СИСТЕМЫ УЛУЧШЕННОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Введение

Согласно исследованиям Всемирного фонда безопасности, около 75% аварий самолетов при заходе на посадку и посадке случаются в аэропортах, где нет доступа или отсутствуют приборы точного захода на посадку, в условиях плохой видимости. На данный момент одним из важнейших направлений совершенствования бортового оборудования является создание аппаратно-программных комплексов "улучшенного видения" (Enhanced Flight Vision Systems, EFVS). Существует три типовых класса: системы улучшенной визуализации, системы синтезированного видения и системы автоматизированного видения.

Типовые классы системы автоматизированного видения

Системы улучшенной визуализации (Enhanced Vision System, EVS) формируют улучшенное изображение окружающей среды с помощью изображений полученных с телевизионного и тепловизионного канала и проецируют его на лобовом стекле (ИЛС) или многофункциональном индикаторе-дисплее (МФИ). С помощью данной визуализации пилот может распознать объекты окружающего рельефа и ВПП, которые без данной технологии, в условиях ограниченной видимости невидны невооруженным глазом.

Системы синтезированного видения (Synthetic Vision System, SVS) кроме улучшенных изображений внешней среды визуализируют данные о рельефе. Благодаря этому пилот имеет больше информации об окружающем его пространстве, что позволяет ему с большей эффективностью действовать в случае непредвиденного отклонения от заданной траектории или в случае какой-либо чрезвычайной ситуации. Для информационного обеспечения систем SVS используются базы данных рельефа местности вдоль маршрутов полета, базы данных аэропортов и объектов взлетно-посадочной полосы (ВПП). Часто используется так называемый режим визуализации "коридор в небе", который прокладывает для пилота диапазон возможных положений самолета и его эволюций при движении по заданной траектории полета.

Системы автоматизированного видения (Automated Vision System, AVS) в дополнение к функциям улучшенного видения делают автоматическим обнаружение ВПП и других объектов при заходе на посадку и посадке, а также обнаружение потенциально опасных препятствий и объектов при рулении самолета на ВПП.

Процесс развития технологии на сегодняшний день

В настоящее время на рынке присутствует большое количество известных систем улучшенного видения (EVS, EFVS).

Внедрение новых систем бортового оборудования повышает уровень безопасности полетов и значительно сокращает расходы авиаперевозчиков, связанные с задержками вылетов из-за неблагоприятных погодных условий, так как с помощью данных систем пилоты смогут выполнять взлеты и посадки в более плохих погодных условиях.

Система EVS/SVS (Enhanced Vision System / Synthetic Vision System — система улучшенного/синтетического видения) или SmartView - это технология, которая в режиме реального времени получать детализированные изображения ландшафта, рельефа и ключевых наземных объектов, вокруг самолета. С помощью этой технологии пилоты смогут "видеть" взлетно-посадочную полосу и прилегающую к ней территорию даже в условиях плохой видимости, что сделает процесс захода на посадку легче и безопаснее.

Rockwell Collins разрабатывает систему, которая поможет пилотам выполнять руление и другие наземные операции по аэродрому в условиях плохой или нулевой видимости.

Система Rockwell Collins EVS формирует ИК-изображения внешней среды, которую видит пилот, и выводит их на дисплей навигационной системы на лобовом стекле HGS®-4000 разработки этой же компании. Интерфейс EVS-системы обеспечивает взаимодействие ИК-датчика и навигационной системы HGS для передачи пилоту оптимального по качеству ИК-изображения.

Системы ночного видения были доступны всем пилотам военных самолетов очень долгое время. В наши дни бизнес-джеты обеспечивают самолеты аналогичными возможностями для большей осведомленности пилотов о ситуации в условиях плохой видимости вследствие погоды, тумана или ночного времени суток. Первая гражданская сертификация усовершенствованной системы видения на самолете была впервые разработана компанией Gulfstream Aerospace  с использованием ИК-камеры Kollsman. Изначально предлагаемый как вариант на самолетах Gulfstream V, он был стандартным оборудованием в 2003 году, когда Gulfstream G550 был представлен и использовался на Gulfstream G450 и Gulfstream G650, По состоянию на 2009 год компания Gulfstream поставляла более 500 самолетов с сертифицированным EVS. После этого пошли другие OEM-производители самолетов, а EVS теперь доступны на некоторых бизнес-самолетах Bombardier и Dassault. Boeing начал предлагать EVS на своей линейке бизнес-самолетов Boeing и, вероятно, включит его в качестве опции на B787 и B737 MAX.

Системы Gulfstream EVS и более поздние EVS II используют ИК-камеру, установленную под носовой частью самолета, для проецирования растрового изображения на дисплей (HUD). Объекты, обнаруженные ИК-камерой, имеют одинаковый размер и выровнены с объектами вне самолета. Таким образом, при плохой видимости пилот может видеть изображение ИК-камеры и способен с легкостью перейти к обзору внешнего мира по мере приближения самолета.

Достоинство EVS заключается в том, что безопасность почти на всех этапах полета улучшается, особенно при заходе на посадку и приближении с землей при ограниченной видимости.  На ИК-изображении четко отображены все препятствия, такие как рельеф, структуры, транспортные средства и другие воздушные суда на ВПП, которых в противном можно было не увидеть.

FAA предоставляет дополнительные эксплуатационные минимумы самолетам, оснащенным сертифицированными усовершенствованными системами видения, позволяющими заходы по категории I к минимумам категории II. Как правило, пилоту разрешается снижаться на более низкие высоты над поверхностью ВПП (100 футов) при плохой видимости, для увеличения шансов обнаружения ВПП до посадки. Самолет без данных систем не сможет снизиться на такую высоту, вследствие чего отправится на ближайший аэропорт.

Другие типы датчиков были отправлены в исследовательских целях, включая активный и пассивный миллиметровый радар. В 2009 году DARPA предоставила финансирование для разработки усовершенствованной системы видения «Sandblaster», основанной на миллиметрах, которая позволяет пилоту видеть и избегать препятствий в зоне посадки, которые могут быть затушеваны дымом, песком или пылью.

Комплекс различных датчиков, таких как длинноволновый ИК-датчик, коротковолновый ИК-датчик и радар миллиметровых волн, обеспечивает видеоизображением пилота в реальном времени внешней среды в любых условиях видимости. К примеру, характеристики длинноволнового ИК-датчика могут быть хуже в условиях крупных осадков капель воды, где радар с миллиметровыми волнами будет менее эффективен.

Рисунок 2. Передняя камера, используемая для PlaneView EVS на Gulfstream G450

Компания Max-Viz Inc. предлагает систему EVS 2500, которая базируется на длинноволновом ИК-датчике для формирования изображений рельефа и потенциальных препятствий, и на коротковолновом я ИК-датчике для того, чтобы обнаруживать яркие сигнальные огни ВПП. Данные с обоих датчиков поступают на специальный вычислитель, где объединяются и отображаются на МФИ пилоту. Из-за использования неохлаждаемых ИК-датчиков система EVS 2500 имеет небольшие габариты, маленький вес и простоту в установке. А также отсутствие криогенной системы охлаждения делает ее достаточно дешевле. Кроме того, Max-Viz Inc. предлагает еще более дешевое решение, базирующееся на 1-ом неохлаждаемом ИК-датчике EVS 1000, используемом в основном на вертолетах и бизнес-самолетах.

Рисунок 3. "EVS View" - синтезированное изображение, "Window View" - вид из кабины пилота

Рисунок 4. Изображения, формируемые EVS (With EVS), и вид из кабины пилота без EVS (Without EVS)

Рисунок 5. Работа системы Rockwell Collins EVS

Система технического зрения

Главную роль в EVS нового поколения играет система технического зрения (СТЗ), которая выполняет основные функции:

1. Прием, оцифровка и объединение многоспектральной видеоинформации;
2. Автоматическая привязка заранее известных данных об обстановке за кабиной с учетом имеющихся навигационных данных к оперативной видеоинформации;
3. Автоматическое определение ВПП и других типовых объектов в отсутствие навигационных данных и заранее известных данных об обстановке за кабиной;
4. Автоматическое определение препятствий, находящихся на ВПП.

В состав аппаратного обеспечения СТЗ входят: телевизионные видеодатчики разного разрешения; инфракрасные видеодатчики разных диапазонов; миллиметровые радары; лазерные локаторы; специальные бортовые вычислители.

Итог

Основные преимуществами являются:

1. Повышает безопасность
2. Улучшает ситуационную осведомленность
3. Сокращает рабочую нагрузку пилота
4. Сокращает технические ошибки пилота
5. Повышает операционную гибкость
6. Устраняет слабую видимость как фактор безопасности
7. Упрощает полет по приборам
8. Отображает перспективу базы данных местности
9. Использует цветовое кодирование для абсолютной высоты местности
10. Обеспечивает визуализацию препятствий
11. Изображает аэропорт и обеспечение ВПП (светосигнальные огни, маркировка и т. д.)

Список литературы:

1. Дементьев В.Е., Разработка и анализ алгоритмов оценивания траектории автономных летательных аппаратов по результатам обработки изображений окружающих объектов / Дементьев В.Е., Абдулкадим Х.А., Френкель А.Г. // Радиотехника, 2016, №9. – 150 с.
2. Система синтетического видения для пилотов [Электронный ресурс]. URL: http://www.ato.ru/content/sistema-sinteticheskogo-videniya-dlya-pilotov (дата обращения: 07.02.2018).
3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗРЕНИЕ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНЫМИ ОБЪЕКТАМИ [Электронный ресурс]. URL: http://www.iki.rssi.ru/books/2011tz_add.pdf (дата обращения: 11.03.2018)