Способ определения пространственных координат подвижного объекта

Авторы патента:

G01S3/14 - системы для определения направления или отклонения от заданного направления

Владельцы патента RU 2482507:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации" (RU)

Способ определения пространственных координат подвижного объекта относится к области радионавигации. Способ основан на определении погрешностей координат подвижного объекта через мнимое местоположение спутника относительно объекта. Сравнивая мнимое местоположение спутника с его реальным положением, корректируют координаты объекта. При этом учитывается, что погрешности в определении координат мнимого положения спутника будут такими же и для мнимого положения объекта. Технический результат заключается в повышении точности определения пространственных координат подвижного объекта за счет учета погрешностей, вызванных рефракцией сигналов при прохождении различных слоев атмосферы. 1 ил.

Изобретение относится к области радионавигации, а именно к определению местоположения подвижного объекта.

Известен способ определения пространственной угловой ориентации подвижного объекта из описания к патенту РФ 2112926 МПК G01C 19/06, опубликован 10.06.1998. Способ предназначен для использования в инерциальных навигационных системах. Способ включает периодически реверсируемое вращение платформы относительно оси, жестко связанной с объектом. Измеряют проекции абсолютной угловой скорости и угол поворота платформы относительно объекта. Вычисляют текущие значения пространственной угловой ориентации подвижного объекта.

Известен также способ определения координат движущихся объектов из работы Васильева Ю. и Камышова А. «Система определения координат движущихся объектов с лазерным сопровождением». Журнал «Компоненты и технологии», №9, 2005 год. Координаты движущихся объектов регистрируются теплопеленгатором. Точность регистрации координат зависит от точности системы слежения пеленгатора и наведения лазерного сигнала на движущийся объект.

Известен способ определения координат подвижного объекта в трехмерном пространстве (патент РФ 2267797 С2, МПК G01S 3/14, опубликован 10.01.2006. «Способ определения координат летательного аппарата (ЛА) и устройство на его основе»). По максимальному количеству сходных существенных признаков этот способ принимается за прототип.

Известный способ заключается в формировании радионавигационной системой с вычислительным комплексом двух наземных источников излучения по азимуту и по углу места. При этом сигналы источников излучения модулируют во времени набором частот, каждая из которых соответствует определенному значению угла поворота антенны. На борту ЛА принимают сигналы азимута и угла места и определяют по частоте модуляции принятого сигнала угловые координаты ЛА. Формируют сигналы в виде набора импульсов, соответствующих кодированному значению дальности, и производят на борту ЛА расшифровку кода дальности. Способ обеспечивает повышенную безопасность полета и может быть использован с высокой точностью в зоне ближней навигации, а также при взлете и посадке. Однако скорость распространения электромагнитных сигналов радионавигационной системы зависит от среды распространения, которая неоднородна, особенно с увеличением высоты полета (стратосфера, тропосфера). В этих случаях наблюдается рефракция сигналов, которая вносит погрешности в измерения координат.

Задача, решение которой осуществляется заявляемым способом, заключается в повышении точности определения пространственных координат подвижного объекта с помощью вычислительного комплекса радионавигационной системы пространственных координат подвижного объекта за счет учета погрешностей, вызванных рефракцией электромагнитных сигналов радионавигационной системы спутника при прохождении неоднородных слоев атмосферы.

Сущность предлагаемого способа как технического решения выражается следующей совокупностью существенных признаков.

Как и в прототипе, в заявляемом способе сигналы излучаются радионавигационной системой, принимаются и обрабатываются с последующим определением координат подвижного объекта в трехмерной системе координат.

В отличие от прототипа учитываются погрешности координат, вызванные рефракцией электромагнитных сигналов радионавигационной системы спутника при прохождении их в различных слоях атмосферы. Погрешности определяют через мнимое местоположение спутника. Определяют координаты мнимого положения спутника. Сравнивают его с реальным положением спутника. Рассчитывают погрешности этих координат. При этом погрешности в определении мнимых координат спутника такие же, как и для объекта. Поэтому корректируют координаты положения подвижного объекта с учетом этих же погрешностей.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого способа, заключается в повышении точности определения пространственных координат объекта за счет учета погрешностей, вызванных рефракцией.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежом, где на фигуре 1 изображена схема определения пространственных координат подвижного объекта, получающего сигналы от радионавигационной системы спутника.

- Ср - реальное положение спутника с координатами X Y Z.

- См - мнимое положение спутника с координатами х y z.

- Пунктиром обозначена траектория прохождения сигнала через атмосферу и через ионный слой.

- Bp - реальное положение объекта с координатами Х_в, Y_в, Z_в.

- Вм - мнимое положение объекта с координатами х_в y_в z_в.

- α - угол между горизонтальным вектором и направлением на спутник.

Заявляемый способ определения пространственных координат подвижного объекта осуществляется следующим образом (фиг.1). Сигналы распространяются от радионавигационной системы реального спутника С, координаты которого известны С (X Y Z). Проходя через атмосферу, сигналы искажаются. Искажение обусловлено уменьшением коэффициента преломления n атмосферы с увеличением высоты n=c/v, где

с - скорость распространения сигналов в вакууме,

ν - скорость распространения сигналов в среде с коэффициентом n. Для сигналов от радионавигационной системы спутника и подвижного объекта наибольшее влияние на эту скорость оказывают слои ионосферы и тропосферы, в которых скорость имеет эффект замедления. Коэффициент преломления ионосферы n<1. При прохождении слоя ионосферы траектория сигнала от радионавигационной системы спутника С до объекта В отлична от прямой линии. Все решения уравнений 1, 2, 3, 4, 5 обеспечиваются вычислительным комплексом радионавигационной системы. Определяются координаты мнимого положения объекта Вм (х_в y_в z_в). Определяется положение мнимого спутника См, а реальное положение спутника Ср известно. Мнимое положение подвижного объекта - Вм (х_в y_в z_в). Реальное положение подвижного объекта Bp (Х_в Y_в Z_в). Координаты мнимого положения спутника См (х у z) вычисляют по формулам

где D - мнимая дальность до объекта Bp.

Угол α дает линию визирования не на реальное положение спутника Ср, а на его мнимое положение на расстоянии D от объекта Вм (х_в y_в z_в).

Уравнение прямой, проходящей через мнимое местоположение спутника См в направлении α,

Уравнение

связывает зависимостью координаты реального положения спутника Ср и мнимого См, где r -ошибка определения реального положения спутника, взятая по модулю.

Решение системы уравнений 1, 2 и 3 дает значения мнимых координат спутника См (x y z).

Таким образом, получив мнимые координаты спутника и зная реальные координаты, можно определить погрешности

Погрешности определения мнимого положения спутника См такие же, как и объекта Вм.

Тогда реальные координаты объекта Bp (Х_в Y_в Z_в) выглядят следующим образом:

Полученная математическая модель позволяет уменьшить погрешности координат, вызванные рефракцией сигналов в атмосфере в зависимости от условий полета, состояния атмосферы, времени года, суток и того подобного.

Определяют погрешности Δх, Δy, Δz, так как погрешности в определении координат мнимого положения спутника См такие же, как и для объекта Bp. С помощью вычислительного комплекса радионавигационной системы корректируются координаты мнимого положения подвижного объекта Вм с учетом погрешностей Δх, Δy, Δz и определяют пространственное положение подвижного объекта Bp.

Достигаемый технический результат заявляемого способа обеспечивается учетом погрешностей в определении пространственных координат подвижного объекта. Способ определения координат обладает повышенной точностью благодаря учету погрешностей, вызванных рефракцией сигналов в атмосфере, так как постоянно отслеживают текущее состояние атмосферы, а не ее статистические модели. Модель состояния атмосферы вокруг аэропорта, тропосферная и ионосферная модели не дают требуемой точности. Для беспилотных подвижных объектов на основе получения информации о пространственном положении с помощью заявляемого способа можно решать задачи стабилизации траектории полета без дорогостоящего инерциального оборудования.

Способ определения пространственных координат подвижного объекта реализуется радионавигационной системой спутника и подвижного объекта с вычислительным комплексом.

Список литературы

1) Патент РФ 2267797 С2, МПК G011 S3/14, G01C 23/00. Опубликован 10.01.2006. «Способ определения координат летательного аппарата и устройство на его основе»;

2) Васильев Ю., Камышов А., «Система определения координат движущихся объектов». Журнал «Компоненты и технологии», №9, 2006 год;

3) Патент РФ 2112926 С1, МПК G01C 19/66. Опубликован 10.06.1998. «Способ определения пространственной угловой ориентации подвижного объекта»;

4) Шебшаевич B.C. и др. «Сетевые спутниковые радионавигационные системы», М.: Радио и связь, 1993 г.

Способ определения пространственных координат подвижного объекта, включающий излучение сигналов радионавигационной системой спутника с вычислительным комплексом, прием и обработку их на объекте с последующим определением пространственных координат подвижного объекта, отличающийся тем, что при этом дополнительно учитываются погрешности пространственных координат, вызванные рефракцией сигналов, излучаемых известной радионавигационной системой реального спутника с известными координатами, для чего с помощью вычислительного комплекса радионавигационной системы реального спутника определяются координаты мнимого положения спутника, сравниваются с известными координатами реального положения спутника, определяются погрешности этих координат, после чего корректируются координаты подвижного объекта с учетом погрешностей координат положения спутника, учитывая, что погрешности координат положения спутника такие же, как и для подвижного объекта.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для пассивного обнаружения и пеленгования систем связи, локации и управления, использующих радиосигналы с расширенным спектром.

Способ и устройство определения местоположения источника радиоизлучения // 2465613

Способ отображения баллистического состояния орбитальной группировки космических аппаратов // 2461016

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано для повышения эффективности работы систем наблюдения за космической обстановкой.

Способ и устройство определения координат источника радиоизлучения // 2458360

Способ определения систематических ошибок пеленгования ракеты и цели моноимпульсной системой // 2454677

Изобретение относится к области пеленгации. .

Способ определения углового спектра // 2452974

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации, и может быть использовано в средствах радиомониторинга и пеленгования. .

Способ адаптивного измерения пространственных параметров источников радиоизлучений и устройство для его осуществления // 2423719

Устройство определения направления // 2421749

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокаторах поиска и слежения. .

Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления // 2419805

Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления // 2383897

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах. .

Фазовый способ пеленгации // 2482508

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации, и может быть использовано для совмещенного поиска и пеленгования по угловым координатам с высокой точностью множества работающих передатчиков, одновременно попадающих в текущую полосу приема

Способ посадки самолета по курсу или глиссаде на аэродром и устройства для его реализации, рлс определения знака отклонения цели от равносигнального направления // 2485537

Способы определения знака и величины отклонения самолета от курса и глиссады на конечном этапе его посадки на аэродром и устройства для их осуществления // 2492495

Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления // 2505832

Изобретения предназначены для определения пеленга и угла места источника априорно неизвестного сигнала. Достигаемый технический результат - сокращение временных затрат на оценивание пространственных параметров сигналов - азимута и угла места. Сущность заявляемого способа заключается в последовательном синхронном преобразовании высокочастотных сигналов одновременно со всех N антенных элементов (АЭ) в цифровую форму, одновременном измерении в каждом частотном поддиапазоне на совпадающих интервалах времени комплексных спектров пар сигналов для всех используемых в обработке N·(N-1)/2 пар АЭ, определении свертки комплексно-сопряженых спектров, одновременном получении разности фаз радиосигналов Δφ1,h,изм(fν) для всех N·(N-1)/2 пар АЭ и каждого частотного поддиапазона путем преобразования Фурье, формировании и запоминании эталонных разностей фаз сигналов для всех возможных направлений прихода радиосигнала, вычислении значения функции дисперсии невязок разности фаз по всем угловым параметрам, формировании для каждой используемой пары АЭ на основе значений Δφ1,h,изм(fν) конечного семейства конусов возможных направлений на источник и набора непересекающихся окружностей направлений, запоминании точек пересечения окружностей направлений от разных пар АЭ, определении значений функции дисперсии невязок разностей фаз F(fν) для точек пересечения окружностей направлений и минимальной среди них minH(fν), локальной оптимизации minH(fν) путем сравнения с ближайшими к ней значениями H(fν), определении наиболее вероятного направления прихода радиосигнала по наименьшему значению minH(fν)опт. В пеленгаторе, реализующем способ, дополнительно введены блок формирования конусов и окружностей направлений, блок определения точек пересечения окружностей направлений и блок поиска глобального экстремума, соединенные определенным образом между собой и остальными элементами заявленного пеленгатора. 2 н.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Способ и устройство определения координат объектов // 2513900

Изобретения относятся к области радиотехники и могут быть использованы для определения местоположения объектов угломерно-дальномерным способом с летно-подъемного средства (ЛПС). Достигаемый технический результат - повышение точности определения координат объектов. Технический результат достигается благодаря более точному измерению вектора направления на объект V П i j → в системе координат видеокамеры, уменьшению случайных ошибок оценивания за счет многократного определения координат объектов по серии кадров, а также благодаря учету особенностей рельефа местности в районе измерений. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 26 ил.

Способ пеленгации ионосферных сигналов // 2518007

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области пеленгации, и может быть использовано для пеленгации (измерения азимутов) и измерения углов места ионосферных сигналов в условиях приема как одного, так и двух лучей в широком частотном диапазоне. Достигаемый технический результат - сокращение времени определения угловых параметров двулучевого ионосферного сигнала. Указанный результат достигается тем, что формируется новая антенная система с минимальной базой. По максимальному значению двумерной диаграммы направленности U ( α y ' , β y ' ) антенной системы с минимальной базой оценивается устойчивое однолучевое, в условиях приема двух лучей, значение азимута α y ' и угла места β y ' . это решение далее уточняется двулучевым решением U ^ ( α 1 ' , β 1 ' , α 2 ' , β 2 ' ) в пределах ограниченной четырехмерной площадки α 1 ' = α y ' ± 10 г р а д у с о в , α 2 ' = α y ' ± 10 г р а д у с о в , β 1 ' = β y ' ± 10 г р а д у с о в , β 2 ' = β y ' ± 10 г р а д у с о в . Двумерная диаграмма направленности U ( α y ' , β y ' ) формируется по определенному вычислительному выражению. Областью определения устойчивого однолучевого решения α y ' , β y ' является интервал азимутов 0÷360 градусов и интервал углов места 0÷90 градусов. Устойчивость оценок азимута и угла места и широкий частотный диапазон обеспечиваются использованием при формировании двумерной диаграммы направленности антенной системы разности фаз двух соседних вибраторов ψn+1-Ψn. 10 ил.

Амплитудный радиопеленгатор (варианты) // 2526536

Группа изобретений может быть использована для определения пространственных параметров радиоизлучений. Достигаемым техническим результатом является разработка малогабаритных амплитудных радиопеленгаторов (AP) при сохранении в значительной степени их высоких точностных характеристик. Технический результат достигается благодаря учету информации о поле сигнала в пространственно разнесенных точках. Первый (двухканальный) вариант реализации AP содержит последовательно соединенные восьмиэлементную антенную систему (AC), антенный коммутатор, двухканальное радиоприемное устройство (РПУ), двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый и второй вычислители, сумматор, блок поиска максимума, третий вычислитель, блок усреднения, блок индикации и тактовый генератор с соответствующими связями. Второй (восьмиканальный) вариант реализации AP содержит последовательно соединенные восьмиэлементную AC, восьмиканальное РПУ, восьмиканальное АЦП, первый вычислитель, сумматор, блок поиска максимума, второй вычислитель, блок усреднения, блок индикации и тактовый генератор с соответствующими связями. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл., Приложение.

Устройство для определения направления и дальности до источника сигнала // 2562828

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Достигаемый технический результат - увеличение помехоустойчивости устройства. Указанный результат достигается тем, что устройство содержит магнитную первую и вторую антенны, размещенные взаимно перпендикулярно, восемь усилителей, три фильтра, три квадратора, сумматор, третью антенну, пять пороговых блоков, персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ или микропроцессор), блок системы единого времени (GPS или Глонасс), блок связи с абонентами, схему ИЛИ, таймер, две схемы И, счетчик, четыре цифроаналоговых преобразователя, три калибратора, формирователь, тактовый генератор, пять аналого-цифровых преобразователей. Все перечисленные средства определенным образом соединены между собой, при этом третья антенна выполнена магнитной и размещена перпендикулярно первой и второй антеннам, пороговые блоки выполнены с управлением по порогу, фильтры выполнены с управлением по полосе пропускания, усилители выполнены с управлением по полосе фазе и чувствительности, таймер выполнен с управлением по длительности выходного сигнала. 1 ил.

Способ формирования диаграммы направленности двухкольцевой цифровой фазированной антенной решетки // 2573715

Изобретение относится к антенной технике, а именно к антенным системам с электронным управлением лучом и применением кольцевых цифровых фазированных антенных решеток (ЦФАР) в мобильных и стационарных средствах связи. Способ формирования диаграммы направленности двухкольцевой цифровой фазированной антенной решетки включает: цифровую обработку СВЧ сигнала, формирование управляющих сигналов в соответствии с данными о требуемой ДН и передачу излучателям возбуждающих сигналов с амплитудно-фазовым распределением, определенным в соответствии с выбранным критерием, амплитуды Аnm и фазы φnm возбуждающих сигналов определяют, минимизируя функцию F среднеквадратического отклонения формируемой диаграммы направленности R(φ) от заданного распределения Е(φ) поля излучения антенной решетки, характеризующегося наименьшим уровнем боковых лепестков при данной ширине основного лепестка, при этом величина амплитуды Аnm не превышает 1. Техническим результатом является формирование диаграммы направленности с требуемым уровнем боковых лепестков. 3 ил.

Способ цифровой обработки сигналов при обзорной моноимпульсной амплитудной суммарно-разностной пеленгации с использованием антенной решетки (варианты) и обзорный моноимпульсный амплитудный суммарно-разностный пеленгатор с использованием антенной решетки и цифровой обработки сигналов // 2583849

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применено в системах моноимпульсной радиолокации и радиопеленгации, использующих антенную решетку и цифровую обработку сигналов. Достигаемый технический результат изобретения - повышение точностных характеристик и быстродействия, вплоть до определения угла прихода сигнала по единственной его реализации. Для достижения технического результата по первому варианту способа, до приема сигналов осуществляют моделирование процесса их приема и обработки, при котором используют весовую функцию Хэмминга, обеспечивающую соответствующий уровень боковых лепестков и далее определяемого значения угла смещения, ширину рабочей зоны пеленгации не менее двукратной ширины диаграммы направленности парциального канала по уровню половинной мощности, в процессе моделирования определяют на основе весовой функции и параметров антенной решетки конкретный вид функций, параметрически зависящих от угла смещения, разлагают нечетную функцию, описывающую пеленгационную характеристику, по нечетным степеням текущего угла в ряд Маклорена, определяют предварительное значение угла смещения, вычисляют окончательное значение угла смещения, использованную при моделировании весовую функцию и определенное в результате моделирования значение угла смещения используют при формировании диаграмм направленности антенной решетки, получают значение сигнала рассогласования и вычисляют значение угла прихода сигнала источника радиоизлучения соответствующим образом. Для достижения технического результата по второму варианту определяют окончательное значение угла смещения как результат решения задачи, обеспечивающий соответствие пеленгационной характеристики кубической функции с отклонением только в седьмом и более высоких порядках разложения, далее использованную при моделировании весовую функцию и определенное в результате моделирования значение угла смещения используют при формировании диаграмм направленности антенной решетки, приеме и обработке сигнала, получая значение сигнала рассогласования, после чего вычисляют значение угла прихода сигнала источника радиоизлучения определенным образом. Примером реализации способов по первому и второму вариантам является обзорный моноимпульсный амплитудный суммарно-разностный пеленгатор с использованием антенной решетки и цифровой обработки сигналов, выполненный определенным образом. 3 н.п. ф-лы, 6 ил.