Методы и алгоритмы позиционирования в авиационных нашлемных информационно-управляющих системах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат наук Павлов Олег Вячеславович

• Павлов Олег Вячеславович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Павлов Олег Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ

1 СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ШЛЕМА В НАШЛЕМНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМАХ

1. 1 Назначение и основные требования, предъявляемые к НИУС

1.2 Способы реализации систем позиционирования НИУС

1.2.1 Электроакустические СП

1.2.2 Электромагнитные СП

1.2.3 Оптико-электронные СП

1.2.4 Инерциальные СП

1.2.5 Сравнительные характеристики различных типов СП

1.3 Оптико-электронная СП нашлемных систем целеуказания «Щель-ЗУМ» и «Сура»

1.4 Выводы по первой главе

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

2.1 Основные принципы построения оптико-электронных СП

2.2 Калибровка видеокамеры

2.2.1 Оценка матрицы внутренних параметров

2.2.2 Оценка параметров дисторсии

2.3 Алгоритмы определения пространственной ориентации объекта с реперными излучателями по информации от одной камеры

2.3.1 Алгоритмы PnP

2.3.2 Решение задачи P4P с применением SVD разложения

2.3.3 Решение задачи P4P с применением алгоритма EPnP

2.3.4 Решение задачи P4P с применением алгоритма RPnP

2.3.5 Уточнение решения задачи P4P с применением алгоритма минимизации Левенберга - Марквардта

2.4 Алгоритмы определения пространственной ориентации объекта с реперными излучателями по информации от двух камер

2.5 Разработка алгоритма автоматического выбора активного реперного светодиодного кластера

2.5.1 Алгоритм выбора номера кластера по критерию максимума площади его изображения

2.5.2 Разработка алгоритма выбора номера кластера по критерию максимума пикового отношения сигнал-шум на отметках реперов на изображении

2.5.3 Результаты математического моделирования однокамерной СП с использованием различных алгоритмов выбора номера реперного кластера

2.6 Разработка метода расширения диапазона рабочих углов оптико-электронной СП путем адаптации к работе по данным от одной либо от двух камер

2.7 Выводы по второй главе

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ ДАННЫХ ОТ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ И ИНЕРЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

3. 1 Применение инерциальных микроэлектромеханических датчиков в системах инерциальной навигации

3.2 Математическое описание поворота в трехмерном пространстве по данным от инерциальных датчиков

3.2.1 Кинематические уравнения

3.2.2 Использование кватернионов

3. 3 Калибровка микроэлектромеханических датчиков

3.3.1 Калибровка трехосного MEMS акселерометра

3.3.2 Калибровка трехосного MEMS гироскопа

3.3.3 Термокомпенсация и термостатирование MEMS датчиков

3.4 Алгоритм вычисления угловых координат инерциальной системы позиционирования

3. 5 Компенсация угловых перемещений, вызванных маневрированием ЛА

3. 6 Разработка метода комплексирования угловых координат от оптико-электронной и инерциальной систем позиционирования на основе комплементарного фильтра Калмана

3.6.1 Структурная схема, реализующая разработанный метод комплексирования

3.6.2 Кватернионное представление разработанного метода комплексирования

3.7 Алгоритм привязки систем координат носителя, нашлемного реперного модуля, оптико-электронных датчиков и инерциального датчика

3. 8 Выводы по третьей главе

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1 Экспериментальная отработка оптико-электронной СП при решении задачи Р4Р с применением алгоритма минимизации Левенберга - Марквардта

4.2 Экспериментальные исследования инерциальной СП

4.3 Экспериментальные исследования опытного образца изделия НСЦИ-В

4.3.1 Экспериментальные исследования метода расширения диапазона рабочих углов СП путем адаптации к работе по данным от одной либо от двух камер

4.3.2 Экспериментальные исследования метода комплексирования угловых координат в гибридной системе позиционирования

4.4 Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и алгоритмы позиционирования в авиационных нашлемных информационно-управляющих системах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Одной из составных частей БРЭО современных самолетов и вертолетов являются нашлемные информационно-управляющие системы (НИУС), объединяющие функции защитного шлема, отображения визуальной информации, выдачи целеуказания, управления оптико-электронными системами и вооружением.

Проблемы разработки НИУС носят комплексный характер и объединяют сферы оптики, электроники, цифровой обработки сигналов и изображений, новейших конструкционных материалов и технологий. Ключевыми элементами НИУС являются нашлемный дисплей и система определения пространственной ориентации шлема, называемая также системой позиционирования (СП).

Для решения задач целеуказания, прицеливания и пилотирования летательного аппарата (ЛА) СП должна обеспечивать определение направления визирования летчика путем непрерывного отслеживания ориентации головы в шлеме в системе координат ЛА и выдачи угловых координат положения шлема в бортовой вычислитель.

Известны способы определения положения подвижных объектов на основе измерения характеристик магнитного поля, акустических измерений, принципов инерциальной навигации, геометрического анализа изображения реперных элементов на поверхности объекта.

Предъявляемые к СП современных НИУС высокие технические требования по диапазону и динамике рабочих перемещений шлема, погрешности измерения, помехоустойчивости, габаритам и массе нашлемной части, с одной стороны, и наличие определенных ограничений, свойственных различным методам измерений, с другой стороны, не позволяют реализовать СП, удовлетворяющую всей совокупности требований с применением только одного физического принципа. Так, например, СП, основанная на электромагнитном принципе, обладает широким диапазоном рабочих

перемещений, но низкими помехоустойчивостью и стабильностью, а СП, основанная на оптико-электронном принципе, может иметь высокую точность, но в ограниченном диапазоне рабочих перемещений.

Ключом к решению проблемы может стать объединение в одной СП нескольких подсистем, основанных на различных физических принципах, что позволит компенсировать недостатки одних подсистем преимуществами других.

Степень разработанности темы. Исследованию научно-технических вопросов в области создания СП подвижных объектов посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых и исследователей. Существенный вклад в развитие этого направления внесли Алпатов Б.А., Степашкин А.И., Балашов О.Е., Желамский М.В., Сычевский С.Е., Буняков В.А., Бурдыгин А.И., Нечаев А.И., Глущенко В.Т., Луканцев В.Н., Пешехонов В.Г., Коркишко Ю.Н., Челноков Ю.Н., а также O. Faugeras, R. Hartley, A. Zisserman, Z. Zhang, S. Prince, R. Szeliski, M. Fischler, R. Bolles, R. Haralick, B. Horn, E. Foxlin, V. Lepetit, S. Li, C. Xu, R. Mahony, S. Madgwick.

Большую активность на рынке СП для систем виртуальной и дополненной реальности, а также для нашлемных систем авиационных тренажеров и боевых ЛА проявляют фирмы Ascencion Technology (США), POLHEMUS (США), Intersence (США), Thales Visionix (США), Elbit Systems (Израиль), Airbus DS Optronics (ЮАР).

Состояние разработки и внедрения отечественных авиационных НИУС и входящих в их состав СП нельзя считать удовлетворительным. В настоящее время российская истребительная авиация оснащена устаревшей нашлемной системой целеуказания типа «Сура» украинского производства и ее российским аналогом НСЦ-Т, выпускаемым ОКБ «Электроавтоматика». На серийно выпускаемых российских вертолетах подобные системы не устанавливались.

Цель диссертации заключается в разработке методов и алгоритмов повышения точности, расширения рабочего диапазона угловых координат, обеспечения стабильности и бесперебойности функционирования СП в составе авиационных НИУС.

Основные задачи работы:

- проведение сравнительного анализа существующих методов и алгоритмов определения положения подвижных объектов и выявление наиболее пригодных для достижения поставленной цели;

- разработка алгоритма автоматического выбора активного светодиодного кластера, обеспечивающего снижение погрешности оценки угловых координат оптико-электронной СП;

- разработка метода расширения диапазона рабочих углов оптико-электронной СП, основанного на адаптации системы к работе по данным от одной либо от двух камер;

- разработка метода комплексирования оптико-электронной и инерциальной СП с объединением их в гибридную СП.

- разработка методик оценки характеристик СП и проведение экспериментальных исследований.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись математические методы проективной геометрии, численные методы оптимизации, численные методы определения ориентации твердого тела по вектору угловой скорости, методы имитационного моделирования и постановки натурного эксперимента.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в ней разработаны методы и алгоритмы, позволяющие в 1,4 раза снизить погрешность и в среднем на 14 % расширить азимутальный диапазон угловых координат оптико-электронной СП, а также обеспечить бесперебойное отслеживание гибридной СП угловых координат положения шлема в диапазоне ±180° по азимуту и ±90° по углу места со

среднеквадратической погрешностью не более 20' на ограниченном временном интервале работы инерциальной подсистемы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Алгоритм автоматического выбора активного светодиодного кластера, основанный на использовании критерия максимума пикового отношения сигнал-шум на отметках реперов, обеспечивающий снижение погрешности оценки угловых координат оптико-электронной СП до 1,4 раза по сравнению с алгоритмом выбора активного кластера по критерию максимума площади его изображения.

2 Метод расширения диапазона рабочих углов оптико-электронной СП, основанный на адаптации системы к работе по данным от одной либо от двух камер в зависимости от наблюдения/не наблюдения одновременно обеими камерами хотя бы одного трехреперного кластера, позволяющий увеличить диапазон рабочих углов в азимутальной плоскости в среднем на 14 % по сравнению с СП, постоянно работающей по данным от двух камер, при сохранении среднеквадратической погрешности определения угловых координат.

3 Метод комплексирования данных от оптико-электронной и инерциальной СП, основанный на использовании комплементарного фильтра Калмана, обеспечивающий непрерывную выдачу угловых координат при кратковременном отсутствии реперных излучателей в поле зрения камер и позволяющий расширить рабочий диапазон определения угловых координат по азимуту и углу места не менее, чем на 50 %, по сравнению с оптико-электронной СП, при среднеквадратической погрешности не более 20' на ограниченном временном интервале работы инерциальной СП без коррекции.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанные методы и алгоритмы обеспечивают повышение точности, расширение диапазона рабочих углов, достижение стабильности и бесперебойности

функционирования СП в составе опытного образца бортовой НИУС боевого вертолета.

Реализация и внедрение. Диссертация выполнена в ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина» на основе результатов, полученных в Научно-конструкторском центре видеокомпьютерных технологий АО «Государственный рязанский приборный завод» (АО «ГРПЗ») в рамках участия в выполнении НИР «Разработка унифицированной нашлемной информационно-управляющей системы для дистанционного управления вооружением и подвижными объектами военной техники различных родов войск» (шифр - «Шлем-2», заказчик - МО РФ), СЧ ОКР «Разработка нашлемной системы целеуказания и индикации» (шифр - «Визир», заказчик - АО «Камов»), ОКР «Разработка типового ряда интегрированных в защитный шлем летчика систем целеуказания и индикации для модернизируемых и перспективных авиационных комплексов фронтовой авиации и боевых вертолетов с использованием унифицированных модулей» (шифр - «ЛУЧ-1», заказчик -МО РФ, СЧ ОКР «Участие в подготовке и проведении ПИ и ГСИ изделия «296» в части НСЦИ-В» (шифр - «Авангард-НСЦИ», заказчик - АО «Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля»).

Результаты диссертационной работы внедрены в АО «ГРПЗ» в опытных образцах изделия НСЦИ-В и в контрольно-проверочном стенде для отладки и проведения испытаний изделия НСЦИ-В, в АО «МВЗ им. М.Л. Миля» в изделии «296», а также в учебном процессе кафедры «Электронные вычислительные машины» РГРТУ в дисциплинах «Специализированные ЭВМ», направление подготовки - 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» (программа бакалавриата) и «Системы технического зрения», направление подготовки - 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» (программа магистратуры).

Достоверность полученных результатов подтверждена результатами математического моделирования, лабораторных исследований и стендовой отработки макетов, а также положительными результатами предварительных и межведомственных испытаний опытных образцов изделия НСЦИ-В на соответствие требованиям технического задания.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

- 1-ой Всероссийской научно-практической конференции «Устройства измерения, сбора и обработки сигналов в информационно-управляющих комплексах (Ульяновск, 2011 г.),

- научно-технической конференции «Техническое зрение в системах управления - 2011» (Москва, 2011 г.),

- IX Всероссийской конференции «Новые технологии» (Москва, 2012 г.),

- научно-технической конференции «Техническое зрение в системах управления - 2015» (Москва, 2015 г.),

- Х юбилейном международном форуме «Оптические системы и технологии» в рамках III тематической научно-технической конференции «Новые разработки оптико-электронных и лазерно-локационных систем и технологий для летательных аппаратов» (Москва, 2015 г.),

- 2-ой Всероссийской конференции «Перспективы развития систем ориентирования, навигации и топопривязки наземных подвижных объектов «Навигация-2015» (Суздаль, 2015 г.),

- Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной науки и производства» (Рязань, 2016 г.),

- II Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной науки и производства» (Рязань, 2017 г.),

- 3-й Всероссийской научно-технической конференции «Навигация, наведение и управление летательными аппаратами» (Москва, 2017 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы, из них пять статей в научных изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, одна из них в издании, включенном в международную базу SCOPUS, семь статей в прочих изданиях, три тезиса докладов на конференциях, шесть патентов РФ, одна зарегистрированная заявка на изобретение, одно учебное пособие для студентов ВУЗов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка используемых источников и приложения. Текст работы содержит 143 страницы, 40 рисунков и 6 таблиц. Список используемых источников включает 111 наименований. В приложении приведены документы о внедрении и практическом использовании результатов диссертации.

1 СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ

ОРИЕНТАЦИИ ШЛЕМА В НАШЛЕМНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМАХ

1.1 Назначение и основные требования, предъявляемые к НИУС

Информационно-управляющее поле кабины современного ЛА отличается большим количеством предоставляемой пилоту информации о текущем положении ЛА в пространстве, параметрах полета, режимах работы бортовых систем и агрегатов, характеристиках целей и состоянии вооружения [1]. Такой поток информации перегружает внимание летчика и отвлекает его от процесса ручного пилотирования по визуальным ориентирам. Особенно это проявляется в режимах маловысотного полета и посадки в сложных погодных условиях и ночью. Летчик вынужден постоянно отвлекаться от наблюдения наружной пилотажной обстановки и переводить взгляд на приборную панель, что значительно повышает риск потери пространственной ориентировки и возникновения критической ситуации. Отсюда возникает задача обеспечения контроля полета и прицеливания без перевода взгляда летчика на приборную панель. Частично эта задача решается применением коллиматорного индикатора на лобовом стекле (ИЛС), однако информацию с него летчик считывает только тогда, когда смотрит прямо вперед. Для непрерывной индикации летчику оперативной информации, в какую бы сторону он ни смотрел, необходимо разместить коллиматорный индикатор на летном шлеме непосредственно перед глазами [2].

Поскольку нашлемный индикатор вместе с головой постоянно изменяет свое положение в пространстве кабины ЛА, а ряд пилотажных, навигационных и прицельных символов, таких как авиагоризонт, линия тангажа, курсовые метки, отметки целей и т.д., должны быть ориентированы относительно пространственного положения самого ЛА, положение этих символов в поле индикации нашлемного индикатора должно изменяться в

зависимости от текущего положения головы (шлема) в системе координат ЛА. Таким образом, необходимо с достаточной точностью постоянно отслеживать угловые координаты положения шлема в системе координат ЛА и использовать эту информацию при формировании и отображении информационных кадров.

Другой задачей, требующей точного определения углового положения шлема, является задача целеуказания управляемым авиационным средствам поражения. Летчик поворотом головы совмещает отображаемое на нашлемном индикаторе прицельное перекрестие с визуально наблюдаемой целью, которая может находиться не только прямо по курсу, но и в любой зоне обозреваемого пространства. Поскольку шлем и коллиматорный нашлемный индикатор жестко связаны конструктивно, угловые координаты линии визирования летчика и шлема совпадают, при этом угловые координаты положения шлема передаются как координаты целеуказания в комплекс бортового вооружения с последующим захватом отмеченной цели на автоматическое сопровождение.

Сопряжение нашлемного индикатора с управляемой бортовой оптико-электронной системой, расположенной на фюзеляже ЛА, дает возможность отображать летчику пилотажную картину от низкоуровневых телекамер и тепловизоров, что значительно расширяет возможности по пилотированию в сложных погодных условиях и ночью [3]. Текущее пространственное положение шлема управляет направлением визирования оптико-электронной системы, реализуя таким образом возможность наблюдения окружающего пространства как бы сквозь пол и другие непрозрачные элементы конструкции кабины ЛА.

Длительная фиксация головы в неподвижном положении, либо специфические хаотичные ее перемещения могут свидетельствовать о критическом состоянии летчика, которое должно быть вовремя обнаружено. Динамика и траектория движения головы, получаемые в результате

отслеживания перемещений шлема, могут использоваться в бесконтактной бортовой системе безопасности полётов для автоматического анализа психофизического состояния летчика и предотвращения возникновения инцидентов.

Учитывая комплексный характер решаемых на борту задач, можно говорить о комбинации защитного шлема, нашлемной системы индикации и системы отслеживания положения шлема (системы позиционирования) как о информационно-управляющей системе, являющейся существенной частью информационно-управляющего поля кабины и обеспечивающей, наряду с предоставлением членам экипажа контекстной визуальной информации, управление сопряженными бортовыми системами [4].

Первые нашлемные системы предназначались исключительно для целеуказания управляемым ракетам (УР) класса «воздух-воздух» с инфракрасными головками самонаведения (ГСН) и поэтому получили название «нашлемные системы целеуказания» (НСЦ). Используя НСЦ, летчик осуществляет визуальный поиск цели и поворотом головы совмещает перекрестие НСЦ с наблюдаемой целью. Синхронно с поворотами головы (шлема) поворачивается сенсор ГСН УР с узким полем зрения (от 1 до 2°). При попадании цели в поле зрения ГСН УР производится ее автоматический захват по угловым координатам и вырабатывается сигнал готовности к пуску. Далее летчик производит выбор УР и осуществляет пуск.

Такая система позволяет в ближнем воздушном бою значительно ускорить атаку цели, экономя время, необходимое для выполнения маневра захода на цель прямо по курсу, и избегая воздействия высоких полетных перегрузок, что обеспечивает значительный прирост боевой эффективности ЛА.

Исходя из тактики решения задачи целеуказания к НСЦ предъявляются следующие требования:

- минимальное заслонение поля зрения летчика элементами конструкции НСЦ, высокое сквозное пропускание системы отображения, минимизированное количество отображаемых символов;

- обеспечение отслеживания углов ориентации шлема в пределах, ограниченных остеклением фонаря кабины, физическими возможностями летчика и углами поворота ГСН УР (сенсоры ГСН УР способны поворачиваться в пределах ±90°);

- обеспечение отслеживания поворотов шлема в диапазоне угловых скоростей, соответствующем диапазону угловых скоростей приводов ГСН УР (современные ГСН УР позволяют осуществлять прокачку с угловой скоростью до 60°/с);

- точность отслеживания ориентации шлема в заданном диапазоне углов поворота и диапазоне угловых скоростей должна быть не менее 20 угловых минут для обеспечения четкого захвата цели ГСН УР;

- яркость отображения символьной информации должна автоматически регулироваться для адаптации к различной яркости фона и обеспечивать

Л

видимый контраст символов при яркости фона до 30 000 кд/м ;

- совокупная масса защитного шлема и нашлемной части НСЦ не должна превышать 1,6...2 кг исходя из требований безопасности катапультирования и возможности воздействия перегрузок до 9 g в маневренных воздушных боях.

По сравнению с первыми НСЦ современные НИУС имеют широкое поле индикации, изображение проецируется на прозрачный защитный щиток шлема (визор), а к функции прицеливания добавились функции индикации пилотажно-навигационной информации и ночного видения.

Совместно с БРЭО самолета или вертолета НИУС должна обеспечивать:

- отображение изображения от оптико-электронной прицельной системы (ОЭПС) и оптико-электронной визирной системы (ОЭВС) летчика;

- формирование и индикацию знакографической пилотажной и прицельной информации;

выдачу угловых координат положения шлема летчика для управления направлением визирования ОЭВС, обеспечения целеуказания ГСН УР, ОЭПС, бортовой радиолокационной системе, подвижной пушечной установке.

Современные НИУС имеют полноценные нашлемные индикаторы с широким полем зрения, способные отображать произвольную символьную информацию и растровые изображения от бортовых сенсоров. Один из возможных вариантов отображения символьной информации в НИУС показан на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Пример информационного кадра НИУС

Конструктивно НИУС разделяется на устройства, размещаемые на голове летчика, и устройства, расположенные в кабине и в отсеках ЛА. При этом нашлемная часть может быть выполнена в виде отдельного легкосъемного модуля, устанавливаемого на стандартном шлеме с помощью

специального кронштейна, либо может жестко интегрироваться (встраиваться) в шлем.

В наибольшей степени на компоновку шлема и нашлемной части НИУС влияет необходимость сведения к минимуму суммарной весовой нагрузки на голову летчика. Эта нагрузка зависит не только от общей массы снаряженного шлема, но и от распределения этой массы относительно шейных позвонков. Необходимость снижения весовой нагрузки на голову, обеспечения требований безопасности и работоспособности в широком диапазоне внешних воздействий приводит к концепции интегрального шлема, в котором нашлемные элементы НИУС, защитная каска, светофильтр, кислородная маска и гарнитура (микрофон, наушники) объединены в единую конструкцию. Кроме того, широкое разнообразие антропометрических данных головы и параметров зрения требуют наличия элементов для индивидуальной подгонки и регулировки оптической системы нашлемного индикатора, а также новых конструктивных решений, как самой каски шлема, так и его внутренней оснастки (подшлемника) с возможностью адаптации под конкретного пользователя.

В результате оптимизации конструкции под различные задачи боевого применения, условия эксплуатации и аварийного покидания ЛА, возникло два класса НИУС - самолетные и вертолетные.

Одной из наиболее распространенных на сегодняшний день НИУС для самолетов-истребителей является система HMSD TopSight-E французской фирмы Thales Avionics (рисунок 1.2). Эта система устанавливается на истребителях Mirage, Rafale, а также на экспортном исполнении истребителей МиГ-29К/КУБ. Система TopSight-E представляет собой сочетание модульного защитного летного шлема и электронного оборудования индикации, осуществляющего визуализацию в зависимости от позиционирования головы летчика. Технические характеристики системы TopSight-E приведены в таблице 1. 1

Рисунок 1.2 - Интегральный шлем HMDSS TopSight-E

Таблица 1.1- Технические характеристики HMSD TopSight-E

Наименование Thales, Topsight-E

Объект применения Mirage, Rafale

Количество каналов отображения 1 (монокуляр)

Угловые размеры поля индикации 020°

Диаметр выходного зрачка 15 мм

Глазной рельеф 60 мм

Коэфф. сквозной передачи 0,8

Разрешение индикатора (в центре) 4'

Тип индикатора ЭЛТ

Цвет свечения Зеленый

Отображение символьной информации есть

Отображение растровой видеоинформации нет

Цифровая обработка изображений нет

Диапазон определения угловых координат положения шлема По азимуту По углу места от -150° до 150° от -60° до 90°

Погрешность определения угловых координат положения шлема в центральной зоне 20'

Тип системы позиционирования Электромагнитная

Частота обновления координат 100 Гц

Масса на голове 1,6 кг

НИУС вертолетного применения кроме выполнения функций целеуказания и прицеливания должны обеспечивать возможность пилотирования и распознавания объектов наземной фоно-целевой обстановки ночью и в сложных метеоусловиях [5]. Для решения этих задач вертолетные НИУС должны иметь широкие поля зрения, не менее 40x30°, бинокулярную оптическую систему и должны сопрягаться с оптико-электронными приборами ночного видения. Необходимость реализации бинокулярной индикации с широкими полями зрения приводит к неизбежному увеличению габаритов и массы нашлемной части вертолетных НИУС, однако меньшие, в сравнении с самолетом-истребителем, значения перегрузок, действующих на летчика в полете и при аварийном покидании вертолета, допускают такое увеличение в пределах эргономических норм.

К преимуществам НИУС с приборами ночного видения на шлеме следует отнести наличие стереоскопического эффекта при бинокулярном построении оптической системы и привычный характер формируемого изображения, что позволяет пилотировать ночью по правилам дневного пилотирования. Проблемной стороной таких систем является недостаток чувствительности и разрешающей способность нашлемных приборов ночного видения, снижение дальности видимости за счет ослабляющего фактора бронестекла кабины, а также необходимость светотехнической адаптации внутрикабинных приборов и индикаторов.

При сопряжении с пилотажной ОЭС обзор в широкой зоне осуществляется путем управления угловым положением линии визирования ОЭС от НИУС, таким образом, голова в шлеме и сенсоры ОЭС поворачиваются синхронно (рисунок 1.3). В этом случае достигаются значительно большие дальности обнаружения и распознавания объектов по сравнению с нашлемным расположением приборов ночного видения, появляется возможность пилотирования вертолета в сложных погодных условиях (туман, дым, снег).

Бортовое радио-электронное оборудование

Мультиплексный канал информационного обмена ]

Пилотажная оптико-электронная ' система 1 ' 1 1 Датчики позиционирования

Тепловизионный Телевизионный канал канал

Рисунок 1.3 - Взаимодействие НИУС и пилотажной ОЭС

Наиболее распространенной на сегодняшний день НИУС для боевых вертолетов является система HMSD TopOwl фирмы Thales Avionics (рисунок 1.6). Эта система устанавливается на вертолеты Tiger, NH90, Rooivalk. Система TopOwl представляет собой сочетание модульного защитного летного шлема и электронного оборудования индикации, осуществляющего бинокулярную визуализацию в зависимости от позиционирования шлема летчика. В составе нашлемного модуля системы TopOwl имеются съемные приборы ночного видения на базе электронно-оптических преобразователей.

Рисунок 1.4 - Интегральный шлем HMSD TopOwl

В таблице 1.2 приведены технические характеристики системы HMSD TopOwl фирмы Thales Avionics.

Таблица 1.2 - Технические характеристики HMSD TopOwl

Наименование Значение

Количество каналов отображения 2 (бинокуляр)

Угловые размеры поля зрения 30°х40°

Размер выходного зрачка 15х10 мм

Клиренс 60 мм

Коэфф. сквозной передачи >0,6

Разрешение индикатора 6'

Тип индикатора ЭЛТ (Mk I), ЖК (Mk II)

Цвет свечения Зеленый

Отображение символьной информации Есть

Отображение растровой видеоинформации Есть

Цифровая обработка изображений Нет

Диапазон определения угловых координат

положения шлема:

По азимуту По углу места От -120° до 120° От -70° до 45°

Погрешность определения угловых 20'

координат шлема в центральной зоне

Тип системы позиционирования Электромагнитная

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Павлов Олег Вячеславович, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Moir, I. Military Avionics Systems / Ian Moir, Allan G. Seabridge // John Wiley & Sons, 2006. - 520 p.

2. Helmet-mounted displays: Sensation, perception and cognition issues/ edited by Clarence E. Rash, Michael B. Russo, Tomasz R. Letowski and Elmar T. Schmeisser // U.S. Army Aeromedical Research Laboratory, Fort Rucker, Alabama. - 950 p.

3. Богданов, А.П. Технологии улучшенного видения в обзорных авиационных системах технического зрения / Богданов А.П., Костяшкин Л.Н., Павлов О.В., Романов Ю.Н. Холопов И.С. // Радиотехника. - 2017. -№ 8. - С. 38-45.

4. Никифоров, М.Б. Нашлемная информационно-управляющая система для подвижных наземных объектов / Никифоров М.Б., Павлов О.В. // Оборонная техника: научно-технический сборник. № 11-12. - М.: НТЦ «Информтехника» - филиал ФГУП «НИИСУ», 2015. - с. 170-174.

5. Костяшкин, Л.Н. Проблемные аспекты разработки нашлемных систем целеуказания и индикации для вертолетов / О.В. Павлов, Д.В. Трофимов, Л.Н. Костяшкин // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2009. -№ 3. - С. 57-63.

6. Патент РФ № 2449242, МПК G01B 17/00, F41G 3/22. Ультразвуковая нашлемная система позиционирования / Георгадзе Г.Б., Рассветалов Л.А.; заявитель и патентообладатель Новгородский государственный университет - № 2010151938/28; заявл. 17.12.2010; опубл. 27.04.2012.

7. Годунов, В.А. Вопросы теории позиционирования подвижного объекта в магнитном поле / В.А. Годунов, М.В. Желамский, Д.В. Степанов, Д.А. Третьяков // Авиакосмическое приборостроение. - 2003. - № 8.

8. Глущенко, В.Т. Развитие оптико-электронных систем позиционирования нашлемных систем целеуказания и индикации / В.Т. Глущенко // Оптический журнал. - 2012. - Т. 79, № 12. - С. 56-61.

9. Ачильдиев, В.М. Микроминиатюрные системы позиционирования на основе микромеханических акселерометров и гироскопов для нашлемных систем целеуказаний и индикации / В.М. Ачильдиев, Ю.К. Грузевич, В. А. Солдатенков, С.С. Рязанов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». - 2008. - №4. - с. 56-64.

10. Сенаторов, В. Н. Нашлемная система целеуказания / В. Н. Сенаторов, А.

B. Палехин // Артиллерийское и стрелковое вооружение. - 2008. - № 4. -

C. 11-14.

11.Патент РФ № 2216705, МПК G01S 5/16, G01B 11/26, F41G 3/22. Система целеуказания / В.Т. Глущенко, А.А. Борисюк; заявитель и патентообладатель Глущенко В.Т. - № 2000104880/02; заявл. 29.02.2000; опубл. 20.11.2003.

12.Hartley, R. Multiple View Geometry in Computer Vision / R. Hartley, A. Zisserman: 2nd edition. - Cambridge: Cambridge University Press, 2003. -656 р.

13.Грузман, И.С. Цифровая обработка изображений в информационных системах: учеб. пособие / И.С. Грузман, В.С. Киричук, В.П. Косых, Г.И. Перетягин, А.А. Спектор. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. -352 с.

14.Гошин, Е.В. Решение задачи автокалибровки камеры с использованием метода согласованной идентификации / Е.В. Гошин, В.А. Фурсов // Компьютерная оптика. - 2012. - Т. 36, № 4. - С. 605-610.

15.Medioni, G. Emerging Topics in Computer Vision / G. Medioni, S.B. Kang. -New Jersey: Prentice Hall, 2004. - 654 p.

16.Hartley, R. In Defence of the 8-point Algorithm / R. Hartley: Proc. of 5th International Conference on Computer Vision, 20-23 Jun 1995. - Cambridge, MA, 1995. - P. 1064-1070.

17.Heikkila, J. A Four-Step Camera Calibration Procedure with Implicit Image Correction / J. Heikkila, O. Silven: Proc. of IEEE Computer Society

Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 17-19 Jun 1997. -San Juan, 1997. - P. 1106-1112.

18.Zhang, Z. A Flexible New Technique for Camera Calibration / Z. Zhang // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 2000. -Vol. 22, No. 11. - P. 1330-1334.

19. Zhang, Z. Flexible Camera Calibration by Viewing a Plane from Unknown Orientations / Z. Zhang: Proc. IEEE International Conference on Computer Vision. Vol. 1, 20-27 Sep 1999. - Kerkyra, 1999. - P. 666-673.

20.Tsai, R.Y. A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3d Machine Vision Metrology Using Off-The-Shelf TV Cameras and Lenses / R.Y. Tsai // IEEE Journal on Robotics and Automation. - 1987. - Vol. 3, No. 4. - P. 323-344.

21.Camera Calibration Toolbox for Matlab [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc/ (дата обращения: 20.02.15).

22.Camera calibration With OpenCV [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://docs.opencv.org/2.4/doc/tutorials/calib3d/camera_calibration/camera_ca libration.html? (дата обращения: 26.02.15).

23.Levenberg, K. A Method for the Solution of Certain Problems in Least Squares / K. Levenberg // Quarterly of Applied Mathematics. - 1944. - Vol. 2. - P. 164168.

24.Marquardt, D. An Algorithm for Least-Squares Estimation of Nonlinear Parameters / D. Marquardt // SIAM Journal on Applied Mathematics. - 1963. -Vol. 11. - P. 431-441.

25. More, J. The Levenberg-Marquardt Algorithm: Implementation and Theory / J. More // Numerical Analysis. Lecture Notes in Mathematics. - 1978. -Vol. 630. - P. 105-116.

26.Faugeras, O. Three-Dimensional Computer Vision: a Geometric Viewpoint / O. Faugeras. - MIT Press, 1993. - 662 p.

27.Lee, G.H. RS-SLAM: RANSAC Sampling for Visual FastSLAM / G.H. Lee, F. Fraundorfer, M. Pollefeys: Proc. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 25-30 Sept 2011. - San Francisco, CA, 2011. -P. 1655-1660.

28.Brown, D.C. Decentering Distortion of Lenses / D.C. Brown // Photogrammetric Engineering. - 1966. - No 5. - P. 444-462.

29.Brown, D.C. Close-range camera calibration / D.C. Brown // Photogrammetric Engineering. - 1971. - Vol. 37, No 8. - P. 855-866.

30.Жимбуева, Л.Д. Метод определения суммарной дисторсии цифровых изображений / Л.Д. Жимбуева // Компьютерная оптика. - 2011. - Т. 35, № 3. - С. 347-355.

31. Ma, L. Flexible Camera Calibration Using a New Analytical Radial Undistortion Formula with Application to Mobile Robot Localization / L. Ma, Y. Chen, K.L. Moore: Proc. Intelligent Control IEEE International Symposium, 8 Oct 2003. - Houston, 2003. - P. 799-804.

32.Quan, L. Linear N Point Camera Pose Determination / L. Quan, Z. Lan // IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 1999. - Vol. 21, No. 8.

- P. 774-780.

33.Quan, L. Linear N>4-Point Pose Determination / L. Quan, Z. Lan: IEEE International Conference on Computer Vision, 4-7 Jan 1998. - Bombay, 1998.

- P. 778-783.

34.Chou, S.-C. Complete Solution Classification for the Perspective-Three-Point Problem / S.-C. Chou, X.-S. Gao // IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 2003. - Vol. 25, No. 8. - P. 930-943.

35.Haralick, R.M. Review and Analysis of Solutions of the Three Point Perspective Pose Estimation Problem / R.M. Haralick, C.-N. Lee, K. Ottenberg, M. Nolle // International Journal of Computer Vision. - 1994. - Vol. 13, No. 3.

- P. 331-356.

36.Grafarend, E., Shan J. Closed-form Solution of P4P or the Three-dimensional Resection Problem in terms of Möbius barycentric coordinates /E. Grafarend, J. Shan // Journal of Geodesy. - 1997. - Vol. 71. - P. 217-231.

37. Lepetit, V. EPnP: An Accurate O(n) Solution to the PnP Problem / V. Lepetit, F. Moreno-Noguer, P. Fua // International Journal of Computer Vision. - 2009. - Vol. 81, No. 2. - P. 155-166.

38.Lepetit, V. Accurate Non-Iterative O(n) Solution to the PnP Problem / V. Lepetit, F. Moreno-Noguer, P. Fua // IEEE 11th International Conference on Computer Vision. - Rio de Janeiro, 2007.

39.Li, S. A Robust O(n) Solution to the Perspective-n-Point Problem / S. Li, C. Xu, M. Xie // IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence. -2012. - Vol. 34, Is. 7. - P. 1444-1450.

40. Press, W. Numerical recipes: the art of scientific computing / W. Press, S. Teukolsky, W. Vetterling, B. Flannery: 3rd edition. - Cambridge: Cambridge University Press, 2007. - 1256 p.

41.Horn, R.A. Matrix Analysis / R.A. Horn, C.R. Johnson: 2nd edition. — Cambridge University Press, 2013. - 643 p.

42.Уилкинсон, Дж-X. Алгебраическая проблема собственных значений / Дж.Х. Уилкинсон. - М.: Наука, 1970. - 565 с.

43.Кудинов, И.А. Реализация алгоритма определения пространственных координат и угловой ориентации объекта по реперным точкам, использующего информацию от одной камеры / И.А. Кудинов, О.В. Павлов, И.С. Холопов // Компьютерная оптика. - 2015. - Т. 39, № 3. -С. 413-418.

44. Кудинов, И.А. Однокамерный алгоритм определения угловой ориентации объекта по четырем реперным точкам / И.А. Кудинов, О.В. Павлов, И.С. Холопов // Техническое зрение в системах управления-2015: тез. докл. - М.: ИКИ РАН, 2015. - С. 64-65.

45. Павлов, О.В. Однокамерный алгоритм определения пространственного положения шлема в нашлемной информационно-управляющей системе /

Павлов О.В. // Математическое и программное обеспечение вычислительных систем: Межвузовский сборник научных трудов / Под редакцией А.Н. Пылькина - Рязань, 2018. - с. 11-17.

46.Зейналов, Р.Ш. Оценка траектории движения объекта с использованием инфракрасных маркеров / Р.Ш. Зейналов, А.А. Якубенко, А.С. Конушин: материалы 14-й междунар. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (DSPA-12), 28-30 марта 2012. - М.: ИПУ РАН, 2012. - Т. 2. -С. 267-271.

47.Umeyama, S. Least-Squares Estimation of Transformation Parameters Between Two Point Patterns / S. Umeyama // IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 1991. - Vol. 13, Is. 4. - P. 376-380.

48.Maths - Rotation Conversions [Электронный ресурс]. - URL: http://www.euclideanspace.com/maths/geometry/ rotations/ conversions/ index.htm (дата обращения: 05.12.2014).

49.Алпатов, Б.А. Измерение угловых координат линии визирования в оптических системах позиционирования / Б.А. Алпатов, О.Е. Балашов, А.И. Степашкин // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2013. - № 3 (45). - С. 19-23.

50.Балашов, О.Е. Нашлемная система обзора и целеуказания / О.Е. Балашов, А.И. Степашкин // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2011. - Вып. 4 (38). - С. 40-44.

51. Алпатов, Б.А. Алгоритм измерения угловых координат линии визирования оператора / Б.А. Алпатов, О.Е. Балашов, А.И. Степашкин, Д.В. Трофимов // Информационно-управляющие системы. - 2012. - № 3. -С. 18-21.

52. Алпатов, Б.А. Алгоритм вычисления угловых координат линии визирования оператора в нашлемной системе позиционирования / Б.А. Алпатов, О.Е. Балашов, А.И. Степашкин, Д.В. Трофимов // Информационно-управляющие системы. - 2012. - № 6. -С. 7-11.

53.Prince, S. Computer vision: models, learning and inference / S. Prince. -Cambridge: Cambridge University Press, 2012. - 665 р.

54. Новиков, А.И. Решение переопределенных систем линейных алгебраических уравнений в задачах обработки изображений / А.И. Новиков // Цифровая обработка сигналов. - 2017. - № 3. - С. 22-27.

55. Беклемишев, Д.В. Дополнительные главы линейной алгебры / Д.В. Беклемишев. - М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1983. - 336 с.

56. Hu, Z.Y. A Note on the Number of Solutions of the Noncoplanar P4P Problem / Z.Y. Hu, , F.C. Wu // IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 2002. - Vol. 24, Is. 4. - P. 550-555.

57.Larsson, J. The Cobra Helmet Mounted Display System for Gripen / J. Larsson, T. Blomqvist // Head- and Helmet-Mounted Displays XIII: Design and Applications: Proc. of SPIE, Vol. 6955. Orlando, 2008. P. 1-9.

58.Патент РФ № 2428709, МПК G01S5/16. Устройство оптического определения положения и(или) ориентации объектов и соответствующие способы определения / Л. Лакост, Ж.-Л. Лескурре, П. Райбо, З. Руз; заявитель и патентообладатель «Таль» - № 2009112208/09; заявл. 31.08.2007; опубл. 10.09.2011.

59.Патент РФ № 2431863, МПК G01S5/16. Способ определения ориентации и положения объекта в пространстве / З. Руз; заявитель и патентообладатель «Таль» - № 2009112382/09; заявл. 31.08.2007; опубл. 20.10.2011.

60.ГЛ0НАСС. Принципы построения и функционирования: изд. 4-е, перераб. и доп. / под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. - М.: Радиотехника, 2010. - 800 с.

61.Basic Principles of Optical Tracking. Режим доступа: http: //www. iotracker. com/indexdaed.html?q=optical_tracking (дата обращения: 07.04.17).

62.Hintze, G.C. AVGS, AR&D for Satellites, ISS, the Moon, Mars and Beyond / G.C. Hintze, K.G. Cornett, M.H. Rahmatipour // Guidance, Navigation and Control Conference: Proc. of the AIAA. - Rohnert Park, 2007. - P. 1-12.

63. Howard, R.T. Advanced Video Guidance Sensor (AVGS) development testing / R.T. Howard, A.S. Johnston, T.C. Bryan // Spaceborne Sensors: Proc. of SPIE, Vol. 5418. - Bellingham, 2004. - P. 50-60.

64.Pinson, R.M. Orbital Express Advanced Video Guidance Sensor: Ground Testing, Flight Results and Comparisons / R.M. Pinson , R.T. Howard ,

A.F. Heaton // Guidance, Navigation and Control Conference: Proc. of the AIAA, Vol. 1. - Honolulu, 2008. - P. 1-9.

65.The radiometry of light emitting diodes [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.labsphere.com/site/assets/files/ 2570/ the-radiometry-of-light-emitting-diodes-leds.pdf (дата обращения: 22.02.17).

66.АО «НИИПП». Каталог продукции. Излучающие диоды ИК диапазона [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.niipp.ru/catalog/ (дата обращения: 14.05.16).

67.Light Emitting Diode. Nichia corporation. Режим доступа: http://www.nichia.co.jp/en/product/led.html (дата обращения: 14.05.16).

68. Павлов, О.В. Сравнительный анализ двух алгоритмов выбора реперного светодиодного кластера в задаче навигации по оптическим меткам / О.В. Павлов, И.С. Холопов // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2017. - № 61. - С. 13-18.

69.Патент РФ № 2516857, МПК F41G3/22. Способ определения ориентации шлема пилота и устройство нашлемной системы целеуказания и индикации / В.А. Солдатенков, Ю.К. Грузевич, В.Н. Беликова,

B.М. Ачильдиев, Ю.Н. Евсеева, С.А. Винокуров, И.А. Роднова -№ 2012111971/12; заявл. 28.03.2012; опубл. 20.11.2013.

70.Ишлинский, А.Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация / А.Ю. Ишлинский. - М.: Наука, 1976. - 672 c.

71.Матвеев, В.В. Инерциальные навигационные системы / В.В. Матвеев: учебное пособие. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. - 199 с.

72.Бранец, В.Н. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем / В.Н. Бранец, И.П. Шмыглевский. - М.: Наука, 1992. - 280 с.

73. Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии / под общей редакцией Б.С. Алешина, К.К. Веремеенко, А.И. Черноморского. - М.: Физматлит, 2006. - 424 с.

74.Матвеев, В.В. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / В.В. Матвеев, В.Я. Распопов. - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн ЦНИИ «Электроприбор», 2009. - 280 с.

75. Распопов, В.Я. Микромеханические приборы / В.Я. Распопов. -М.: Машиностроение, 2007. - 400 с.

76. Попова, И.В. Термостатирование микромеханических инерциальных датчиков / И.В. Попова, Н.В. Моисеев, Я.А. Некрасов, А.А. Семенов // Микросистемная техника. - 2001. - № 5. - С. 22-24.

77.Джашитов, В.Э. Математические модели теплового дрейфа гироскопических датчиков инерциальных систем / В.Э. Джашитов, В.М. Панкратов. - СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2001. - 150 с.

78. Barbour, N.M. Inertial Sensor Technology Trends / N.M. Barbour, G.T. Schmidt // Proc. Of the 1998 Workshop on Autonomous Underwater Vehicles, 20-21 August 1998, Cambridge, M.A. - P. 55-62.

79. Челноков, Ю.Н. Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твердого тела и их приложения. Геометрия и кинематика движения / Ю.Н. Челноков. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 512 с.

80. Челноков, Ю.Н. Кватернионные модели и методы динамики, навигации и управления движением / Ю.Н. Челноков. - М.: Физматлит, 2011. - 560 с.

81. Лурье, А.И. Аналитическая механика / А.И. Лурье - М.: Физматгиз, 1961. - 824 с.

82. Arnold, R.N. Gyrodynamics and its Engineering Applications / R.N. Arnold, L. Maunder. - New York: Academic Press, 1961. - 494 p.

83.Kuipers, J.B. Quaternions and Rotation Sequences / J.B. Kuipers. - New Jersey: Princeton University,1998. - 400 p.

84.Great Circle Mapper. Режим доступа: http://www.gcmap.com/airport/RZN (дата обращения: 18.04.18).

85. Magnetic Declination. Режим доступа: http://www.magnetic-declination.com (дата обращения: 18.04.18).

86.Kian, S.T. Triaxial Accelerometer Static Calibration / S.T. Kian, M. Awad, A. Dehghani, S. Zahedi // Proceedings of the World Congress on Engineering. July 6 - 8, 2011. - London, 2011.,Vol. III, WCE 2011.

87.Stancin, S. Time- and Computation-Efficient Calibration of MEMS 3D Accelerometers and Gyroscopes / S. Stancin, S. Tomazic // Sensors. - 2014. -№ 14. - P. 14885-14915.

88.Hung, J.C. Calibration of Accelerometer Triad of an IMU with Drifting Z-accelerometer Bias / J.C. Hung, J.R. Thacher, H.V. White // Proceedings of the IEEE Aerospace and Electronics Conference NAECON-1989. - Vol. 1. - P. 153-158.

89. Kong, X. Inertial Navigation System Algorithms for Low Cost IMU / X. Kong. - Sydney, 2000. - 178 p.

90. Yang, J. Improved Iterative Calibration for Triaxial Accelerometers Based on the Optimal Observation / J. Yang, W. Wu, Y. Wu, J. Lian // Sensors. - 2012. -№ 12. - P. 8157-8175.

91.Горянина, К.И. Метод идентификации параметров эллипсоида чувствительности mems датчиков ориентации в стохастической постановке / К.И. Горянина, А.Д. Лукьянов // Международный студенческий научный вестник. - 2017. - № 4-6. - С. 893-895.

92.Лукьянов, А.Д. Идентификация параметров преобразующей системы MEMS - акселерометра ADXL-345 методом наименьших квадратов /

A.Д. Лукьянов, К.И. Горянина, Д.Т. Фам // Электроника и электротехника. - 2016. - № 2. - С. 171-179.

93.Wang, L. Intelligent calibration method of low cost MEMS inertial measurement unit for an FPGA-based navigation system / L. Wang, F. Wang // International Journal of Intelligent Engineering and Systems. - 2011. - Vol. 4, No. 2. - P. 32-41.

94.Mahony, R. Complementary filter design on the special orthogonal group SO(3) / R. Mahony, T. Hamel, J.-M. Pflimlin // Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control (CDC'05). - Seville, 2005. - P. 14771484.

95.Fakhri, A. A Comparative Analysis of Orientation Estimation Filters using MEMS based IMU / A. Fakhri, Z. Zhou, J. Hu // 2nd International Conference on Research in Science, Engineering and Technology (ICRSET'2014). - Dubai, 2014. - P. 86-91.

96.Madgwick, S.O.H. Estimation of IMU and MARG orientation using a gradient descent algorithm / S.O.H. Madgwick, A.J.L. Harrison, R. Vaidyanathan // IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics Rehab Week, June 29 - July 1 2011. - Zurich, 2011.

97.InvenSense MPU-6000/MPU-6050 Register Map and Descriptions // Document Number: RM-MPU-6000A-00. Revision: 3.2. Release Date: 11/14/2011.

98. Белокуров, В.А. Использование трехосных MEMS гироскопов и акселерометров для задач определения пространственной ориентации подвижных объектов // В.А. Белокуров, В.Н. Горкин, В.Г. Костиков,

B.И. Кошелев, О.В. Павлов, И.С. Холопов // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2012. - № 41. -

C. 26-31.

99. Парамонов, П.П. Особенности построения подсистемы позиционирования нашлемной системы авионики на основе оптико-инерциального принципа / П.П. Парамонов, А.В. Великанов,

И.О. Жаринов, К.М. Изергин, М.О. Костишин // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2014. - № 11. - С. 68-72.

100. Великанов, А.В. Нашлемная система целеуказания и индикации на основе оптико-инерциальной подсистемы позиционирования / А.В. Великанов, И.О. Жаринов, К.М. Изергин // XX Международная научно-практическая конференция «Современные техника и технологии»: сборник докладов. Т. 1. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. - С. 91-92.

101. Foxlin, E. Flight Tracker: A novel optical/inertial tracker for cockpit enhanced vision / E. Foxlin, Y. Altshuler, L. Naimark, M. Harrington // ISMAR'04. - 2004. - P. 212-221.

102. Wormell, D. Advanced inertial-optical tracking system for wide area mixed and augmented reality systems / D. Wormell, E. Foxlin, and P. Katzman // International Workshop on Immersive Projection Technology/Eurographics Workshop on Virtual Environments (IPT-EGVE). - 2007.

103. Atac, R. Scorpion hybrid optical-based inertial tracker (HObIT) / R. Atac, E. Foxlin // Proc. SPIE 8735, Head- and Helmet-Mounted Displays XVIII: Design and Applications, 873502 (16 May 2013).

104. Welch, G. An Introduction to the Kalman Filter / G. Welch, G. Bishop. Technical Report TR 95-041. Chapel Hill: University of North Carolina at Chapel Hill, 1995.

105. Белокуров, В.А. Система угловой ориентации на основе гауссовского парциального фильтра / В.А. Белокуров // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2016. - № 56. -С. 11-16.

106. LaViola, J. A Comparison of Unscented and Extended Kalman Filtering for Estimating Quaternion Motion / J.LaViola // Proc. of the American Control Conference. - Denver, 2003. - P. 2435-2440.

107. Mahony, R. Attitude estimation on SO(3) based on direct inertial measurements / R. Mahony, T. Hamel // Proc. Int. Conf. Robotics Automation (ICRA). - Orlando, 2006. - P. 2170-2175.

108. Костяшкин, Л.Н. Повышение надежности нашлемных систем целеуказания и индикации при комплексировании углов ориентации от оптико-электронной и инерциальной систем позиционирования / Л.Н. Костяшкин, О.В. Павлов, Д.В. Трофимов, И.С. Холопов // Новые технологии: материалы IX Всероссийской конференции. Т. 1. - М.: РАН, 2012. - С. 127-134.

109. Павлов, О.В. Определение пространственного положения шлема в нашлемной системе целеуказания и индикации / О.В. Павлов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 9. - С. 126-136.

110. Shoemake, K. Animating rotation with quaternion curves / K. Shoemake // Computer Graphics. - Vol. 19, No. 3. - P. 245-254,

111. Quaternions and Rotations / Jia Y.-B. Режим доступа: web.cs.iastate.edu/~cs577/handouts/quaternion.pdf (дата обращения: 09.09.17).

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ШПИИ ПAТЕНТОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

СОВМЕСТНОЕ РЕШЕНИЕ ПО АКТУ МЕЖВЕДОМСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ИЗДЕЛИЯ НСЦИ-В

СОВМЕСТНОЕ РЕШЕНИЕ

АО «МВЗ им. М.Л. Миля», АО «Государственный Рязанский приборный завод», 220 ВП МО РФ, 1206 ВП МО РФ, войсковой части 15650 по акту межведомственных испытаний

Опытный образец составной части изделия «Система целеуказания и индикации нашлемная» (индекс «НСЦИ-В»), разработанный и изготовленный АО «Государственный Рязанский приборный завод» по договору № 158/589/МИ-15-1059-31 от 16.03.2015 между АО «ГРПЗ» и АО «МВЗ им. М.Л. Миля», прошел межведомственные испытания.

Акт межведомственных испытаний от « 2.9» 0-6 2017 г. № 158/101

Рассмотрев материалы межведомственных испытаний, РЕШИЛИ:

1. Акт межведомственных испытаний от « ЯЗ » 06 2017 г. № 158/101

2. По результатам межведомственных испытаний считать, что опытный образец изделия «Система целеуказания и индикации нашлемная» (индекс «НСЦИ-В») испытания выдержал.

3. Рекомендовать опытный образец изделия «Система целеуказания и индикации нашлемная» (индекс «НСЦИ-В») для установки в состав опытного образца комплекса «93ОМ» объекта «296».

4. Рекомендовать руководителю АО «Государственный Рязанский приборный завод» разработать План-график мероприятий по устранению недостатков, изложенных в приложении 3 акта межведомственных испытаний. Контроль за выполнением мероприятий по плану-графику возложить на

утвердить.

1206 ВП МО РФ.

Совместное решение составили:

Начальник 1УНИИ в/ч 15650

Представитель 220 ВП МО РФ

Заместитель главного конструктора АО «МВЗ им. М.Л. Миля»

« »

С.Н. Горшков

2017 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ В

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Комиссия в составе: председателя комиссии

Костяшкина JI.H., директора-главного конструктора научно-конструкторского центра видеокомпьютерных технологий (НКЦ ВКТ) АО «ГРПЗ», кандидата технических наук; членов комиссии:

Логинова A.A., главного конструктора направления, кандидата технических наук; Юкина С.А., ведущего научного сотрудника, кандидата технических наук; Баранцева A.A., ведущего научного сотрудника, кандидата технических наук; Холопова И.С., научного сотрудника, кандидата технических наук,

рассмотрев представленные материалы, составила настоящий акт о том, что теоретические и практические результаты научных исследований Павлова Олега Вячеславовича, работающего в АО «ГРПЗ» в должности начальника лаборатории, нашли применение в НИР «Разработка унифицированной нашлемной информационно-управляющей системы для дистанционного управления вооружением и подвижными объектами военной техники различных родов войск» (шифр - «Шлем-2», заказчик - Управление развития базовых военных технологий и специальных проектов МО РФ), СЧ ОКР «Разработка нашлемной системы целеуказания и индикации» (шифр - «Визир», заказчик -АО «Камов»), ОКР «Разработка типового ряда интегрированных в защитный шлем летчика систем целеуказания и индикации для модернизируемых и перспективных авиационных комплексов фронтовой авиации и боевых вертолетов с использованием унифицированных модулей» (шифр - «ЛУЧ-1», заказчик - Управление авиационной техники и вооружения Департамента МО РФ по обеспечению государственного оборонного заказа), СЧ ОКР «Участие в подготовке и проведении ПИ и ГСИ изделия «296» в части НСЦИ-В» (шифр -«Авангард-НСЦИ», заказчик - АО «Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля») и инновационного проекта АО «ГРПЗ» № 020 010 043 «Индикатор нашлемный коллиматорный для многоспектральной системы технического зрения в составе БРЭО боевого вертолета» (шифр - «ИНК»),

При этом использованы следующие результаты диссертационной работы Павлова О.В., представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук:

УТВЕРЖДАЮ Первый заместитель генерального

АКТ

внедрения результатов кандидатской диссертационной работы Павлова Олега Вячеславовича

1. Метод автоматического выбора активного светодиодного кластера по критерию максимума пикового отношения сигнал-шум, обеспечивающий снижение погрешности оценки угловых координат положения по сравнению с алгоритмом выбора активного кластера по критерию максимума площади его изображения.

2. Метод автоматической идентификации реперов рабочего кластера, исключающий ошибочное определение положения при работе оптико-электронной подсистемы позиционирования по данным от одной камеры в момент появления четырехреперного кластера в поле ее зрения.

3. Метод автоматической адаптации функционирования оптико-электронной подсистемы позиционирования с одной либо с двумя камерами в зависимости от наблюдения/не наблюдения обеими камерами хотя бы одного трехреперного кластера, увеличивающий диапазон рабочих углов системы позиционирования в азимутальной плоскости при сохранении среднеквадратической погрешности определения угловых координат.

4. Метод комплексирования данных от оптико-электронной и инерциальной подсистем позиционирования с приоритетом оптико-электронной подсистемы, обеспечивающий непрерывную выдачу угловых координат при отсутствии реперпых излучателей в зоне видимости камер на интервале порядка десятков секунд.

Результаты диссертационной работы Павлова О.В. использовались для проведения экспериментальных исследований при разработке нашлемных систем целеуказания и индикации и внедрены в АО «ГРПЗ» в опытных образцах изделия НСЦИ ВИАМ.461334.047, прошедших предварительные и межведомственные испытания, а также в контрольно-проверочном стенде для настройки и испытаний изделия НСЦИ.

Председатель комиссии Члены комиссии

А.А. Логинов

Л.Н. Костяшкин

А.А. Баранцев И.С. Холопов

С.А. Юкин

УТВЕРЖДАЮ Первый заместитель исполнительного

директора по тематике (6^<^ВЗИМгМ.Л.Миля>>

'Ил Полуянов Е.Ю.

внедрения результатов кандидатской диссертационной работы Павлова Олега Вячеславовича

Комиссия в составе: председателя комиссии главного конструктора Сергеева Д.Н. членов комиссии:

советника исполнительного директора-доктора медицинских наук Чунтула A.B. заместителя главного конструктора-кандидата технических наук Козицина В.К. заместителя главного конструктора-кандидата медицинских наук Рябинина В.А.

рассмотрев представленные материалы, составила настоящий акт о том, что теоретические и практические результаты научных исследований Павлова Олега Вячеславовича нашли применение при выполнении СЧ ОКР- «Авангард-НСЦИ», (заказчик - АО «Московский вертолетный завод им. M.J1. Миля») в рамках ОКР «Авангард-3», (заказчик - МО РФ).

При этом использованы следующие результаты диссертационной работы Павлова О.В, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук:

1. Метод автоматического выбора активного светодиодного кластера по критерию максимума пикового отношения сигнал-шум, обеспечивающий снижение погрешности оценки угловых координат положения по сравнению с алгоритмом выбора активного кластера по критерию максимума площади его изображения.

2. Метод автоматической адаптации функционирования оптико-электронной системы позиционирования с одной либо с двумя камерами в зависимости от наблюдения/не наблюдения обеими камерами хотя бы одного трехреперного кластера, увеличивающий рабочий диапазон угловых перемещений.

3. Метод автоматической идентификации реперов рабочего кластера, исключающий ошибочное определение положения при работе оптико-электронной системы позиционирования по данным от одной камеры в момент появления четырехреперного кластера в поле зрения.

4. Метод комплексирования данных от оптико-электронной и инерциальной систем позиционирования с приоритетом оптико-электронной системы, обеспечивающий непрерывную выдачу угловых координат при кратковременном выходе реперных излучателей из поля зрения камер.

Результаты диссертационной работы Павлова О.В. использованы в изделии «Система целеуказания и индикации нашлемная НСЦИ-В» В НАМ.461334.047 и внедрены в АО «МВЗ им. М.Л. Миля» в опытном образце изделия «296».

Председатель комиссии

Члены комис

~ ^ ^ябинин В.А. к.м.н.

Чунтул А.В. д.м.н позиции В.К. к.т.н

УТВЕРЖДАЮ

Проректор РГРТУ по учебной работе доцент

Ж КД.Еухенский

« ^шШ Р|Б| 2019 г

«___1» . - ; ' 1 •

внедрения результатов кандидатской диссертац'ионной работы Павлова Олега Вячеславовича в учебном процессе Рязанского государственного радиотехнического университета

имени В.Ф.Уткина

Настоящим актом удостоверяется, что результаты экспериментальных исследований и разработанные методы совершенствования системы позиционирования в нашлемных информационно-управляющих системах, полученные Павловым О.В. в ходе работ над кандидатской диссертацией, внедрены в учебном процессе кафедры «Электронные вычислительные машины» Рязанского государственного радиотехнического университета имени

В.Ф.Уткина в дисциплинах:

1) «Специализированные ЭВМ», направление подготовки - 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» (программа бакалавриата);

2) «Системы технического зрения», направление подготовки - 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» (программа магистратуры).

Издано учебное пособие:

Никифоров М.Б., Павлов О.В., Холопов И.С. Нашлемные системы целеуказания и индикации: Учебное пособие //Рязанский государственный радиотехнический университет. Рязань: Воок]е1, 2018 - 36 с. которое используется в учебном процессе.

Декан ФВТ, д.т.н., профессор

Директор института магистратуры и аспирантуры к.т.н., доцент

Зав. кафедрой ЭВМ, д.т.н., профессор

А.Н. Пылькин

О.А. Бодров

Б.В. Костров