Способ определения положения объекта засечкой с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности



Способ определения положения объекта засечкой с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности
Способ определения положения объекта засечкой с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности
Способ определения положения объекта засечкой с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности
Способ определения положения объекта засечкой с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности
Способ определения положения объекта засечкой с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности
Способ определения положения объекта засечкой с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности
Способ определения положения объекта засечкой с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности
Способ определения положения объекта засечкой с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности

Владельцы патента RU 2684733:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" (RU)

Изобретение относится к области определения координат летательных аппаратов и может быть использовано в военной технике. Достигаемый технический результат - определение координат летательных аппаратов при производстве внешнетраекторных измерений дальномерно-пеленгационным способом с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности и оценка его точности. Указанный результат достигается преобразованием трех измеренных величин – азимута α1, угла места ε1 и дальности Д2 или α2, ε2, Д1 в прямоугольные координаты объекта измерений. Первые две из них (α1; ε1) также определяют линию, проходящую через первый измерительный пункт в направлении на объект. Геометрическим местом точек, для которых величина Д2 постоянная, есть сфера радиуса Д2 с центром во втором измерительном пункте. Положение объекта в данном случае будет определяться точкой пересечения прямой и сферы. Точность предложенного способа определения координат объекта определяется точностью «привязки» измерительных пунктов, их взаимным положением, рельефом местности, а также точностью измеряемых параметров и рассчитывается по определенным зависимостям. 2 ил.

 

Изобретение относится к области обнаружения и определения координат различных объектов (летательных аппаратов различного назначения, снарядов, ракет) и может быть использовано в военной технике.

В настоящее время известны различные способы определения координат объектов с использованием способов передачи и приема радиосигналов наземных радиомаяков (патент Российской Федерации №2436232) [1], способ триангуляции целей (патент Российской Федерации №2423720) [2]. Недостатками данных способов являются сложность обработки информации от пунктов обнаружения объектов, использование только активного радиолокационного диапазона электромагнитных волн, большое число измеряемых параметров.

Способ автоматизированного определения координат беспилотных летательных аппаратов (патент Российской Федерации №2523446) [3], заключается в применении камер кругового обзора, видеомонитора, ЭВМ и лазерного дальномера для подсветки летательного аппарата. Камеры кругового обзора размещают симметрично и направляют в разные стороны, так чтобы вести наблюдение на 360° по горизонту в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Появление летательного аппарата фиксируется автоматически как помеха, возникающая на кадре видеопоследовательности относительно предыдущего, а полученные данные обрабатываются на ЭВМ, где рассчитываются угловые координаты летательного аппарата относительно центра углоизмерительного устройства, которое с помощью поворотных механизмов направляет лазерный дальномер на летательный аппарат для измерения дальности до него. Измеренная дальность поступает на устройство обработки и отображения информации, где происходит определение прямоугольных координат объекта (XГ О, hГ О, YГ О).

Способ определения координат летательных аппаратов на основе использования двух дирекционных углов и одного угла места (патент Российской Федерации №260149) [4], заключается в измерении указанных параметров с двух пунктов сопряженного наблюдения, с последующим пересчетом величин (α1, α2, ε2) в координаты объекта.

Общим недостатком данных способов определения координат летательных аппаратов является избыточность информации о положении объекта, неполное использование данных измерений и как следствие немаксимальная точность, а также отсутствие способов оценки точности координат.

Задачей, стоящей перед настоящим изобретением, является разработка способа получения координат измеряемого объекта при минимально необходимой для получения результата информации и оценка точности позиционирования объекта.

Поставленная задача решается следующим образом.

В настоящее время дальномерно-пеленгационный метод определения координат объектов широко распространен в практике оптических и радиолокационных внешнетраекторных измерений (рис. 1). Он основан на измерении угловых координат объекта в горизонтальной (азимут А или дирекционный угол α) и вертикальной плоскостях (угол места ε), а также дальности до него Д (рис. 1). В простейшем случае организации таких измерений достаточно одного измерительного пункта с известными координатами (XГ; hГ; YГ), чтобы однозначно определить пространственные координаты летательного аппарата (XГ О; hГ О; YГ О) по зависимостям

С целью повышения надежности получения траекторной информации количество измерительных пунктов увеличивают до двух-трех. При этом на каждом из них проводятся аналогичные измерения трех сферических координат объекта (αi, εi, Дi). В этом случае возникает некоторая избыточность информации, определяемая разностью между числом регистрируемых параметров и числом степеней свободы объекта равном трем. В случае двух измерительных пунктов синхронно регистрируется шесть параметров (α1, ε1, Д1) (α2, ε2, Д2), где индекс показывает номер измерительного пункта. Чаще всего вторая тройка чисел используется по аналогии с первой для вычисления координат объекта по зависимостям (1) и служит только для контроля вычислений. При этом практически любая тройка чисел из шести измеренных параметров позволяет определить координаты объекта. При таком способе обработки большая часть полученной информации теряется, а возможности измерительной техники используются не в полной мере. В случае получения неполной информации с измерительных средств использовать канонические зависимости дальномерно-пеленгационного способа (1) не представляется возможным. Поэтому возникает необходимость разработки способа определения положения объекта при неполных измерениях, одним из которых является случай регистрации трех величин - α1, ε1, Д2 или α2, ε2, Д1. Все дальнейшие выкладки для определенности выполнены для первого случая, второй вариант получается из первого путем замены индексов 1 на 2 и 2 на 1.

Из теории известно, что пара чисел (α1; ε1) геометрически однозначно определяет прямую в пространстве, проходящую через первый измерительный пункт в направлении на объект. Геометрическим местом точек, для которых величина Д2 величина постоянная, есть сфера с центром во втором измерительном пункте. Положение объекта в данном случае определяется точкой пересечения прямой и сферы (рис. 2).

Прямая и сфера в пространстве могут взаимно располагаться одним из следующих образов:

1. Прямая проходит через сферу. В этом случае общих точек у этих объектов будет две.

2. Прямая не проходит через сферу. В этом случае общих точек у этих объектов нет.

3. Прямая касается сферы. В этом случае у этих объектов одна общая точка - точка касания.

Чаще всего на практике реализуется первый случай с двумя общими точками. Здесь необходимо вводить дополнительные условия выбора одной из них. В качестве такого условия может быть использован критерий близости к истинному решению, определенному хотя бы приближенно. В рассматриваемом случае в качестве истинного значения целесообразно использовать решение, полученное по зависимостям (1). Второй и третий случаи на практике встречаются реже и имеют место при больших ошибках измерений регистрируемых параметров.

Уравнение прямой, проходящей через первый измерительный пункт в направлении на объект, имеет вид

(x-XГ1)/[cos ε1cos α1]=(h-hГ1)/sinε1=(y-YГ1)/[cos ε1sin α1]=k.

где k - коэффициент пропорциональности;

(XГ 1, hГ 1, YГ 1) - прямоугольные координаты первого измерительного пункта.

Поочередно выражая из данного уравнения переменные х, h и у, получим

х=XГ1+k cos ε1cos α1; h=hГ1+k sin ε1; y=YГ1+k cos ε1sin α1.

Подставляя полученные выражения в уравнение сферы, будем иметь

(XГ1+k cos ε1cos α1-XГ2)2+(hГ1+k sin ε1-hГ2)2+(YГ1+k cos ε1sin α1-YГ2)222,

где (XГ 2; hГ 2; YГ 2) - прямоугольные координаты второго измерительного пункта.

Возводя в квадрат и раскрывая скобки, получим

(XГ1-XГ2)2+2(XГ1-XГ2)k cos ε1cos α1+k2cos2ε1cos2α1+

+(hГ1-hГ2)2+2(hГ1-hГ2)k sin ε1+k2sin2ε1+

+(YГ1-YГ2)2+2(YГ1-YГ2)k cos ε1sin α1+k2cos2ε1sin2α122.

Это квадратное уравнение относительно коэффициента пропорциональности k. Приведем подобные слагаемые

k2(cos2ε1cos2α1+sin2ε1+cos2ε1sin2α1)+

+2k[(XГ1-XГ2)cos ε1cos α1+(hГ1-hГ2)sin ε1+(YГ1-YГ2)cos ε1sin α1]=

=r22-(XГ1-XГ2)2-(hГ1-hГ2)2-(YГ1-YГ2)2.

Упрощая полученное выражение и обозначая через Б расстояние (базу) между измерительными пунктами, получим

k2+2k[(XГ1-XГ2)cos ε1cos α1+(hГ1-hГ2)sin ε1+(YГ1-YГ2)cos ε1sin α1]+Б222=0,

где Б2=(XГ1-XГ2)2+(hГ1-hГ2)2+(YГ1-YГ2)2.

Решим данное квадратное уравнение. Учитывая, что коэффициент при первой степени параметра k четный будем иметь

Если то прямая пересекает сферу в двух точках, если то прямая не пересекает сферу, если то прямая касается сферы в одной общей точке.

Окончательно

Таким образом, координаты объекта можно найти по зависимостям

XГ ОX=XГ1+k1,2cos ε1cos α1; hГ Оh+hГ1+k1,2sin ε1; YГ ОY=YГ1+k1,2cos ε1sin α1.

Так как итоговая зависимость результатов расчетов от аргументов достаточно сложная, то для оценки точности координат целесообразно использовать метод линеаризации. В условиях настоящего способа срединные ошибки координат можно найти по следующей зависимости:

где Е[XГ] - срединная ошибка определения координаты Xг объекта;

∂ƒX/∂α1 - частная производная координаты Xг по дирекционному углу.

Она показывает, насколько изменится расчетное значение Xг при изменении α1 на единицу;

E[α1], Е[ε1], Е[Д2] - срединные ошибки измерений дирекционного угла, угла места и дальности соответственно.

Аналитические зависимости для расчета срединных ошибок координат hг и Yг имеют аналогичный вид

По этой же причине частные производные, входящие в выражения (2)-(3) целесообразно определять по формулам численного дифференцирования по трем точкам

или по двум точкам

Другие частные производные необходимо определять по аналогичным зависимостям.

Таким образом, предлагаемый способ определения положения объекта засечкой с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности, позволяет определять положение летательного аппарата при дальномерно-пеленгационном способе организации внешнетраекторных измерений с двумя измерительными пунктами в оптическом и радиолокационном диапазонах электромагнитных волн при минимально необходимой информации и оценивать его точность.

Источники информации

1. Панов В.П., Приходько В.В. Способ передачи и приема радиосигналов наземных радиомаяков. - М.: ФИПС. Патент на изобретение №2436232, 10.12.2011 г.

2. Безяев B.C. Способ триангуляции целей. - М.: ФИПС. Патент на изобретение №2423720, 10.07.2011 г.

3. Шишков С.В. Способ автоматизированного определения координат беспилотных летательных аппаратов. - М.: ФИПС. Патент на изобретение №2523446, 26.05.2014 г.

4. Шишков С.В. Способ определения координат летательных аппаратов на основе использования двух дирекционных углов и одного угла места. - М.: ФИПС Патент на изобретение №2601494, 20.04.2015 г.

Способ определения положения летательного аппарата в декартовой системе координат на основе засечки с двух измерительных пунктов с географическими координатами (XГ1; hГ1; YГ1), (XГ2; hГ2; YГ2), расположенными на расстоянии Б друг от друга, дирекционного угла α1, угла места ε1 и дальности Д2 с последующей обработкой внешнетраекторной информации путем решения геометрической задачи пересечения сферы с центром во втором измерительном пункте с прямой, проходящей через первый измерительный пункт в направлении на объект, алгебраически сводящейся к поиску корней квадратного уравнения относительно коэффициента пропорциональности k вида

k2+2k[(XГ1-XГ2)cos ε1cos α1+(hГ1-hГ2)sin ε1+(YГ1-YГ2)cos ε1sinα1]+Б222=0,

и последующим определением искомых координат летательного аппарата (XГ О; hГ О, YГ О) по зависимостям:

XГ О=XГ1+kcos ε1cos α1; hГ О=hГ1+ksin ε1; YГ О=YГ1+kcos ε1sin α1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области определения координат летательных аппаратов различного назначения и может быть использовано в военной технике. Достигаемый технический результат - разработка способа определения координат летательных аппаратов при наличии минимально необходимого объема информации, а также оценка точности позиционирования объекта.

Группа изобретений относится к устройству и способу управления мобильным роботизированным устройством сети роботизированных устройств. Устройство содержит процессор, блок памяти, сенсоры местоположения, сенсоры окружающей среды, модуль управления приводами, детектор изменения параметров задачи мониторинга, сетевой приемник/передатчик, детектор целевого объекта, блок памяти.

Изобретение относится к устройствам управления для бортовых систем автоматического управления летательными аппаратами. Техническим результатом изобретения является повышение динамической точности управления.

Изобретение относится к области комплексного контроля инерциальных навигационных систем управления подвижными объектами и, в частности, к средствам аппаратурно безызбыточного контроля систем ориентации и навигации беспилотных и дистанционно пилотируемых летательных аппаратов повышенной информационной производительности.

Изобретение относится к бортовым устройствам для систем автоматического управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА). Техническим результатом является повышение устойчивости процессов управления.

Изобретение относится к бортовому радиоэлектронному оборудованию. Техническим результатом является повышение надежности.
Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при управлении беспилотными летательными аппаратами (БЛА). Технический результат - повышение эффективности управления путем независимого ввода дополнительных поправок в каждый из приводов наведения БЛА и повышение точности наведения.

Группа изобретений относится к способу соединения гофрированного шланга с корпусом. В корпусе выполняют высверленное отверстие с диаметром, меньшим чем наружный диаметр гофрированного шланга, и заправляют или запрессовывают гофрированный шланг в отверстие.

Изобретение относится к технике управления и может применяться для наведения летательных аппаратов (ЛА) на радиоизлучающие воздушные цели с использованием угломерных двухпозиционных радиолокационных систем.

Изобретение относится к средствам управления, а более конкретно - к системам поиска, обнаружения, опознавания и слежения, получившим широкое распространение во многих областях народного хозяйства и в военной технике.

Изобретение относится к области определения координат летательных аппаратов различного назначения и может быть использовано в военной технике. Достигаемый технический результат - разработка способа определения координат летательных аппаратов при наличии минимально необходимого объема информации, а также оценка точности позиционирования объекта.

Изобретение относится к области пассивной оптической локации и может быть использовано для обнаружения оптических импульсных сигналов на фоне мощной фоновой засветки и для определения времени прихода оптического сигнала на фоне помех.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (радиолокаторам), устанавливаемым на летательных аппаратах. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей устройства за счет реализации функции обнаружения малоскоростных и неподвижных целей на фоне поверхности земли.

Изобретение относится к области радиолокационной техники, а именно к способам определения угловых координат измерений произвольного количества точечных близко расположенных целей.

Изобретение относится к области радиопеленгования импульсных радиоизлучателей электромагнитной энергии (например, молниевых разрядов) в приземном волноводе Земля - ионосфера.

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для сокращения времени обзора направления. Достигаемым техническим результатом изобретений является сокращение временных затрат на обнаружение подвижных целей и на измерение их координат в условиях действия пассивных помех.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ), и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения ИРИ с летательного аппарата (ЛА), в частности с беспилотного ЛА.

Изобретение относится к области создания портативных навигационных приемников, а также средств автономного контроля навигационных сигналов спутниковых систем ГЛОНАСС, GPS.

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности к радиотехническим системам, и может быть применено в конструкции радиолокационной системы с использованием вторичного излучения радиоволн.

Изобретение относится к области радиоэлектроники. .

Изобретение относится к способам навигации по спутниковым радионавигационным системам и может быть использовано для выбора созвездия видимых навигационных спутников, обеспечивающего максимальную точность решения навигационной задачи подвижного объекта.

Изобретение относится к области определения координат летательных аппаратов и может быть использовано в военной технике. Достигаемый технический результат - определение координат летательных аппаратов при производстве внешнетраекторных измерений дальномерно-пеленгационным способом с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности и оценка его точности. Указанный результат достигается преобразованием трех измеренных величин – азимута α1, угла места ε1 и дальности Д2 или α2, ε2, Д1 в прямоугольные координаты объекта измерений. Первые две из них также определяют линию, проходящую через первый измерительный пункт в направлении на объект. Геометрическим местом точек, для которых величина Д2 постоянная, есть сфера радиуса Д2 с центром во втором измерительном пункте. Положение объекта в данном случае будет определяться точкой пересечения прямой и сферы. Точность предложенного способа определения координат объекта определяется точностью «привязки» измерительных пунктов, их взаимным положением, рельефом местности, а также точностью измеряемых параметров и рассчитывается по определенным зависимостям. 2 ил.

Наверх