Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов Российский патент 2023 года по МПК G01S5/02 G01C21/00 

Изобретение относится к области локальной радионавигации и радиосвязи и направлено на обеспечение ситуационной осведомленности группы подвижных объектов.

Под ситуационной осведомленностью понимается взаимная осведомленность каждого подвижного объекта о пространственно-временном состоянии всех подвижных объектов группы.

Известен способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации [1], основанный на взаимодействии одинаковых по техническому оснащению управляющего подвижного объекта группы и управляемых подвижных объектов группы и четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков, с известными локальными координатами, и обеспечивающий взаимную осведомленность каждого подвижного объекта о пространственно-временном состоянии всех подвижных объектов группы путем определения собственных локальных координат подвижного объекта на основании значений интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных подвижным объектом запросным способом, и предоставления возможности другим подвижным объектам группы определения его локальных координат путем передачи им измеренных значений интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками.

Недостатком данного способа является то, что для определения координат подвижных объектов необходимо использовать четыре разнесенных в пространстве опорных приемопередатчика, а для взаимной осведомленности о координатах всех подвижных объектов группы необходимо организовать обмен информацией между объектами группы об измеренных значениях интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижными объектами и опорными приемопередатчиками.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации [2], не требующий организации дополнительного обмена информацией между объектами группы, основанный на взаимодействии N равноправных одинаковых по техническому оснащению подвижных объектов группы, в состав которых входят технические средства: устройство сбора данных и расчета координат, дисплей, штатная радиостанция, штатная гарнитура, блок управления мониторингом, и M разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков с известными локальными координатами, и обеспечивающий взаимную осведомленность каждого подвижного объекта о пространственно-временном состоянии всех подвижных объектов группы путем определения собственных локальных координат подвижного объекта на основании значений интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных подвижным объектом запросным способом, и определения подвижным объектом локальных координат других подвижных объектов группы на основании измеренных значений интервалов времени между запросными сигналами других подвижных объектов и ответными сигналами опорных приемопередатчиков на запросы других подвижных объектов, принятыми техническими средствами подвижного объекта, с использованием информации о собственных локальных координатах подвижного объекта.

Недостатком данного способа является то, что для определения координат подвижных объектов необходимо использовать М разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков.

Целью (техническим результатом) изобретения является обеспечение мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов о пространственно-временном состоянии всех подвижных объектов группы с использованием одной опорной навигационной станции (ОНС) с известными локальными координатами.

Технический результат изобретения достигается тем, что в состав ОНС, оборудованной приемопередатчиком, дополнительно включается радиопеленгатор, обеспечивающий измерение пеленга подвижного объекта относительно ОНС при приеме сигнала запроса дальности, сформированного радиостанцией подвижного объекта, и передачу измеренного значения пеленга в приемопередатчик, который включает значение пеленга в состав сигнала ответа дальности для подвижного объекта, при этом определение собственных локальных координат подвижным объектом осуществляется угломерно-дальномерным способом, а определение подвижным объектом локальных координат других подвижных объектов группы осуществляется угломерно-разностно-дальномерным способом, с использованием дополнительной информации о значении пеленгов подвижных объектов, извлекаемых из сигналов ответа дальности, принятых радиостанцией подвижного объекта.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 - 4 показаны схемы взаимодействия подвижных объектов и ОНС в процессе мониторинга пространственно-временного состояния подвижных объектов группы, на фиг. 5 показана структурная схема технических средств ОНС, а на фиг. 6 показана структурная схема технических средств подвижного объекта.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов реализуется группой из N равноправных подвижных объектов 2_n, n=1, …, N, в состав которых входят штатное оборудование состоящее из штатной радиостанции 2.1_n, штатная гарнитура 2.2_n, и дополнительное оборудование, состоящее из блока управления мониторингом 2.3_n, устройства сбора данных и расчета координат 2.4_n, дисплея 2.5_n, взаимодействующих с ОНС 1, состоящая из приемопередатчика 1.1 и радиопеленгатора 1.2, с известными координатами x₀, y₀.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов осуществляется следующим образом.

Первоначально каждый подвижный объект 2_n, n=1, …, N, определяет собственные координаты (x_n, y_n), для чего при нажатии на тангенту гарнитуры 2.2_n при переводе штатной радиостанции 2.1_n в режим «Передача» с помощью блока управления мониторингом 2.3_n формируется кодограмма «Запрос дальности» (ЗД_n) содержащая уникальный идентификационный номер, которая через штатную радиостанцию 2.1_n передается на ОНС 1 с фиксацией времени ее передачи t_ЗДn в блоке управления мониторингом 2.3_n.

На ОНС 1 кодограмма ЗД_n принимается приемопередатчиком 1.1 и радиопеленгатором 1.2. В приемопередатчике 1.1 кодограмма декодируется, устанавливается ее принадлежность n-му подвижному объекту 2 и формируется сигнал «Ответ дальности» для n-го подвижного объекта 2. Одновременно радиопеленгатор 1.2 определяет пеленг (азимутальный угол) α_n на n-ый подвижный объект 2, излучивший сигнал «Запрос дальности» ЗД_n, и передает его значение в приемопередатчик 1.1. Приемопередатчик 1.1 для n-го подвижного объекта 2 формирует кодограмму «Ответ дальности + угол» (ОДУ_n) путем включения значение пеленга в состав сигнала «Ответ дальности» для n-го подвижного объекта 2 и передает сформированную кодограмму ОДУ_n на n-ый подвижный объект 2.

Подвижный объект 2_n принимает кодограмму ОДУ_n радиостанцией 2.1_n и передает ее в блок управления мониторингом 2.3_n, где фиксируется время их приема t_ОДn, измеряется задержка Δt_n=t_ОДn-t_ЗДn и извлекается значение азимутального угла α_n из принятой кодограммы ОДУ_n. Измеренная задержка Δt_n и полученное значение азимутального угла α_n передаются в устройство сбора данных и расчета координат 2.4_n, для расчета собственных координат (x_n, y_n) подвижного объекта A_n угломерно-дальномерным методом

x_n=x₀+R_n sin α_n,

y_n=y₀+R_n cos α_n,

где x₀ и y₀ координаты ОНС, R_n=V_cΔt_n/2, V_c - скорость распространения радиоволны, равная скорости света.

Определение подвижным объектом 2_n, n=1, …, N, координат (x_i, y_i) другого подвижного объекта группы 2_i, i=1, …, N, i ≠ n, осуществляется следующим образом. В процессе определения собственных координат подвижный объект A_i, формирует и излучает кодограмму «Запрос дальности» (ЗД_i) на ОНС 1. Излученная кодограмма ЗД_i принимается ОНС 1 и подвижным объектом 2_n.

На подвижном объекте 2_n кодограмма ЗД_i принимается штатной радиостанцией 2.1_n и передается в блок управления мониторингом 2.3_n с фиксацией времени ее приема t_ЗДni и идентификацией запрашивающего объекта как 2_i.

На ОНС 1 кодограмма ЗД_i принимается приемопередатчиком 1.1 и радиопеленгатором 1.2. В приемопередатчике 1.1 кодограмма декодируется, устанавливается ее принадлежность i-му подвижному объекту 2 и формируется сигнал «Ответ дальности» для i-го подвижного объекта 2. Одновременно радиопеленгатор 1.2 определяет пеленг (азимутальный угол) α_i на i-ый подвижный объект 2, излучивший сигнал «Запрос дальности» ЗД_i, и передает его значение в приемопередатчик 1.1. Приемопередатчик 1.1 для i-го подвижного объекта 2 формирует кодограмму «Ответ дальности + угол» (ОДУ_i) путем включения значение пеленга в состав сигнала «Ответ дальности» для i-го подвижного объекта 2 и передает сформированную кодограмму ОДУ_i на i-ый подвижный объект 2.

Излученная кодограмма ОДУ_i принимается i-ым подвижным объектом 2_i и n-ым подвижным объектом 2_n.

В n-ом подвижном объекте 2 кодограмма ОДУ_i принимается радиостанцией 2.1_n и передается в блок управления мониторингом 2.3_n, где она идентифицируется как «Ответ дальности + угол» для запрашивающего объекта 2_i, фиксируется время ее приема t_ОДni, измеряется задержка Δt_ni=t_ОДni-t_ЗДni и извлекается значение азимутального угла α_i из принятой кодограммы ОДУ_i. Измеренная задержка Δt_ni и полученное значение азимутального угла α_i передаются в устройство сбора данных и расчета координат 2.4_n, для расчета координат (x_i, y_i) подвижного объекта 2_i угломерно-разностно-дальномерным методом для чего:

1) составляется уравнение

$$R_{0i}+R_{0n}-R_{ni}=\Delta t_{ni}\cdot v_c$$

где $$R_{0i}$$ - неизвестное расстояния между подвижным объектом 2_i и ОНС 1; $$R_{0n}=\sqrt{{\left(x_n-x_0\right)}^2+{\left(y_n-y_0\right)}^2}$$ - известное расстояние между подвижным объектом 2_n и ОНС 1, вычисленное на основании рассчитанных координат (x_n, y_n) подвижного объекта 2_n и известных координат ОНС 1 (x₀, y₀); $$R_{ni}$$ - неизвестное расстояние между подвижным объектом 2_n и подвижным объектом 2_i, $$v_c$$ - скорость распространения радиоволн, равная скорости света.

2) полученное уравнение преобразуется путем переноса известного значения $$R_{0n}$$ в правую часть уравнения

$$R_{0i}-R_{ni}=\Delta t_{ni}\cdot v_c-R_{0n}$$ .

3) преобразованное уравнение представляет собой уравнение гиперболы, которой принадлежит точка расположения подвижного объекта 2_i.

Если x_n>x₀, то фокус F₁ этой гиперболы находится в точке расположения ОНС 1, а фокус F₂ - в точке расположения подвижного объекта 2_n.

Если x_n<x₀, то наоборот, фокус F₂ этой гиперболы находится в точке расположения ОНС 1, а фокус F₁ - в точке расположения подвижного объекта 2_n.

4) определяются основные параметры a, b, c, ρ и эксцентриситет ε этой гиперболы [3]:

$$a=\Delta t_{ni}\cdot v_c-R_{0n}$$ ,

при этом если a>0, то подвижный объект 2_i принадлежит правой ветви гиперболы, если a<0, то подвижный объект 2_i принадлежит левой ветви гиперболы;

$$c=\frac{R_{0n}}{2}$$ ;

$$b=\sqrt{c^2-a^2}$$ ;

$$\rho =\frac{b^2}{a}$$ ;

$$\epsilon =\frac{c}{a}$$ .

5) определяется неизвестное расстояния между подвижным объектом 2_i и ОНС 1 $$R_{0i}$$ на основании полярного уравнения гиперболы, исходя из следующих условий:

а) если точка расположения ОНС 1 является фокусом F₁ гиперболы:

- при a>0, когда подвижный объект 2_i принадлежит правой ветви гиперболы (фиг. 1):

$$R_{0i}=-\frac{\rho }{1-\epsilon \cos \phi }$$ , где $$\phi ={\alpha }_n-{\alpha }_i$$;

- при a<0, когда подвижный объект 2_i принадлежит левой ветви гиперболы (фиг. 2)

$$R_{0i}=\frac{\rho }{1+\epsilon \cos \phi }$$ , где $$\phi ={\alpha }_n-{\alpha }_i$$;

б) если точка расположения ОНС 1 является фокусом F₂ гиперболы:

- при a>0, когда подвижный объект 2_i принадлежит правой ветви гиперболы (фиг. 3):

$$R_{0i}=\frac{\rho }{1-\epsilon \cos \phi }$$ , где $$\phi ={\alpha }_n-{\alpha }_i-180$$;

- при a<0, когда подвижный объект 2_i принадлежит левой ветви гиперболы (фиг. 4)

$$R_{0i}=-\frac{\rho }{1+\epsilon \cos \phi }$$ , где $$\phi ={\alpha }_n-{\alpha }_i+180$$;

6) определяются координаты (x_i, y_i) подвижного объекта 2_i:

$$x_i=x_0+R_{0i}\sin {\alpha }_i$$ ,

$$y_i=y_0+R_{0i}\cos {\alpha }_i$$ .

Рассчитанные устройством сбора и расчета координат 2.4_n собственные координаты (x_n, y_n) подвижного объекта A_n, а также координаты (x_i, y_i) других подвижных объектов 2_i группы выводятся на экране дисплея 2.5_n в виде отметок на фоне карты местности.

Таким образом обеспечивается взаимная осведомленность каждого подвижного объекта группы о своем пространственно-временном состоянии и о пространственно-временном состоянии всех остальных подвижных объектов группы с использованием одной опорной навигационной станции с известными локальными координатами. При этом между подвижными объектами группы не требуется дополнительный обмен информацией, которая могла бы быть несанкционированно использована для организации деструктивного воздействия на подвижные объекты.

Источники информации:

1. Патент №2784103 РФ, МПК G01S5/02 G01S11/02 G01C21/00. Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации / И.В. Шуваев (РФ) и др.; Акционерное общество научно-производственное предприятие «ПРОТЕК» (РФ). - № 2022115586; заявлено 09. 06.2022, опубл. 23.11.2022, бюл. № 33. - 10 с., 1 ил.

2. Патент №2790808 РФ, МПК G01S 15/06. Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации / И.В. Шуваев (РФ) и др.; Акционерное общество научно-производственное предприятие «ПРОТЕК» (РФ). - № 2022117238; заявлено 27. 06.2022, опубл. 28.02.2023, бюл. № 7. - 11 с., 1 ил.

3. Г. Корн, Т. Корн Справочник по математике для научных работников и инженеров. Перевод с со второго американского переработанного издания. Под общ. ред. И.Г. Арамановича. Издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы. М. 1974.

Изобретение относится к области локальной радионавигации и радиосвязи и направлено на обеспечение ситуационной осведомленности группы подвижных объектов. Предлагаемый способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов основан на взаимодействии N равноправных одинаковых по техническому оснащению подвижных объектов группы, в состав которых входят технические средства: устройство сбора данных и расчета координат, дисплей, штатная радиостанция, штатная гарнитура, блок управления мониторингом, и опорная навигационная станция (ОНС), оборудованной приемопередатчиком с известными локальными координатами. Способ обеспечивает взаимную осведомленность каждого подвижного объекта о пространственно-временном состоянии всех подвижных объектов группы путем определения собственных локальных координат подвижного объекта на основании значения интервала времени, пропорционального расстоянию между подвижным объектом и ОНС, измеренного подвижным объектом запросным способом, и определения подвижным объектом локальных координат других подвижных объектов группы на основании измеренных значений интервалов времени между запросными сигналами других подвижных объектов и ответными сигналами ОНС на запросы других подвижных объектов, принятыми техническими средствами подвижного объекта, с использованием информации о собственных локальных координатах подвижного объекта. При этом в состав ОНС дополнительно включается радиопеленгатор, обеспечивающий измерение пеленга подвижного объекта относительно ОНС при приеме сигнала запроса дальности, сформированного радиостанцией подвижного объекта, и передачу измеренного значения пеленга в приемопередатчик, который включает значение пеленга в состав сигнала ответа дальности для подвижного объекта. Технический результат - обеспечение мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов с использованием одной ОНС с известными локальными координатами. 6 ил.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов, основанный на взаимодействии N равноправных одинаковых по техническому оснащению подвижных объектов группы, в состав которых входят технические средства: устройство сбора данных и расчета координат, дисплей, штатная радиостанция, штатная гарнитура, блок управления мониторингом и опорной навигационной станцией (ОНС), оборудованной приемопередатчиком с известными локальными координатами; и обеспечивающий взаимную осведомленность каждого подвижного объекта о пространственно-временном состоянии всех подвижных объектов группы путем определения собственных локальных координат подвижного объекта на основании значения интервала времени, пропорционального расстоянию между подвижным объектом и ОНС, измеренного подвижным объектом запросным способом, и определения подвижным объектом локальных координат других подвижных объектов группы на основании измеренных значений интервалов времени между запросными сигналами других подвижных объектов и ответными сигналами ОНС на запросы других подвижных объектов, принятыми техническими средствами подвижного объекта, с использованием информации о собственных локальных координатах подвижного объекта, отличающийся тем, что в состав ОНС дополнительно включается радиопеленгатор, обеспечивающий измерение пеленга подвижного объекта относительно ОНС при приеме сигнала запроса дальности, сформированного радиостанцией подвижного объекта, и передачу измеренного значения пеленга в приемопередатчик, который включает значение пеленга в состав сигнала ответа дальности для подвижного объекта, при этом определение собственных локальных координат подвижным объектом осуществляется угломерно-дальномерным способом, а определение подвижным объектом локальных координат других подвижных объектов группы осуществляется угломерно-разностно-дальномерным способом, с использованием дополнительной информации о значении пеленгов подвижных объектов, извлекаемых из сигналов ответа дальности, принятых радиостанцией подвижного объекта.