RU2558694C1 - Determination of aircraft altitude - Google Patents
Determination of aircraft altitude Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558694C1 RU2558694C1 RU2014123290/28A RU2014123290A RU2558694C1 RU 2558694 C1 RU2558694 C1 RU 2558694C1 RU 2014123290/28 A RU2014123290/28 A RU 2014123290/28A RU 2014123290 A RU2014123290 A RU 2014123290A RU 2558694 C1 RU2558694 C1 RU 2558694C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- altitude
- zone
- aircraft
- signal
- determining
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой области, где необходимо периодически определять расстояние до удаленного объекта, в частности, для контроля рельефа подстилающей поверхности и управления режимом полета летательного аппарата (ЛА).The present invention relates to measuring technique and can be used in any field where it is necessary to periodically determine the distance to a distant object, in particular, to control the relief of the underlying surface and control the flight mode of the aircraft.
Известен способ определения дальности до удаленного объекта путем зондирования его лазерным импульсом, приема отраженного объектом импульса излучения и определения временного интервала между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного объектом импульса, по которому судят о дальности до объекта [1].There is a method of determining the distance to a distant object by sensing it with a laser pulse, receiving the reflected radiation pulse from the object and determining the time interval between the moments of radiation of the probe pulse and receiving the reflected pulse by the object, which is used to judge the distance to the object [1].
Недостатком этого способа является необходимость применения лазера, энергия моноимпульсного излучения которого достаточна для обеспечения заданной дальности действия. Обычно большая дальность действия недостижима при использовании миниатюрных лазеров. Это препятствует снижению габаритов и массы аппаратуры, что не позволяет реализовать способ для малогабаритных летательных аппаратов.The disadvantage of this method is the need to use a laser whose monopulse radiation energy is sufficient to provide a given range. Typically, long range is unattainable when using miniature lasers. This prevents the reduction of dimensions and weight of the equipment, which does not allow to implement the method for small-sized aircraft.
Известен метод некогерентного накопления [2, 3], позволяющий повысить дальность действия малогабаритного дальномера при малой энергии зондирующего излучения. Этот метод используется в том числе для определения высоты летательного аппарата [4] дальномером на полупроводниковом лазере.The known method of incoherent accumulation [2, 3], which allows to increase the range of a small rangefinder with a low probe radiation energy. This method is also used to determine the altitude of the aircraft [4] by a semiconductor laser range finder.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения высоты летательного аппарата [2], путем некогерентного накопления при импульсном лазерном локационном зондировании, заключающийся в N-кратном зондировании подстилающей поверхности импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, разделяющим время на нумерованные тактовые интервалы, определяют временное положение отраженного сигнала Th относительно момента излучения зондирующего импульса и вычисляют высоту летательного аппарата по формуле h=cTh/2, где c - скорость света.The closest in technical essence to the proposed method is a method for determining the altitude of an aircraft [2], by incoherent accumulation during pulsed laser location-based sensing, which consists in N-times probing the underlying surface with laser pulses, receiving and recording the signal reflected by the object with its reference to pulses stable clock frequency, dividing the time into numbered clock intervals, determine the temporal position of the reflected signal T h relative to radiation radiation of the probe pulse and calculate the height of the aircraft according to the formula h = cT h / 2, where c is the speed of light.
При указанной процедуре ошибка измерения зависит от высоты ЛА, поскольку на большой высоте уменьшается отношение сигнал/шум в приемном тракте, и его шумы искажают форму сигнала, что сказывается на ошибке временной фиксации накопленного массива данных. При дальнейшем увеличении высоты ЛА возникает риск полной потери сигнала на фоне шумов и, соответственно, потери замера высоты. При этом возможна также регистрация ложного сигнала, обусловленная накоплением шумовых выбросов, и соответствующий этому ложный замер высоты ЛА. Такие ошибки делают невозможной регулярную выдачу данных о высоте ЛА, например, при 3D-картографировании [5], когда каждый результат в сетке замеров должен быть достоверным. В иных процедурах допускается пропуск отдельных измерений, но требуется более высокая точность или частота выдачи данных, например, при посадке ЛА.In this procedure, the measurement error depends on the aircraft altitude, since the signal-to-noise ratio in the receiving path decreases at high altitude, and its noise distorts the waveform, which affects the error in temporarily fixing the accumulated data array. With a further increase in aircraft altitude, there is a risk of complete signal loss due to noise and, consequently, loss of height measurement. In this case, it is also possible to register a false signal, due to the accumulation of noise emissions, and the corresponding false measurement of the aircraft altitude. Such errors make it impossible to regularly issue data on aircraft altitude, for example, during 3D mapping [5], when each result in the measurement grid must be reliable. In other procedures, the omission of individual measurements is allowed, but higher accuracy or frequency of data output is required, for example, when landing an aircraft.
Задачей изобретения является обеспечение необходимой точности измерений Δh при заданных вероятности обнаружения сигнала D и вероятности ложного замера W, а также при требуемой частоте обновления информации F в процессе выполнения различных полетных заданий.The objective of the invention is to provide the necessary measurement accuracy Δh at a given probability of detecting a signal D and the probability of false measurement W, as well as at the required frequency of updating information F in the process of performing various flight tasks.
Указанная задача решается за счет того, что в известном способе определения высоты летательного аппарата (ЛА) путем некогерентного накопления при импульсном лазерном локационном зондировании, заключающемся в N-кратном зондировании подстилающей поверхности импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, разделяющим время на нумерованные тактовые интервалы, определяют временное положение отраженного сигнала Th относительно момента излучения зондирующего импульса и вычисляют высоту летательного аппарата по формуле h=cTh/2, где c - скорость света, разбивают диапазон высот на K зон, потолок каждой зоны hK устанавливают согласно полетному заданию, а объем накопления N устанавливают в каждой j-й зоне с учетом амплитуды отраженного сигнала в пределахThis problem is solved due to the fact that in the known method for determining the altitude of an aircraft (LA) by incoherent accumulation during pulsed laser location-based probing, which consists in N-times probing the underlying surface with laser pulses, receiving and recording the signal reflected by the object with its binding to pulses stable clock frequency, dividing time into numbered clock intervals determine the temporal position of the reflected signal relative to the time T h of radiation Ndira pulse and calculating the height of the aircraft by the formula h = cT h / 2, where c - velocity of light, break height range in K bands, the ceiling of each h K zone is set according to the flight mission, and the amount of accumulation of N is set in each j-th zone taking into account the amplitude of the reflected signal within
, ,
гдеWhere
c - скорость света;c is the speed of light;
ΔT - период тактовой частоты;ΔT is the period of the clock frequency;
Δhj - предельно допустимая ошибка измерения высоты в j-й зоне высот;Δh j is the maximum permissible error of height measurement in the j-th zone of heights;
F - частота зондирований;F is the sounding frequency;
Tj - заданный период обновления информации в j-й зоне высот.T j - a given period of updating information in the j-th height zone.
В процессе зондирования можно определять амплитуду отраженного сигнала и, если она превышает заданное значение, то объем накопления Nj устанавливают из условия , а если не превышает, то из условия Nj=FTj.In the process of sensing, it is possible to determine the amplitude of the reflected signal and, if it exceeds a predetermined value, the accumulation volume N j is set from the condition , and if it does not exceed, then from the condition N j = FT j .
Можно также определять отношение амплитуды отраженного сигнала к шуму η и устанавливать объем накопления Nj в пределах равным Nj=(η1/η)2, где η1 - отношение сигнал/шум, обеспечивающее заданные обнаружительные характеристики при Nj=1.You can also determine the ratio of the amplitude of the reflected signal to noise η and set the accumulation volume N j within equal to N j = (η 1 / η) 2 , where η 1 is the signal-to-noise ratio, providing specified detection characteristics at N j = 1.
Границы зон можно, например, устанавливать в соответствии со схемой эшелонирования.The boundaries of the zones can, for example, be set in accordance with the separation scheme.
На фиг. 1 представлен профиль полета летательного аппарата.In FIG. 1 shows a flight profile of an aircraft.
Диапазон высот разбит на три зоны.The height range is divided into three zones.
Первая зона 0≤h≤h1 определяется режимами взлета и посадки. Измерения высоты в этой зоне нужны для обеспечения оптимальных траекторий полета в автоматическом режиме пилотирования. Зона характеризуется высоким уровнем отношения сигнал/шум и, соответственно, высокой достоверностью измерений. В этой зоне требуется большая частота обновления информации, а также высокая точность.The first zone 0≤h≤h 1 is determined by the take-off and landing modes. Altitude measurements in this zone are needed to ensure optimal flight paths in automatic pilot mode. The zone is characterized by a high level of signal-to-noise ratio and, accordingly, high reliability of measurements. In this zone, a high frequency of updating information is required, as well as high accuracy.
Вторая зона h1≤h≤h2 - промежуточная. Измерения в ней производят более редко и с невысокими требованиями по точности и достоверности. Отношение сигнал/шум относительно велико. Измерения высоты в этой зоне служат для контроля высоты полета вне рабочего режима.The second zone h 1 ≤h≤h 2 - intermediate. Measurements in it are made more rarely and with low requirements for accuracy and reliability. The signal to noise ratio is relatively large. Altitude measurements in this area are used to control flight altitude outside the operating mode.
Третья зона h2≤h≤h3 - рабочая. Отношение сигнал/шум в ней минимально, а требования к достоверности измерений - наиболее жесткие.The third zone h 2 ≤h≤h 3 - working. The signal-to-noise ratio in it is minimal, and the requirements for the reliability of measurements are the most stringent.
Кроме указанного разбиения возможно увеличение или уменьшение числа рабочих зон.In addition to the specified partition, an increase or decrease in the number of working zones is possible.
Пример 1. Полетное задание - картографирование местности из третьей зоны.Example 1. Flight mission - mapping the terrain from the third zone.
Пример 2. Полетное задание - транзитный полет по схеме эшелонирования с привязкой второй и третьей зон к соответствующим эшелонам.Example 2. Flight mission - transit flight according to the separation scheme with binding of the second and third zones to the corresponding echelons.
Указанный в таблицах максимальный объем накопления N* ограничен заданным временем Tj обновления информации о высоте. Этот объем может быть уменьшен, если заданные обнаружительные характеристики (вероятность правильного обнаружения и вероятность ложной тревоги) обеспечиваются при фактическом отношении сигнал/шум. Необходимый при этом объем накопления N** в указанных пределах может быть определен по формуле N**=(η1/η)2, где η1 - отношение сигнал/шум, обеспечивающее заданные обнаружительные характеристики при Nj=1.The maximum accumulation volume N * indicated in the tables is limited by a predetermined time T j for updating the height information. This volume can be reduced if predetermined detection characteristics (probability of correct detection and probability of false alarm) are provided with the actual signal-to-noise ratio. The required accumulation volume N ** within the specified limits can be determined by the formula N ** = (η 1 / η) 2 , where η 1 is the signal-to-noise ratio, providing specified detection characteristics for N j = 1.
Пример 3. Полетное задание - картографирование местности из третьей зоны. Объем накопления определяется по текущему значению отношения сигнал/шум при η1=5.Example 3. Flight mission - mapping the terrain from the third zone. The accumulation volume is determined by the current signal-to-noise ratio for η 1 = 5.
Как видно из приведенных примеров, предлагаемое изобретение позволяет эффективно согласовывать противоречивые требования к точности измерений, обнаружительным характеристикам и частоте обновления информации при определении высоты летательного аппарата в различных режимах полета и, тем самым, расширить возможности его эксплуатации, в частности за счет увеличения диапазона рабочих высот.As can be seen from the above examples, the present invention allows you to effectively reconcile conflicting requirements for measurement accuracy, detection characteristics and the frequency of updating information when determining the height of the aircraft in different flight modes and, thereby, expand the capabilities of its operation, in particular by increasing the range of operating heights .
Тем самым, подтверждено выполнение поставленной задачи - обеспечение необходимой точности измерений Δh при заданных вероятности обнаружения сигнала D и вероятности ложного замера W, а также при требуемой частоте обновления информации F в процессе выполнения различных полетных заданий.This confirms the fulfillment of the task - ensuring the necessary measurement accuracy Δh at a given probability of detecting a signal D and the probability of false measurement W, as well as at the required frequency of updating information F in the process of performing various flight tasks.
Источники информацииInformation sources
1. В.А. Смирнов. Введение в оптическую радиоэлектронику. - М.: Советское радио, 1973 г., с. 189.1. V.A. Smirnov. Introduction to optical electronics. - M .: Soviet Radio, 1973, p. 189.
2. В.Г. Вильнер и др. Оценка возможностей светолокационного импульсного измерителя дальности с накоплением. «Фотоника», №6, 2007 г., с. 22-26 - прототип.2. V.G. Vilner et al. Evaluation of the capabilities of a radar pulse range meter with accumulation. "Photonics", No. 6, 2007, p. 22-26 is a prototype.
3. В.Г. Вильнер и др. Способ некогерентного накопления светолокационных сигналов. Патент РФ №2455615 по з-ке №2011101613/28, 18.01.2011.3. V.G. Vilner et al. A method of incoherent accumulation of radar signals. RF patent No. 2455615 for z-ke No. 20111101613/28, 01/18/2011.
4. Малогабаритный лазерный высотомер ДЛ-5М. «Фотоника» №3, 2013 г., с. 55.4. Small-sized laser altimeter DL-5M. "Photonics" No. 3, 2013, p. 55.
5. Медведев Е.М. Лазерная локация и аэрофототопография. Сборник статей. - М.: Проспект, 2006. - 60 с.5. Medvedev EM Laser location and aerial photography. Digest of articles. - M .: Prospect, 2006 .-- 60 p.
Claims (4)
,
где
c - скорость света;
ΔT - период тактовой частоты;
Δhj - предельно допустимая ошибка измерения высоты в j-й зоне высот;
F - частота зондирований;
Tj - заданный период обновления информации в j-й зоне высот.1. A method for determining the altitude of an aircraft (LA) by incoherent accumulation during pulsed laser location-based sensing, which consists in N-times probing the underlying surface with laser pulses, receiving and recording the signal reflected by the object with its reference to pulses of a stable clock frequency, dividing the time into numbered clock intervals, determine the temporary position of the reflected signal T h relative to the moment of radiation of the probe pulse and calculate the height of the a apparatus according to the formula h = c T h / 2, where c is the speed of light, characterized in that they divide the height range into K zones, the ceiling of each zone h K is set according to the flight task, and the accumulation volume N is set in each j-th zone with taking into account the amplitude of the reflected signal within
,
Where
c is the speed of light;
ΔT is the period of the clock frequency;
Δh j is the maximum permissible error of height measurement in the j-th zone of heights;
F is the sounding frequency;
T j - a given period of updating information in the j-th zone of heights.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123290/28A RU2558694C1 (en) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Determination of aircraft altitude |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123290/28A RU2558694C1 (en) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Determination of aircraft altitude |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2558694C1 true RU2558694C1 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=53795988
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014123290/28A RU2558694C1 (en) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Determination of aircraft altitude |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2558694C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113950097A (en) * | 2017-09-15 | 2022-01-18 | 北京小米移动软件有限公司 | Cell measurement method and device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6559932B1 (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-06 | Raytheon Company | Synthetic aperture ladar system using incoherent laser pulses |
US6643000B2 (en) * | 2002-01-17 | 2003-11-04 | Raytheon Company | Efficient system and method for measuring target characteristics via a beam of electromagnetic energy |
RU2359227C1 (en) * | 2007-10-26 | 2009-06-20 | Валерий Григорьевич Вильнер | Method of optical location range finding |
US20110032509A1 (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-10 | Faro Technologies, Inc. | Absolute distance meter with optical switch |
US20130258312A1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-10-03 | PulsedLight, LLC, | Optical distance measurement device |
-
2014
- 2014-06-09 RU RU2014123290/28A patent/RU2558694C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6559932B1 (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-06 | Raytheon Company | Synthetic aperture ladar system using incoherent laser pulses |
US6643000B2 (en) * | 2002-01-17 | 2003-11-04 | Raytheon Company | Efficient system and method for measuring target characteristics via a beam of electromagnetic energy |
RU2359227C1 (en) * | 2007-10-26 | 2009-06-20 | Валерий Григорьевич Вильнер | Method of optical location range finding |
US20110032509A1 (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-10 | Faro Technologies, Inc. | Absolute distance meter with optical switch |
US20130258312A1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-10-03 | PulsedLight, LLC, | Optical distance measurement device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113950097A (en) * | 2017-09-15 | 2022-01-18 | 北京小米移动软件有限公司 | Cell measurement method and device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110749898B (en) | Laser radar ranging system and ranging method thereof | |
US10830881B2 (en) | Active signal detection using adaptive identification of a noise floor | |
RU2100820C1 (en) | High-precision landing system for tracing plane along given trajectory in effective range of ground responder | |
EP3301457B1 (en) | Laser air data sensor mounting and operation for eye safety | |
KR101387664B1 (en) | A terrain-aided navigation apparatus using a radar altimeter based on the modified elevation model | |
SE455541B (en) | PROCEDURE FOR CONTROL OF ENERGY BY METS SIGNALS FROM A CLOUD HEIGHT METER AND CLOUD HEAD METERS FOR IMPLEMENTATION OF THE PROCEDURE | |
US20160003945A1 (en) | Laser rangefinder and method of measuring distance and direction | |
US8279423B2 (en) | Computation of wind velocity | |
US20050174560A1 (en) | Multi-beam laser rangefinder | |
JP2015219120A (en) | Distance measuring apparatus | |
US11513197B2 (en) | Multiple-pulses-in-air laser scanning system with ambiguity resolution based on range probing and 3D point analysis | |
RU2633962C1 (en) | Method for determining location of scanning radar station with passive multilayer pelengator | |
RU2307375C1 (en) | Method for measurement of elevation angle of low-altitude target and radar for its realization | |
RU2436116C1 (en) | Method of determining range to earth's surface | |
Rieger et al. | Resolving range ambiguities in high-repetition rate airborne light detection and ranging applications | |
RU2510043C1 (en) | Method of determining range to earth's surface | |
CN107817501B (en) | Point cloud data processing method with variable scanning frequency | |
RU2558694C1 (en) | Determination of aircraft altitude | |
US7315280B2 (en) | Coherent geolocation system | |
RU2560011C1 (en) | Laser range finder | |
RU2372626C1 (en) | Method of determining distance to earth's surface | |
Rieger et al. | Resolving range ambiguities in high-repetition rate airborne lidar applications | |
RU2348981C1 (en) | Method of independent formation of landing information for flying machine and system for its realisation (versions) | |
RU2557999C1 (en) | Measuring method of very low flight altitude of plane, mainly hydroplane above water surface and sea disturbance parameters | |
RU2348944C1 (en) | Method of independent formation of landing information for flying machine and system for its realisation (versions) |