КОМПЛЕКСНАЯ АППАРАТУРА СЧИСЛЕНИЯ КООРДИНАТ Российский патент 2015 года по МПК G01C23/00 

Изобретение относится к навигационной технике и представляет собой комплексированную аппаратуру автономного определения координат различных подвижных объектов военной техники на основе использования аппаратуры счисления координат (АСК) по параметрам движения и спутниковой навигационной аппаратуры (СНА).

Известная применяемая в наземной технике комплексная аппаратура счисления координат (КАСК) по патенту РФ №2195632 представляет собой объединение АСК и СНА, в котором СНА калибрует приращения текущих радиальных координат, вырабатываемых АСК, при наличии на выходе СНА сигнала о высоком качестве решения навигационной задачи, а при отсутствии такого сигнала координаты в КАСК вырабатываются АСК на основе последних значений калибровочных коэффициентов до появления сигнала о низком качестве решения навигационной задачи. В этом случае КАСК работает в режиме "Память". Из полученных таким образом приращений комплексных радиальных координат КАСК формирует приращения комплексных плановых (прямоугольных) координат, суммирует их с координатами начальной точки маршрута и получает откорректированные текущие прямоугольные координаты. Эта КАСК принимается за прототип заявляемой. Блок-схема КАСК представлена на фиг.1.

Несмотря на наличие режима "Память", который уменьшает влияние периодов работы с малым числом "видимых" спутников, работа КАСК наиболее эффективна при постоянных относительных погрешностях у путевой (ПС) и курсовой (КС) систем АСК.

При постоянных погрешностях ПС и КС АСК позволяет определить модуль радиус-вектора с погрешностью, равной погрешности ПС, и азимут радиус-вектора с погрешностью, равной погрешности КС. Это позволяет, сравнив модули и азимуты текущих значений радиус-вектора, определять поправки, которые будут использованы в АСК, а также точно определять приращения координат в режиме "Память". При любой форме маршрута движения или при любых погрешностях при прямолинейном маршруте радиус-вектор $$\overline{R}$$ вычисляется по формуле:

где $${\overline{R}}_H$$ - начальный радиус-вектор;

V - скорость;

δV - относительная погрешность измерения скорости;

α_V - азимут скорости;

Δα_V - относительная погрешность измерения азимута скорости;

$$\Delta \overline{R}$$ - истинное приращение радиус-вектора;

$${\overline{\Delta }}_{ПРОД}$$ , $${\overline{\Delta }}_{ПОП}$$ - абсолютные погрешности (продольная и поперечная) относительно радиус-вектора.

Если погрешности ПС и КС на протяжении криволинейного марша изменяются, то "вклады" ПС и КС в погрешность радиус-вектора перестают быть продольной и поперечной погрешностями $$\Delta \overline{R}$$ . Например, при идеальной КС при Г-образном маршруте ПС имеет погрешность по одному участку. В этом случае "вклад" ПС в погрешность $$\Delta \overline{R}$$ будет иметь направление этого участка, а не направление $$\Delta \overline{R}$$ . При этом в прототипе будет вводиться поправка и в ПС, и в идеальную КС. В режиме "Память" это приведет к погрешностям, и именно это свойство является недостатком.

Изобретение направлено на увеличение точности работы КАСК в паузах работы СНА (в режиме "Память") за счет введения периодической калибровки АСК по пути.

Сущность изобретения заключается в том, что в КАСК, содержащую путевую систему, курсовую систему, вычислитель координатных скоростей, интегратор, сумматор, блок ввода начальных координат и позиционную навигационную аппаратуру в виде СНА, а также два блока сравнения параметров, два фильтра, два блока ввода поправки или коррекции, два преобразователя приращений плановых координат в радиальные, формирователь приращений плановых координат, блок режима начальной установки, при этом выходы вычислителя координатных скоростей соединены с соответствующими входами интегратора, выходы которого по приращениям плановых координат соединены с соответствующими входами первого преобразователя приращений плановых координат в радиальные, выходы СНА соединены с соответствующими входами блока ввода начальных координат и формирователя приращений плановых координат, выходы формирователя приращений плановых координат соединены с соответствующими входами второго преобразователя приращений плановых координат в радиальные, выходы преобразователей приращений плановых координат в радиальные соединены с соответствующими входами соответствующих блоков сравнения параметров, выходы которых соединены через соответствующие фильтры с входами соответствующих блоков ввода поправки или коррекции, выходы блока ввода начальных координат соединены с соответствующими входами формирователя приращений плановых координат, первый выход блока режима начальной установки соединен с входом обнуления формирователя приращений плановых координат, второй выход - с входом обнуления интегратора, третий выход - с входом выбора начальных координат блока ввода начальных координат, выход СНА по качеству решения навигационной задачи соединен с управляющими входами блоков сравнения параметров, а выходы сумматора являются выходами всего устройства, введены переключающее устройство и счетчик приращения радиус-вектора, при этом входы переключающего устройства по начальным координатам маршрута соединены с соответствующими выходами блока ввода начальных координат, входы по приращению координат - с выходами интегратора, а входы по начальным координатам режима "Память" соединены с соответствующими координатными выходами СНА, выход которой по качеству решения соединен со вторым входом обнуления интегратора и с управляющим входом переключающего устройства, выходы которого соединены с соответствующими входами сумматора, вход счетчика приращения радиус-вектора соединен с соответствующим выходом второго преобразователя приращений плановых координат в радиальные, а выход соединен с соответствующими входами обоих преобразователей приращений плановых координат в радиальные и с входами обоих блоков сравнения параметров по команде о выдаче их выходных сигналов в соответствующие фильтры, выходы путевой и курсовой систем соединены с первыми входами соответствующих блоков ввода поправки или коррекции, выходы которых соединены с соответствующими входами вычислителя координатных скоростей.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена блок-схема устройства прототипа, на фиг.2 приведена блок-схема заявляемого устройства.

КАСК (фиг.2) включает в свой состав путевую систему 1, курсовую систему 2, вычислитель координатных скоростей 3, интегратор 4, сумматор 5, блок ввода начальных координат 6 и позиционную навигационную аппаратуру в виде СНА 7, а также два блока сравнения параметров 8, 9, два фильтра 10, 11, два блока ввода поправки или коррекции 12, 13, два преобразователя приращений плановых координат в радиальные 14, 15, формирователь приращений плановых координат 16, блок режима начальной установки 17, при этом выходы вычислителя координатных скоростей 3 соединены с соответствующими входами интегратора 4, выходы которого по приращениям плановых координат соединены с соответствующими входами первого преобразователя приращений плановых координат в радиальные 14, выходы СНА 7 соединены с соответствующими входами блока ввода начальных координат 6 и формирователя приращений плановых координат 16, выходы формирователя приращений плановых координат 16 соединены с соответствующими входами второго преобразователя приращений плановых координат в радиальные 15, выходы преобразователей приращений плановых координат в радиальные 14, 15 соединены с соответствующими входами соответствующих блоков сравнения параметров 8, 9, выходы которых соединены через соответствующие фильтры 10, 11 с входами соответствующих блоков ввода поправки или коррекции 12, 13, выходы блока ввода начальных координат 6 соединены с соответствующими входами формирователя приращений плановых координат 16, первый выход блока режима начальной установки 17 соединен с входом обнуления формирователя приращений плановых координат 16, второй выход - с входом обнуления интегратора 4, третий выход - с входом выбора начальных координат блока ввода начальных координат 6, выход СНА 7 по качеству решения навигационной задачи соединен с управляющими входами блоков сравнения параметров 8, 9, а выходы сумматора 5 являются выходами всего устройства, введены переключающее устройство 18 и счетчик приращения радиус-вектора 19, при этом входы переключающего устройства 18 по начальным координатам маршрута соединены с соответствующими выходами блока ввода начальных координат 6, входы по приращению координат - с выходами интегратора 4, а входы по начальным координатам режима "Память" соединены с соответствующими координатными выходами СНА 7, выход которой по качеству решения соединен со вторым входом обнуления интегратора 4 и с управляющим входом переключающего устройства 18, выходы которого соединены с соответствующими входами сумматора 5, вход счетчика приращения радиус-вектора 19 соединен с соответствующим выходом второго преобразователя приращений плановых координат в радиальные 15, а выход соединен с соответствующими входами обоих преобразователей приращений плановых координат в радиальные 14, 15 и с входами обоих блоков сравнения параметров 8, 9 по команде о выдаче их выходных сигналов в соответствующие фильтры 10, 11, выходы путевой 1 и курсовой 2 систем соединены с первыми входами соответствующих блоков ввода поправки или коррекции 12, 13, выходы которых соединены с соответствующими входами вычислителя координатных скоростей 3.

Сущность изобретения состоит в том, что в КАСК введено определение корректуры АСК по показаниям СНА на дискретных, расположенных друг за другом участках длиной до 2 км. Это позволяет определять корректуры на почти прямых участках, которые усредняются по множеству участков и используются для исправления сигналов ПС и КС. В этом случае по приращениям координат на коротких участках определяются погрешности ПС и КС, а определенные по ним коэффициенты правят показания ПС и КС, что уменьшает влияние формы маршрута на точность корректировки.

При совершении марша из начальной точки маршрута (НТМ) с известными координатами с последующим определением текущих координат возможны два режима работы КАСК.

1. Если координаты НТМ известны и оперативная обстановка позволяет провести гирокомпасирование, то в НТМ делают остановку, проводят гирокомпасирование, вводят координаты НТМ из каталога, оператор обнуляет интегратор 4 и формирователь приращений плановых координат 16, и начинают движение по маршруту.

2. Если координаты НТМ неизвестны или оперативная обстановка не позволяет провести гирокомпасирование, то оператор в момент нахождения на НТМ проводит то же обнуление, вводит в блок ввода начальных координат 6 координаты НТМ из СНА 7 и продолжает движение по маршруту. При этом в качестве НТМ может служить точка маршрута, в которой произошло включение КАСК.

При дальнейшем движении с "видимостью" спутников СНА 7 управляющим сигналом, поступающим в переключающее устройство 18, обеспечивает подачу потребителю координат с выхода СНА 7.

Преобразователи приращений плановых координат в радиальные 14, 15, накопив приращения координат заданной величины, по команде счетчика приращения радиус-вектора 19, передают их в блоки сравнения параметров 8, 9, затем автоматически обнуляются и снова начинают формирование заданного приращения. Блоки сравнения параметров 8, 9 по команде счетчика приращения радиус-вектора 19 объемом не более 2000 м вырабатывают значения корректирующих множителей, передают их с последующим обнулением в усредняющие фильтры 10, 11, которые определяют их текущие средние значения и , где ΔR_CHA,АСК - приращение модуля радиус-вектора СНА и АСК, Δα_{СНА,АСК} - азимут радиус-вектора; и передают в блоки ввода поправки или коррекции 12, 13.

В таком положении КАСК работает при "видимости" более четырех спутников. Как только СНА 7 выработает сигнал о низком качестве решения навигационной задачи (в пределах "видимости" менее четырех спутников), сравнение параметров в блоках сравнения параметров 8, 9 прекращается. В блоки ввода поправки или коррекции 12, 13 поступают команды об использовании теперь уже не меняющихся $$\overline{К}$$ и $$\Delta \overline{\alpha }$$ , определенных на множестве коротких участков и усредненных. Переключающее устройство 18 пропускает на выход сигналы сумматора 5, обнуляется интегратор 4 и в сумматоре 5 запоминаются последние значения координат СНА 7, которые теперь используются в качестве начальных для режима "Память". Теперь движение транспортного средства вызывает появление сигналов о скорости и ее азимуте, которые исправляются $$\overline{К}$$ и $$\Delta \overline{\alpha }$$ , и начинают вычисляться приращения откорректированных координат, которые в сумматоре 5, складываясь с запомненными последними точными значениями координат с СНА 7, образуют откорректированные координаты и через переключающее устройство 18 и сумматор 5 поступают потребителю.

Т.о., определение $$\overline{К}$$ и $$\Delta \overline{\alpha }$$ на коротких участках трассы позволяет получать значения, практически соответствующие прямолинейной трассе, а применение их для исправления показаний путевой 1 и курсовой 2 систем устраняет влияние маршрута в режиме "Память".

Все операции с показаниями СНА, ПС и КС могут быть реализованы на дискретных элементах цифровой вычислительной техники (см. Цифровые радиоприемные системы. Справочник / Под ред. М.И. Жодзишского. - М.: Радио и Связь, 1990 г.).

Изобретение относится к области техники навигации наземных транспортных средств и представляет собой объединение аппаратуры счисления координат (АСК) и спутниковой навигационной аппаратуры (СНА). Технический результат - повышение точности комплексной аппаратуры счисления координат (КАСК) в паузах работы СНА за счет введения периодической калибровки АСК по пути. Это достигается путем автоматического использования во время работы на маршруте двух режимов: режима СНА и режима "Память". В первом режиме выходные координаты СНА являются выходными координатами КАСК. При контакте с малым числом спутников (меньше четырех) КАСК автоматически переходит на работу от аппаратуры счисления координат с начальными координатами, равными последним координатам, полученным СНА, и приращениями координат по откалиброванным в первом режиме путевой и курсовой системам. 2 ил.

Комплексная аппаратура счисления координат, содержащая путевую систему, курсовую систему, вычислитель координатных скоростей, интегратор, сумматор, блок ввода начальных координат и позиционную навигационную аппаратуру в виде спутниковой навигационной аппаратуры, а также два блока сравнения параметров, два фильтра, два блока ввода поправки или коррекции, два преобразователя приращений плановых координат в радиальные, формирователь приращений плановых координат, блок режима начальной установки, при этом выходы вычислителя координатных скоростей соединены с соответствующими входами интегратора, выходы которого по приращениям плановых координат соединены с соответствующими входами первого преобразователя приращений плановых координат в радиальные, выходы спутниковой навигационной аппаратуры соединены с соответствующими входами блока ввода начальных координат и формирователя приращений плановых координат, выходы формирователя приращений плановых координат соединены с соответствующими входами второго преобразователя приращений плановых координат в радиальные, выходы преобразователей приращений плановых координат в радиальные соединены с соответствующими входами соответствующих блоков сравнения параметров, выходы которых соединены через соответствующие фильтры с входами соответствующих блоков ввода поправки или коррекции, выходы блока ввода начальных координат соединены с соответствующими входами формирователя приращений плановых координат, первый выход блока режима начальной установки соединен с входом обнуления формирователя приращений плановых координат, второй выход - с входом обнуления интегратора, третий выход - с входом выбора начальных координат блока ввода начальных координат, выход спутниковой навигационной аппаратуры по качеству решения навигационной задачи соединен с управляющими входами блоков сравнения параметров, а выходы сумматора являются выходами всего устройства, отличающаяся тем, что в нее введены переключающее устройство и счетчик приращения радиус-вектора, при этом входы переключающего устройства по начальным координатам маршрута соединены с соответствующими выходами блока ввода начальных координат, входы по приращению координат - с выходами интегратора, а входы по начальным координатам режима "Память" соединены с соответствующими координатными выходами спутниковой навигационной аппаратуры, выход которой по качеству решения соединен со вторым входом обнуления интегратора и с управляющим входом переключающего устройства, выходы которого соединены с соответствующими входами сумматора, вход счетчика приращения радиус-вектора соединен с соответствующим выходом второго преобразователя приращений плановых координат в радиальные, а выход соединен с соответствующими входами обоих преобразователей приращений плановых координат в радиальные и с входами обоих блоков сравнения параметров по команде о выдаче их выходных сигналов в соответствующие фильтры, выходы путевой и курсовой систем соединены с первыми входами соответствующих блоков ввода поправки или коррекции, выходы которых соединены с соответствующими входами вычислителя координатных скоростей.