью (3) излучающего блока и поверхностью посадочной площадки, а также направление главной плоскости (3) излучающего блока относительно сторон света.

Предпочтительно, чтобы главная плоскость (3) излучающего блока была по существу параллельна плоскости посадочной поверхности.

В качестве излучателей можно использовать любые светоизлучающие элементы. Например, это могут быть светоизлучающие элементы, излучающие в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном спектре.

Предпочтительно, чтобы в качестве излучателей применялись светодиоды (light emitting diodes).

Множество излучателей (2) в излучающем блоке (1) может быть расположено в виде одномерного массива, тогда определение положени летательного аппарата будет осуществляться вдоль линии. Множество излучателей (2) в излучающем блоке (!) может быть расположено в виде двумерного массива, тогда определение положения летательного аппарата будет осуществляться по двум координатам.

Возможно также комбинированное расположение излучателей (2) в излучающем блоке (1) для определения положения в особых задачах.

Когда массив излучателей (2) двумерный, указанные излучатели (2) в плане могут быть расположены в виде прямоугольника, круга или произвольным образом (Фиг. 3).

Предпочтительно, чтобы излучатели (2) в массиве были распределены равномерно и регулярно.

В плоскостях, перпендикулярных главной плоскости (3) излучающего блока

(1), множество излучателей (2) устанавливаются таким образом, чтобы направление максимума интенсивности излучения каждого излучателя составляло угол а к нормали, проведенной к главной плоскости (3) излучающего блока в точке установки данного излучателя (ем. фиг. 4). Предпочтительно, чтобы угол а уменьшался по мере продвижения от периферии излучающего блока к его центру. Иными словами, угол а для излучателей у краев излучающего блока наибольший, а в центре массива угол Й-0. Угол С раствора конуса излучения всего излучающего блока (I), или апертура, при это зависит от расположения излучателей (2). На фиг. 6 показан пример формирования угла раствора С конуса излучения излучающего блока (1). В данном случае угол С составляет около 90°, поскольку на краях массива излучателей (2) располагаются под углом ЙГ=45°. Анализируя сформированное таким образом оптическое поле, летательный аппарат определяет свое смещение относительно маяка.

Для осуществления изобретения необходимы по меньшей мере два излучателя

(2), один из которых расположен, например, по с ществу в центре излучающего блока (1 ) под углом а! ~ 0° , а второй расположен на периферии излучающего блока (1) под углом «2, и а1< «2 Также возможно, что два излучателя расположены симметрично относительно центра излучающего блока (I) под одинаковыми углами а!^а2. Предпочтительно, однако, чтобы число излучателей было не менее трех. Расположение излучателей (2) в этом случае симметрично относительно центра излучающего блока (1) под одинаковыми углами а1- а2~аЗ. Более предпочтительно число излучателей не менее четырех, из которых один расположен по существу в центре излучающего блока (1) под углом а 1 ~ 0°, а второй, третий и четвертый расположены на периферии излучающего блока (1) симметрично относительно центрального излучателя иод углами а2=аЗ=а4=а, причем а1<а. Еще более предпочтительно, чтобы число излучателей было больше 4. Максимальное число излучателей не ограничивается и остается на усмотрение конструктора устройства.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве излучателей (2) используются светодиоды. Известно, что диаграмма направленности излучения светодиода не является изотропной. Угол, в котором интенсивность излучения светодиода уменьшается наполовину от максимальной, или угол полуспада интенсивности (LED viewing angle), различается у светодиодов разных типов. Чтобы сформировать непрерывное оптическое поле, светодиоды в излучающем блоке устанавливают так, чтобы углы полуспада интенсивности соседних светодиодов перекрывались (фиг. 7).

Для формирования массива излучателей предпочтительно использовать одинаковые излучателей, то есть такие, исходная частота излучения которых и исходная интенсивность которых по существу одинакова для всего множества излучателей.

На фиг. 8 показаны основные компоненты блока управления (4) наземной передающей части. Блок управления (4) наземной передающей части включает процессор (5) и множество драйверов (6) излучателей (2). Процессор (5) выполнен с возможностью формировать сигналы управления излучателями (2). Процессор (5) выполнен с возможностью принимать управляющие команды извне. Например, это могут быть команды на включение и выключение излучателя для перевода в режим пониженного энергопотребления . Кроме того, блок управления может быть оснащен модулем памяти (на фигурах не показан) для хранения данных о том, какой частотой модулируется конкретный источник света, а также данные о каждом источнике света в массиве излучающего блока. В этом случае процессор (5) запрашивает данные модуля памяти для формирования сигналов управления излучателями (2) и передачи этих сигналов управления в соответствующие драйверы (6).

Процессор (5) модулирует излучение каждого из излучателей (2) при помощи драйверов (6). Может быть применен любой вид модуляции (частотная, временная или любая другая), которая позволит однозначно идентифицировать данный излучатель (2) в массиве излучающего блока (1).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения используется частотно-временная модуляция. В одном из вариантов осуществления изобретения каждый из драйверов (6) одним сигналом процессора (5) контролирует частоту только одного излучателя (2).

В еще одном варианте осуществления изобретения каждый из драйверов (6) одним сигналом процессора (5) контролирует частоту нескольких излучателей (2). В этом случае излучение этих нескольких излучателей (2) модулируется одинаковым образом, и все эти несколько излучателей (2) излучают по существу на одной и той же частоте. Такой вариант предпочтителен, когда требуется повысить видимость излучения.

Специалисту очевидно, что чем более узко направлено излучение излучателя (2), тем больше таких излучателей (2) потребуется для формирования непрерывного оптического поля в пространстве. Приведем пример.

Пример 1.

Излучающий блок сформирован из 25 светодиодов. Каждый из указанных светодиодов имеет угол полу спада интенсивности (LED viewing angle) 20 градусов. Располагая 25 светодиодов в массиве 5x5 с перекрытием в 10 градусов, получим апертуру С излучающего блока в 40 градусов. Для идентификации всех светодиодов из этого массива требуется 25 частот. Если необходимо увеличить апертуру излучающего блока до 80 градусов, применяя такие же светодиоды, то потребуется уже массив светодиодов размером 9x9 светодиодов, то есть 81 излучатель. Для идентификации всех светодиодов из этого массива требуется 81 частота.

Для увеличения дальности работы передающей части молено применить излучатели, например, светодиоды, с меньшим углом полуспада интенсивности, но большей плотностью излучения. В этом случае количество излучателей (2) потребуется существенно увеличить. Следовательно, существенно увеличится количество требуемых уникальных частот, то есть, спектр передаваемого сигнала существенно расширится. Такое расширение спектра может оказаться неприемлемым, так как потребуется внесение изменений в приемную часть.

В этом случае излучателей можно разделить на группы, чтобы группы излучателей светили поочередно. При этом частота излучения каждого из излучателей (2) из данной группы уникальна только для излучателей данной группы. Излучение осуществляется группами последовательно и поочередно, то есть в каждый данный момент времени излучает только одна из групп излучателей (2).

Пример 2. Пусть излучающий блок (1) включает 50 светодиодов, расположенных массивом 5x10. Указанные светодиоды разделены на две группы, группа I и группа I I, по 25 светодиодов в каждой. Для идентификации каждого из 25 светодиодов в группе I требуется всего 25 уникальных частот для группы I. Для идентификации каждого из 25 светодиодов в группе II можно использовать те же 25 уникальных частот, что и для группы I, если сначала излучает первая группа, а затем вторая группа.

Пример 3.

Пусть излучающий блок (1) включает 81 светодиод, расположенные массивом 9x9. Чтобы спектр излучения состоял из 22 уникальных частот, 81 светодиод можно поделить на 4 группы. В первой, второй и третьей группах будет по 22 светодиода, и в четвертой оставшиеся 15 светодиодов. Группы излучают последовательно одна за другой, от первой до последней, затем цикл повторяется. Таким образом, для уникальной идентификации всех светодиодов излучающего блока (1) потребуется 22 частоты.

Решение о том, нужно ли делить источники излучения на группы, принимается на этапе конструирования устройства.

В одном из вариантов осуществления изобретения, когда все излучатели (2) разделены на группы, каждый из драйверов (6) одним сигналом процессора (5) контролирует частоту только одного излучателя (2).

В еще одном варианте осуществления изобретения, когда все излучатели (2) разделены на группы, каждый из драйверов (6) одним сигналом процессора (5) контролирует частоту нескольких излучателей (2), относящихся к разным группам. В этом случае излучение этих нескольких излучателей (2), относящихся к разным группам, модулируется одинаковым образом. Таким образом, все эти несколько излучателей (2) излучают на одной и той же частоте, но последовательно, в соответствии с порядком излучения групп.

Для идентификации каждого отдельного источника света заранее определяют соответствие между уникальной частотой излучения каждого отдельного излучателя (2) с положением этог о излучателя (2) в массиве. Кроме того, заранее определяют угол а между направлением максимума излучения каждого данного излучателя (2) и нормалью к главной плоскости (3) излучающего блока (1), Помимо этого, заранее определяют исходную интенсивность I излучения для каждого данного излучателя (2). В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения все излучателей (2) имеют одинаковую интенсивность I излучения. В самом простом варианте все эти данные могут быть организованы в виде таблицы соответствия, которая может храниться в модуле памяти блока управления (4). Эта же таблица может храниться и в приемной части системы.

В одном из вариантов заявленного изобретения частоту каждому из излучателей (2) можно назначить произвольно, исходя из технических особенностей аппаратуры. Тогда совокупность данных, необходимых для идентификации конкретного излучателя (2), может быть представлена в виде таблицы, например, следующего вида, где п - номер СЭ (2), п принимает значения от 1 до N, а -- угол, как описано выше, w - уникальная частота:

Однако такая таблица может оказаться неудобной, поскольку требует сравни тельно большого объема памяти. Формирование такой таблицы также требует ресурсов.

Поэтому в другом варианте заявленного изобретения каждому излучателю (2) присваивают уникальную частоту в зависимости от номера этого излучателя (2) в массиве. Тогда совокупность данных, необходимых дл идентификации конкретного излучателя (2), будет представлена в виде таблицы соответствия номера ЙС (2), соответствующего угла а и исходной интенсивности 1, а также в виде формулы w2~w+n*k, где w2 - уникальная частота модуляции излучения данного излучателя (2), w - исходная частота излучения данного излучателя (2), п - номер излучателя (2) в массиве, к - постоянный коэффициент. Частота может назначаться и по любому другому, удобному разработчику, закону.

В одном из вариантов заявленного изобретения уникальная частота назначается каждому излучателю (2) из труппы излучателей (2), при этом частоты будут повторяться для излучателей (2) из разных групп.

Пример 4.

Пусть излучающий блок (1) включает 16 светодиодов, разделенных на 4 группы. Тогда совокупность данных, необходимых для идентификации конкретного излучателя (2), будет включать номер группы, номер излучателя (2) в группе, угол а для каждого излучателя (2), частоту излучения данного излучателя (2) в группе.

Кроме того, в таблицу соответствия в нервом случае, и в формулу определяющую соотношение между номером излучателя (2) и частотой во втором случае, могут быть включены данные о координате каждого излучателя (2) относительно центра массива излучающего блока (1).

Процессор (5) выполнен с возможностью задавать частоту модуляции и длительность модуляции для каждого из излучателей (2) из массива ИС (2).

В одном из вариантов осуществления изобретения процессор (5) инициирует излучение всех излучателей (2) одновременно, причем частота излучения каждого излучателя (2) из всего множества излучателей (2) уникальна для всех остальных излучателей (2).

В еще одном из вариантов осуществления изобретения процессор (5) инициирует излучение излучателей (2) по группам следующим образом (фиг. 9):

- процессор (5) инициирует излучение Fo всех групп излучателей (2) одновременно на одной и той же частоте, формируя стартовый сигнал; причем излучение длится заданное врем 1;

- после окончания времени ί процессор (5) инициирует излучение F одной из групп излучателей (2) в течение времени ΐ, например, первой группы из N групп излучателей (2);

- после окончания времени t процессор (5) инициирует излучение F2 следующей одной из групп излучателей (2), отличной от первой группы, например второй группы, в течение времени 1,

- после окончания времени t процессор (5) инициирует излучение следующей одной из групп излучателей (2), в течение времени t, и так последовательно но всем группам, пока не будет инициировано излучение FM последней N-й группы. После этого процессор (5) опять инициирует излучение Fo всех групп одновременно на одной и той же частоте, формируя стартовый сигнал, и процесс повторяется.

Стартовый сигнал может представлять собой кадр передачи данных, использующий FSK модуляцию для кодирования потока данных на специально выделенных частотах. Стартовый сигнал может представлять собой кадр передачи данных, использующий любой другой способ модуляции, который позволит однозначно идентифицировать начало передачи. Например, способ модуляции может быть аналогичным способу по протоколу RC5. Кадр передачи данных стартового сигнала может включать дополнительную информацию о передающей части, например, уникальный номер маяка, информацию об ориентации маяка в пространстве (угол наклона главной плоскости излучателя относительно плоскости посадочной платформы, и т.п.).

На фиг. 10 показаны основные компоненты приемной части (7) системы. Приемная часть (7) системы размещается на борту летательного аппарата. Приемная часть (7) включает фотосенсор (8) и блок обработки данных (9).

Фотосенсор (8) представляет собой фотодиод.

Блок обработки данных (9) включает первый каскад усилителя (10), второй каскад усилителя (11), фильтр верхних частот (12), фильтры нижних частот (13) и (14), аналого-цифровые преобразователи (15) и (16), процессор цифровой обработки сигналов (17), модуль памяти (18).

Сигнал освещенности, зарегистрированный фотосенсором (8), направляется в первый каскад усилителя (10). Первый каскад усилителя (10) служит для предварительного усиления сигнала, чтобы обеспечить согласование последующих устройств с фотосенсором (8).

Фильтр верхних частот (12) позволяет убрать постоянную составляющую сигнала, например, солнечный свет или другое фоновое низкочастотное излучение.

Второй каскад усилителя (11) предназначен для получения полезного сигнала, если исходный сигнал характеризуется слабой мощностью.

Фильтры нижних частот (13) и (14) исключают из сигнала те шумы, частота которых выше рабочего диапазона системы.

Аналого-цифровые преобразователи (15) и (16) преобразуют предварительно обработанные усилителями (10) и (11) и фильтрами (12), (13) и (14) аналоговые сигналы в цифровые для направления в процессор цифровой обработки сигналов (17).

Первый каскад усилителя (10), первый фильтр нижних частот (13) и первый аналого-цифровой преобразователь (15) формируют первый канал предобработки.

Фильтр верхних частот (12), второй каскад усилителя (11), второй фильтр нижних частот (14) и второй аналого-цифровой преобразователь (16) формируют второй канал предобработки.

Два таких канала предобработки позволяют значительно расширить динамический диапазон принимаемого излучения и эффективно убрать помехи из сигнала. Это позволяет увеличить дальность и надежность работы системы даже при небольшой интенсивности принимаемого излучения. Процессор цифровой обработки сигналов (17) выполнен с возможностью анализа и обработки данных, поступающих е первого и со второго канала предобработки.

Модуль памяти (18) выполнен с возможностью хранения совокупности данных, необходимых для идентификации любого из излучателей (2). Эти данные вносятся в модуль памяти (18) на этане настройки приемной части системы. Эти данные включают, по меньшей мере, номер п каждого излучателя (2), утл а между направлением максимума излучения каждого излучателя (2) и нормалью к главной плоскости (3) излучающего блока (1), частоту w излучения каждого излучателя (2), исходную мощность 1 каждого излучателя (2). Совокупность указанных данных может храниться как в виде таблицы соответствия, так и в виде формулы, как было описано выше. Кроме того, в таблицу соответствия в первом случае, и в формулу, определяющую соотношение между номером источника света и частотой во втором случае, могул быть включены данные о координате каждого излучателя (2) относительно центра массива излучающего блока (1).

Процессор цифровой обработки сигналов анализирует данные следующим образом: a) полу чает сигналы одновременно с обоих каналов предобработки,

B) определяет спектр входного сигнала и интенсивность Е каждой частотной составляющей для каждого из каналов предобработки; c) определяет самую интенсивную из зарегистрированных частотных составляющих освещенности и значение ее интенсивности Етах, и, если амплитуда самой интенсивной частотной составляющей освещенности превышает заранее заданное пороговое значение отношения сигнал/шум, то канал предобработки, но которому этот сигнал поступил, отбирается для дальнейшего анализа сигналов на период времени, за который в приемную часть поступят сигналы от всех излучателей (2), а в случае разбиения излучателей (2) на группы, от всех групп; d) идентифицирует конкретный излучатель (2), соответствующий самой интенсивной частотной составляющей Етах; e) используя формулу освещенности, определяет расстояние г до данного излучателя (2);

£) определяе смещение d приемной части от нормали к главной плоскости (3) излучающего блока (1), восстановленной в месте крепления данного излучателя (2), по расстоянию г до данного излучателя (2) и углу а данного излучателя (2), g) передает смещение d, определенное на шаге f), средствам управления положением ЛА для изменения положения ДА на расстояние, соответствующее смещению d.

Система работает следующим образом.

Летательный аппарат, оснащенный приемной частью, направляется к месту посадки. На посадочной площадке находится передающая часть - маяк, включающий массив излучателей (2), как описано выше. Массив излучателей (2) формирует в пространстве поле излучения. При этом частота излучения излучателей (2), излучающих в течение данного периода времени, уникальна.

Оказавшись в поле излучения, фотосенсор (В) приемной части детектирует излучение от по меньшей мере части излучателей (2), которые излучают в данный момент времени.

Это излучение воспринимается фотосенсором (8) и далее направляется по первому и второму каналам предобработки в процессор (17) цифровой обработки сигналов.

Получив сигнал от обоих каналов, процессор (17) цифровой обработки сигналов проводит разложение принятого сигнала на спектр, например, при помощи быстрого преобразования Фурье (Fast Fourier Transform, FFT). Полученный спектр отражает набор частот, имеющийся в сиг нале, а также интенсивность излучения на каждой из этого набора частот.

Затем процессор (17) определяет интенсивности всех частотных компонентов сигнала и выбирает компоненту с наибольшей интенсивностью. Если амплитуда самого интенсивного сигнала превышает заранее заданное пороговое значение отношения сигнал/шум, то процессор отбирает канал предобработки, по которому этот сигнал поступил, для дальнейшего анализа сигналов. Выбранный канал иредобратки является предпочтительным на период времени, за который в приемную часть поступят сигналы от всех излучателей (2), а в случае разбиения излучателей (2) на группы, от всех групп.

Далее процессор (17), зная частоту самого интенсивного сигнала, обращается к модулю памяти (18) и определяет по таблице соответствия, или но формуле, следующие данные излучателя (2): номер излучателя (2), угол а между направлением максимума излучения данного излучателя (2) и нормалью к главной плоскости (3) излучающего блока (1), исходную интенсивность I. Этот излучатель (2) принимается за наиболее направленный в направлении фотосенсора (8).

Определение наиболее направленного излучателя удобно рассмотреть на следующем примере (фиг. 12).

Пример 5.

Пусть группа светодиодов состоит из 5 светодиодов (фиг. 12а). Оказавшись в зоне излучения этой группы, фотосенсор регистрирует сигнал, который будет включать сигналы от каждого из светодиодов группы, а также фоновое излучение и шумы (фиг. 126). После преобразования сигнала блоком обработки данных, например, с помощью быстрого преобразования Фурье, будет получен спектр излучения, содержащий частотно-амплитудные характеристики принятого сигнала (фиг. 12в).

Анализ спектра позволяет вычислить, что в данном случае наиболее направленным светодиодом является LED3, который излучает на частоте 60, причем интенсивность его излучения, принятая фотосенсором, равна 1.

Далее процессор (17) определяет расстояние до этого светоизлучающего элемента на основании известной формулы освещенности: откуда

Здесь Е-Ешах-это интенсивность самой интенсивной компоненты сигнала освещенности, принятого фотосенсором (8).

Угод а - угол, под которым фотодиод «видит» данный излучатель (2). Этот угол, очевидно, равен углу а между направлением максимума излучения данного излучателя (2) и нормалью к главной плоскости (3) излучающего блока (1), как показано на фиг. 11 ,

Интенсивность I - это исходная интенсивность излучения данного излучателя.

После этого процессор (17) определяет смещение d от нормали, восстановленной к точке расположения данного светоизлучающего элемента, но формуле: Получив значение смещения, процессор (17) передает это значение средствам управления положением ЛА. Летательный аппарат смещается на расстояние d к центру маяка и совершает посадку.

Если размеры летательного аппарата существенно превышают размер маяка, то уже однократного определения смещения достаточно, чтобы летательный аппарат оказался точно над маяком произвел точную посадку, (см. фиг. 13а, 13 б).

Однако, если полученной за одну итерацию точности недостаточно, шаги по определению смещения могут быть продолжены.

После перемещения летательного аппарата на расстояние d фотодиод (8) вновь передает сигнал в блок (9) обработки данных, и процедура повторяется. В результате второй итерации летательный аппарат сместится еще ближе к центру маяка. Наконец, после ряда итераций, возникнет ситуация, при которой наиболее направленным окажется излучатель, находящийся наиболее близко к геометрическому центру маяка, и летательный аппарат сможет совершить точную посадку.