АППАРАТУРА СЧИСЛЕНИЯ КООРДИНАТ С НЕПРЕРЫВНОЙ КАЛИБРОВКОЙ Российский патент 2011 года по МПК G01C23/00 

Предлагаемое изобретение относится к навигационной технике и представляет собой аппаратуру счисления координат с непрерывной калибровкой (АСКНК) движущегося транспортного средства (ТС), размещаемую на наземном ТС.

Известна аппаратура счисления координат, включающая в свой состав путевую систему (ПС), курсовую систему (КС) и навигационный вычислитель. Так, на рис.1.2 (Алферов А.Г., Тимофеев В.Т. Доплеровские устройства и система навигации. М.: Транспорт, 1987, стр.6) приведена структурная схема этого устройства, которое принято за прототип.

Точный алгоритм работы устройства-прототипа должен получать координаты из алгоритма определения радиуса-вектора движущейся точки:

где - радиус-вектор точки ТС, координаты которой определяют;

i, j - единичные векторы системы координат;

x_H, у_Н - координаты начальной точки маршрута (вводятся оператором перед началом движения);

V - модуль вектора-скорости ТС;

β_V - наклон вектора-скорости к горизонту;

α_V - угол отстояния вектора-скорости от направления на север (азимут).

Однако в устройстве-прототипе используется КС с измерением азимута α₀=α_V+Δ_CH, где Δ_CH - угол сноса оси ТС, что приводит к погрешностям. Эти погрешности компенсируются выработкой в ПС углов сноса за счет использования датчиков проекций скорости и вычислением текущих координат (х, у) на горизонтальной плоскости по алгоритму:

Эта попытка как-то уменьшить погрешности счисления координат приводит к усложнению аппаратуры, а именно ПС, за счет учета сноса ТС. Однако остаются погрешности измерения α₀ и погрешности измерения скорости.

Низкая точность определения координат является недостатком устройства-прототипа.

Изобретение направлено на увеличение точности определения координат в сравнении с устройством-прототипом за счет корректировки показаний путевой и курсовой систем по показаниям навигационной аппаратуры потребителя спутниковой навигационной системы (НАП СНС), вырабатывающей информацию о скорости и об азимуте движения ТС, а также о качестве решения навигационной задачи (признак соответствия требуемой точности определения).

Для этого в аппаратуру счисления координат с непрерывной калибровкой, содержащую путевую систему, курсовую систему и навигационный вычислитель, введены НАП СНС, первый и второй формирователи пройденного пути, первый и второй блоки сравнения параметров, первый и второй фильтры и первый и второй блоки коррекции и введения поправки, при этом выход путевой системы соединен с первыми входами первых формирователя пройденного пути и блока коррекции и введения поправки, выход курсовой системы - с первыми входами вторых блока сравнения параметров и блока коррекции и введения поправки, выходы блоков коррекции и введения поправки соединены с входами навигационного вычислителя по скорости и азимуту соответственно, выход НАП СНС по скорости соединен с входом второго формирователя пройденного пути, выход по азимуту - с вторым входом второго блока сравнения параметров, выходы формирователей пройденного пути соединены с входами первого блока сравнения параметров по пути соответственно, выход НАП СНС по качеству решения навигационной задачи соединен с управляющими входами блоков сравнения параметров, выходы которых соединены с входами соответствующих фильтров, выходы фильтров соединены со вторыми входами соответствующих блоков коррекции и введения поправки.

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой АСКНК, приведенной на чертеже.

Аппаратура счисления координат с непрерывной калибровкой включает в свой состав путевую систему 1, курсовую систему 2 и навигационный вычислитель 3, в которую введены НАП СНС 4, первый и второй формирователи пройденного пути 5, 6, первый и второй блоки сравнения параметров 7, 8, первый и второй фильтры 9, 10 и первый и второй блоки коррекции и введения поправки 11, 12, при этом выход путевой системы 1 соединен с первыми входами первых формирователя пройденного пути 5 и блока коррекции и введения поправки 11, выход курсовой системы 2 - с первыми входами вторых блока сравнения параметров 8 и блока коррекции и введения поправки 12, выходы блоков коррекции и введения поправки 11, 12 соединены с входами навигационного вычислителя 3 по скорости и азимуту соответственно, выход НАП СНС 4 по скорости соединен с входом второго формирователя пройденного пути 6, выход по азимуту - с вторым входом второго блока сравнения параметров 8, выходы формирователей пройденного пути 5, 6 соединены с входами первого блока сравнения параметров 7 по пути соответственно, выход НАП СНС 4 по качеству решения навигационной задачи соединен с управляющими входами блоков сравнения параметров 7, 8, выходы которых соединены с входами соответствующих фильтров 9, 10, выходы фильтров 9, 10 соединены со вторыми входами соответствующих блоков коррекции и введения поправки 11, 12.

Заявляемая АСКНК работает следующим образом.

НАП СНС кроме координат в каждый такт выдает информацию о скорости V_K и азимуте текущего направления α_К движения ТС:

,

где , - погрешности определения V_K и α_К.

АСКНК с предварительно откалиброванными ПС 1 и КС 2 должна встать на начальную точку маршрута. После этого оператор выбирает координаты начальной точки из каталога и вводит их в навигационный вычислитель 3.

При начале движения ТС с выходов ПС 1 и КС 2 идут сигналы о V_C и α_C. Первый и второй формирователи пройденного пути 5, 6 из скоростей, полученных из ПС 1 (V_C) и НАП СНС 4 (V_K), формируют пройденные пути S_C и S_K. Если погрешность является случайной величиной, постоянной во время марша, а у НАП СНС 4 является случайной функцией времени, то из S_C и S_K первый блок сравнения параметров 7 вырабатывает величину отношения путей , где - погрешность определения V_K; - погрешность определения V_C, а второй блок сравнения параметров 8 из полученных от КС , где - погрешность определения α_С, и НАП СНС α_К вырабатывает поправку . Величины и усредняются в первом и втором фильтрах 9, 10, и получаются средние значения и Эти величины поступают в первый и второй блоки коррекции и введения поправки 11, 12. В первом блоке коррекции и введения поправки 11 сигнал V_C умножается на , что формирует , а второй блок коррекции и введения поправки 12 формирует азимут .

Таким образом, в АСКНК остаются средние погрешности НАП СНС и , что исключает накопление погрешностей в координатах при любых маршрутах движения.

Опытные оценки эффективности такого алгоритма комплексирования подтвердили, что основная погрешность КС постоянна и основная погрешность (относительная) ПС тоже постоянна. А проверка комплексирования радиуса-вектора привела к удержанию погрешности АСКНК на уровне не выше погрешности НАП СНС даже при 30% доле езды по памяти, когда выходной сигнал НАП СНС о низком качестве решения им навигационной задачи блокирует обновление и в блоках сравнения параметров 7, 8.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах навигации наземных транспортных средств. Технический результат - повышение точности. Для достижения данного результата в устройство дополнительно введены навигационная аппаратура потребителя спутниковой навигационной системы (НАП СНС), формирователи пройденного пути, блоки сравнения параметров, фильтры коррекции и введения поправки, позволяющие осуществлять корректировку показаний путевой и курсовой систем навигации по показаниям НАП СНС, вырабатывающей информацию о скорости, об азимуте движения технических систем и о качестве решения навигационной задачи. 1 ил.

Аппаратура счисления координат с непрерывной калибровкой, включающая в свой состав путевую систему, курсовую систему и навигационный вычислитель, отличающаяся тем, что в нее введены навигационная аппаратура потребителя спутниковой навигационной системы (НАП СНС), первый и второй формирователи пройденного пути, первый и второй блоки сравнения параметров, первый и второй фильтры и первый и второй блоки коррекции и введения поправки, при этом выход путевой системы соединен с первыми входами первых формирователя пройденного пути и блока коррекции и введения поправки, выход курсовой системы - с первыми входами вторых блока сравнения параметров и блока коррекции и введения поправки, выходы блоков коррекции и введения поправки соединены с входами навигационного вычислителя по скорости и азимуту соответственно, выход НАП СНС по скорости соединен с входом второго формирователя пройденного пути, выход по азимуту - с вторым входом второго блока сравнения параметров, выходы формирователей пройденного пути соединены с входами первого блока сравнения параметров по пути соответственно, выход НАП СНС по качеству решения навигационной задачи соединен с управляющими входами блоков сравнения параметров, выходы которых соединены с входами соответствующих фильтров, выходы фильтров соединены со вторыми входами соответствующих блоков коррекции и введения поправки.