УСТРОЙСТВО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЛОКАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ Российский патент 2025 года по МПК G01S5/16 G01V3/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области измерительной техники, навигации и предназначено для определения местоположения и ориентации различных подвижных объектов относительно источника переменного вращающегося магнитного поля.

Уровень техники

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство магнитометрической локальной навигации (прототип) [патент RU 2789733 С1, 07.02.2023], состоящее из стационарной и мобильной частей, при этом стационарная часть содержит первую, вторую и третью взаимно ортогональных катушек индуктивности, источник гармонического сигнала, делитель частоты и фазовращатель, а мобильная часть - датчик магнитного поля, аналого-цифровой преобразователь, блок вычисления координат, шесть полосовых фильтров, три из которых настроены на частоту поля синхронизации, а три - на частоту навигационного поля, сумматор сигналов и формирователь синхроимпульсов.

Недостатком прототипа является ограниченная дальность действия, обусловленная ограничением допустимой тепловой мощности рассеивания катушек индуктивности.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом данного изобретения является повышение дальности действия устройства магнитометрической системы локальной навигации за счет снижения тепловой мощности, выделяемой катушками индуктивности путем формирования радиоимпульсного навигационного поля.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве магнитометрической локальной навигации, состоящем из стационарной и мобильной частей, при этом стационарная часть содержит первую, вторую и третью взаимно ортогональные катушки индуктивности, источник гармонического сигнала, делитель частоты и фазовращатель, согласно изобретению, дополнительно введены первый, второй и третий модуляторы сигнала, выходы которых соединены с первой, второй и третьей катушкой индуктивности соответственно, источник импульсного сигнала, выход которого соединен с объединенными первыми входами первого, второго и третьего модуляторов сигнала, выходы фазовращателя и делителя частоты соединены с вторыми входами первого и третьего модуляторов сигнала соответственно, выход источника гармонического сигнала соединен с объединенными входами делителя частоты, фазовращателя и вторым входом второго модулятора сигнала.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно введены первый, второй и третий модуляторы сигнала, выходы которых соединены с первой, второй и третьей катушкой индуктивности соответственно, источник импульсного сигнала, выход которого соединен с объединенными первыми входами первого, второго и третьего модуляторов сигнала, выходы фазовращателя и делителя частоты соединены с вторыми входами первого и третьего модуляторов сигнала соответственно, выход источника гармонического сигнала соединен с объединенными входами делителя частоты, фазовращателя и вторым входом второго модулятора сигнала.

Как известно, величина индукции создаваемого магнитного поля в катушке индуктивности определяется величиной тока, протекающего через нее [см., например, Молотков, Н.Я. Электричество и магнетизм: учебное пособие / Н.Я. Молотков, В.Е. Иванов, О.В. Ломакина. - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013 с. 84]. Очевидно, что чем больше ток, протекающий через катушку индуктивности, тем больше индукция магнитного поля, что эквивалентно дальности локальной навигации. В то же время увеличение тока приводит к увеличению степени нагрева катушки индуктивности и, как следствие, изоляционных материалов. Это чревато выходом из строя катушки индуктивности и устройства в целом. Поэтому в устройство - прототипе ограничивают ток, протекающий через катушку индуктивности, т.е. степень теплового нагрева, тем самым, уменьшая дальность навигации.

В [Голев И.М., Агеев A.M., Угрюмов Р.Б. и др. Возможности локальной навигации на основе искусственных магнитных полей// Новости навигации. 2021, №1, С. 12-18] показано, что тепловая мощность, выделяемая на катушках индуктивности при питании импульсным сигналом в n раз ниже, чем при питании гармоническим, где t_u и Т_пер - длительность и период повторения импульсов. Поэтому согласно изобретению, формируют последовательность импульсных сигналов, которым модулируют гармонический сигнал и подают на катушки индуктивности. Это обеспечивает увеличение индукции навигационного магнитного поля в п раз, что эквивалентно увеличению дальности в раз при тех же ограничениях на степень теплового нагрева.

Структурная схема магнитометрической локальной навигации приведена на фигуре, где обозначены:

1 - стационарная часть;

2 - катушки индуктивности;

3 - источник гармонического сигнала;

4 - источник импульсного сигнала;

5 - фазовращатель;

6 - делитель частоты;

7 - модуляторы сигнала;

8 - условное обозначение переменного вращающегося магнитного поля;

9 - мобильная часть.

Назначение источника импульсного сигнала и модулятора сигналов ясны из названия, и они могут быть выполнены с использованием промышленно выпускаемых радиотехнических элементов аналогичного назначения.

Устройство работает аналогично прототипу с некоторыми отличиями, которые заключаются в следующем. Сигнал с выхода источника гармонического сигнала 2 поступает на вторые входы модуляторов 7.1, 7.2 и 7.3 сигнала: первого модулятора 7.1 через фазовращатель 5, второго модулятора 7.2 непосредственно с выхода источника 2 и третьего модулятора 7.3 через делитель частоты 6. На первые входы модуляторов 7.1, 7.2 и 7.3 поступает последовательность импульсов с выхода источника импульсного сигнала 4. Модуляторы 7.1, 7.2 и 7.3 формируют радиоимпульсы, которые поступают соответственно на катушки индуктивности 2.1, 2.2 и 2.3.

За счет формирования радиоимпульсного навигационного магнитного поля обеспечивается снижение тепловой мощности, выделяемой на катушках индуктивности и, как следствие, повышение дальности действия устройства магнитометрической системы локальной навигации.

Осуществление изобретения

Источник гармонического сигнала 3, источник импульсного сигнала 4, фазовращатель 5 и делитель частоты 6 могут быть реализованы с использованием функционального генератора сигналов на микросхеме XR2206CP (https://supereyes.ru/catalog/waveform generator/Generatorjrignalov _XR2206_konstruktor/).

Изобретение относится к области измерительной техники, навигации и предназначено для определения местоположения и ориентации различных подвижных объектов относительно источника переменного вращающегося магнитного поля. Техническим результатом изобретения является повышение дальности действия устройства магнитометрической системы локальной навигации. Устройство магнитометрической локальной навигации дополнительно содержит первый, второй и третий модуляторы сигнала и источник импульсного сигнала. Выходы модуляторов сигнала соединены с первой, второй и третьей катушкой индуктивности соответственно. Выход источника импульсного сигнала соединен с объединенными первыми входами первого, второго и третьего модуляторов сигнала. Выходы фазовращателя и делителя частоты соединены с вторыми входами первого и третьего модуляторов сигнала соответственно. Выход источника гармонического сигнала соединен с объединенными входами делителя частоты, фазовращателя и вторым входом второго модулятора сигнала. 1 ил.

Устройство магнитометрической системы локальной навигации, состоящее из стационарной и мобильной частей, при этом стационарная часть содержит первую, вторую и третью взаимно ортогональные катушки индуктивности, источник гармонического сигнала, делитель частоты и фазовращатель, отличающееся тем, что дополнительно введены первый, второй и третий модуляторы сигнала, выходы которых соединены с первой, второй и третьей катушкой индуктивности соответственно, источник импульсного сигнала, выход которого соединен с объединенными первыми входами первого, второго и третьего модуляторов сигнала, выходы фазовращателя и делителя частоты соединены с вторыми входами первого и третьего модуляторов сигнала соответственно, выход источника гармонического сигнала соединен с объединенными входами делителя частоты, фазовращателя и вторым входом второго модулятора сигнала.