Автоматизированная система навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем по информации механического и доплеровского датчиков скорости Российский патент 2017 года по МПК G01C23/00 

Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств, а именно к комплексной навигационной аппаратуре на основе аппаратуры счисления координат и спутниковой навигационной системы.

Существуют системы (см. патент RU №2195632 C2, опубл. 27.12.2002), реализующие принципы построения навигационных комплексов на основе инерциальных навигационных систем и спутниковой навигационной аппаратуры. Комплексная аппаратура счисления координат (КАСК) включает в свой состав путевую систему (ПС1), курсовую систему (КС2), вычислитель координатных скоростей (ВКС3), интегратор (И4), сумматор (5), блок ввода начальных координат (БВНК6), позиционную навигационную аппаратуру (ПНА7), блоки сравнения параметров (БСП8, БСП9), блоки ввода поправки или коррекции (БВПК10, БВПК11) и фильтры (Ф12, Ф13), а для обеспечения точной работы устройства в паузах работы ПНА7 в него введены преобразователи плановых координат в радиальные (ППКР14, ППКР15), преобразователь радиальных координат в приращения плановых координат (ПРКППК16), формирователь приращений позиционных координат (ФППК17) ПНА, блок режима начальной установки (БРНУ18) и блок дифференцирования (БД19) с фильтром (Ф20).

Недостатком представленного устройства является то, что применение систем, основанных на приеме сигналов от спутников, требует дополнительно решения задачи обеспечения целостности навигационных данных, что и отсутствует в аналоге. Нарушение целостности навигационных данных связано с нарушением целостности радиосигналов навигационных спутников и проявляется в виде наличия резко выделяющихся из ряда измерений параметров этих сигналов. Причиной этого может быть сбой или искусственный ввод неточных данных о координатах навигационных космических аппаратов, что приводит к существенным ошибкам определения текущих координат местоположения.

Автоматизированная система навигации и топопривязки (см. патент RU №2439497 C1, опубл. 10.01.2012) принята за прототип. Автоматизированная система навигации и топопривязки (АСНТ) состоит из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система 1 (БИНС), оснащенной датчиком скорости механическим 2 (ДСМ), датчиком скорости доплеровским 3 (ДСД) и барометрическим высотомером 4 (БВ), спутниковой навигационной аппаратуры 5 (СНА), бортовой ЭВМ 6, выносного комплекса спутниковой навигационной аппаратуры 7 (ВК СНА), устройства контроля качества 8 (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации. Бесплатформенная инерциальная навигационная система 1 (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров 9 (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, а в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы 10 (ЛГ) и кварцевые акселерометры 11 (КА). Спутниковая навигационная аппаратура 5 (СНА), основой которой является приемоиндикатор 12 (ПИ), оснащена антенной системой 13 (АС), состоящей из четырех антенных модулей 14 (AM). Бортовая ЭВМ 6 связана с барометрическим высотомером 4 (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры 15 (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления 16 (ИЦАД) и блока обработки данных 17 (БОД), а через блок согласования 18 (БС) - с датчиком скорости механическим 2 (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским 3 (ДСД). Кроме того, она оснащена периферийными устройствами: клавиатурой 19 (К), видеомонитором 20 (ВМ), устройством документирования 21 (УД), манипулятором графической информации 22 (МГИ). Выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры 7 (ВК СНА), состоящий из носимого приемоиндикатора 23 (НПИ) и антенны геодезической 24 (АГ), оснащен переносным накопителем навигационной информации 25 (ННИ). Бортовая ЭВМ 6 связана по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно - с аппаратурой передачи данных 26 (АПД).

Недостатком представленной системы является отсутствие алгоритма контроля целостности навигационного обеспечения спутниковых радионавигационных систем, что может сказаться на ошибочном определении координат вследствие неверных данных от спутниковой навигационной системы.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании автоматизированной системы навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковой навигационной аппаратуры за счет введения схемы разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры, которая позволяет выявить факт неправильного функционирования спутниковых радионавигационных систем и изолировать выдачу данных от спутниковой навигационной аппаратуры, таким образом повышая целостность системы.

Автоматизированная система навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем по информации механического и доплеровского датчиков скорости, представленная на фиг. 1, состоит из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система 1 (БИНС), оснащенной датчиком скорости механическим 2 (ДСМ), датчиком скорости доплеровским 3 (ДСД) и барометрическим высотомером 4 (БВ), спутниковой навигационной аппаратуры 5 (СНА), бортовой ЭВМ 6, выносного комплекса спутниковой навигационной аппаратуры 7 (ВК СНА), устройства контроля качества 8 (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации. Бесплатформенная инерциальная навигационная система 1 (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров 9 (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, а в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы 10 (ЛГ) и кварцевые акселерометры 11 (КА). Спутниковая навигационная аппаратура 5 (СНА), основой которой является приемоиндикатор 12 (ПИ), оснащена антенной системой 13 (АС), состоящей из четырех антенных модулей 14 (AM). Бортовая ЭВМ 6 связана с барометрическим высотомером 4 (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры 15 (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления 16 (ИЦАД) и блока обработки данных 17 (БОД), а через блок согласования 18 (БС) - с датчиком скорости механическим 2 (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским 3 (ДСД). Кроме того, она оснащена периферийными устройствами: клавиатурой 19 (К), видеомонитором 20 (ВМ), устройством документирования 21 (УД), манипулятором графической информации 22 (МГИ). Выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры 7 (ВК СНА), состоящий из носимого приемоиндикатора 23 (НПИ) и антенны геодезической 24 (АГ), оснащен переносным накопителем навигационной информации 25 (ННИ). Бортовая ЭВМ 6 связана по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно - с аппаратурой передачи данных 26 (АПД). Отличительной особенностью от прототипа является наличие схемы разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры 30 (СРИИСНА) на основе алгоритма контроля целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем. В ее состав входят вычитающее устройство (ВУ) 27, пороговое устройство 28 (ПУ) и ключевое устройство 29 (КУ).

Автоматизированная система навигации и топопривязки (АСНТ) работает следующим образом. Работа АСНТ построена на обработке входных данных с БИНС 1, ДСМ 2, ДСД 3, БВ 4, СНА 5, ВК СНА 7, УКК 8, АПД 26. Обработка данных осуществляется аппаратно-программными средствами, в которые входят бортовая ЭВМ 6 с периферийными устройствами К 19, ВМ 20, УД 21, МГИ 22, БС 18.

Для осуществления контроля целостности навигационных данных используется значение скорости объекта V_{ДСМ, ДСД}, определяющееся по сигналам ДСМ и ДСД после обработки в БС 18, которое можно представить в виде V_{ДСМ, ДСД}=V_ИСТ+ΔV, где V_ИСТ - истинное значение скорости объекта, ΔV - случайная ошибка измерения, и сигнал на выходе бортовой ЭВМ 6 V_{ДСМ, ДСД}, который получается в результате совместной обработки информации, поступающей на ее вход. Случайная ошибка измерения ΔV БС18 обычно не превышает некоторого максимально допустимого значения ΔV_МАКС, определяемого типом используемых датчиков скорости. Сигналы с выходов поступают в схему разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры СРИИСНА 30. Схема включает в свой состав ключевое устройство КУ 29, пороговое устройство ПУ 28 и вычитающее устройство ВУ 27. В вычитающем устройстве из сигнала скорости объекта V_{ДСМ, ДСД} вычитается сигнал с выхода бортовой ЭВМ 6 V_{ДСМ, ДСД}

δV=V_{ДСМ, ДСД}-V=V_ИСТ-V+ΔV=ΔV₁+ΔV.

При совместной обработке информации нескольких измерителей, определяющих один и тот же параметр, ошибка определения этого параметра всегда меньше максимальной ошибки наименее точного измерителя. Так как точность определения скорости спутниковой навигационной аппаратурой СНА 5 в нормальном (без отказов, сбоев или искусственного ввода неточных данных о координатах навигационных космических аппаратов) режиме работы значительно выше точности значения скорости объекта V_{ДСМ, ДСД} в БС 18, то величина сигнала на выходе вычитающего устройства не должна превышать величины

δV<2ΔV

В случае отказов, сбоев или искусственного ввода неточных данных о координатах навигационных космических аппаратов спутниковая навигационная аппаратура СНА 5 будет выдавать информацию о скорости с ошибкой равной или большей, чем ошибка значения скорости объекта V_{ДСМ, ДСД} в БС 18. В этом случае

δV≥2ΔV

Полученный на выходе вычитающего устройства ВУ 27 сигнал поступает на пороговое устройство ПУ 28, имеющее порог 2ΔV_МАКС. Данное устройство управляет работой ключевого устройства КУ 29. Если δV<2ΔV_МАКС, то сигналы, поступающие с выхода спутниковой навигационной аппаратурой СНА 5, проходят через ключевое устройство КУ 29 на вход бортовой ЭВМ 6. Если δV≥2ΔV_МАКС, то сигналы с выхода спутниковой навигационной аппаратурой СНА 5 не проходят через ключевое устройство КУ 29 на вход бортовой ЭВМ 6.

Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств, а именно к комплексной навигационной аппаратуре на основе аппаратуры счисления координат и спутниковой навигационной системы. Технический результат – расширение функциональных возможностей. Для этого автоматизированная система навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем по информации механического и доплеровского датчиков скорости состоит из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), оснащенной датчиком скорости механическим (ДСМ), датчиком скорости доплеровским (ДСД) и барометрическим высотомером (БВ), спутниковой навигационной аппаратуры (СНА), бортовой ЭВМ, выносного комплекса спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), устройства контроля качества (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации. Бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, а в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы (ЛГ) и кварцевые акселерометры (КА). Спутниковая навигационная аппаратура (СНА), основой которой является приемоиндикатор (ПИ), оснащена антенной системой (АС), состоящей из четырех антенных модулей (AM). Бортовая ЭВМ связана с барометрическим высотомером (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления (ИЦАД) и блока обработки данных (БОД), а через блок согласования (БС) - с датчиком скорости механическим (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским (ДСД). Кроме того, она оснащена периферийными устройствами: клавиатурой (К), видеомонитором (ВМ), устройством документирования (УД), манипулятором графической информации (МГИ). Выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), состоящий из носимого приемоиндикатора (НПИ) и антенны геодезической (АГ), оснащен переносным накопителем навигационной информации (ННИ). Бортовая ЭВМ связана по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно - с аппаратурой передачи данных (АПД). Отличительной особенностью от прототипа является наличие схемы разрешения использования сигналов спутников (СРИСС) на основе алгоритма контроля целостности навигационного обеспечения спутниковых радионавигационных систем. В ее состав входят сумматор, пороговое устройство (ПУ) и ключевое устройство (КУ). В результате при осуществлении изобретения обеспечивается формирование автоматизированной системы навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковой навигационной аппаратуры за счет введения схемы разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры, которая позволяет выявить факт неправильного функционирования спутниковых радионавигационных систем и изолировать выдачу данных от спутниковой навигационной аппаратуры, таким образом повышая целостность системы. 1 ил.

Автоматизированная система навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем по информации механического и доплеровского датчиков скорости, состоящая из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), оснащенной датчиком скорости механическим (ДСМ), датчиком скорости доплеровским (ДСД) и барометрическим высотомером (БВ), спутниковой навигационной аппаратуры (СНА), бортовой ЭВМ, выносного комплекса спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), устройства контроля качества (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации, бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, а в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы (ЛГ) и кварцевые акселерометры (КА), спутниковая навигационная аппаратура (СНА), основой которой является приемоиндикатор (ПИ), оснащена антенной системой (АС), состоящей из четырех антенных модулей (AM), бортовая ЭВМ связана с барометрическим высотомером (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления (ИЦАД) и блока обработки данных (БОД), а через блок согласования (БС) - с датчиком скорости механическим (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским (ДСД), кроме того, она оснащена периферийными устройствами: клавиатурой (К), видеомонитором (ВМ), устройством документирования (УД), манипулятором графической информации (МГИ), выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), состоящий из носимого приемоиндикатора (НПИ) и антенны геодезической (АГ), оснащен переносным накопителем навигационной информации (ННИ), бортовая ЭВМ связана по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно - с аппаратурой передачи данных (АПД), отличающаяся тем, что в ее состав дополнительно введена схема разрешения использования сигналов спутников (СРИСС), состоящая из вычитающего устройства (ВУ), порогового устройство (ПУ) и ключевого устройства (КУ), при этом ВУ включено в схему СРИСС с возможностью поступления на его вход сигналов с выходов БC и бортовой ЭВМ, ПУ включено в схему СРИСС с возможностью поступления на его вход сигнала с выхода упомянутого ВУ, КУ включено в схему СРИСС с возможностью поступления на его управляющий вход сигнала с выхода ПУ, дополнительно схема СРИСС установлена с возможностью передачи сигналов с выхода СНА через КУ на вход бортовой ЭВМ.