Способ определения координат движущегося объекта

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат движущегося объекта и управления его движением в зонах навигации. Технический результат - отсутствие, в том числе, требований обеспечения синхронизированной передачи радиосигналов станциями и наличия единой системы времени передающей радиосигналы системы и объекта. Способ характеризуется тем, что станции передающей системы, содержащей заданное количество станций с заданными и известными на объекте координатами фазовых центров антенн (ФЦА) станций, передают сигналы с индивидуальными признаками для каждой станции. На объекте сигналы принимают, идентифицируют и измеряют проекции скорости объекта, соответствующих им ускорений, производных этих ускорений по времени на прямые, соединяющие ФЦА объекта с соответствующими ФЦА станций, и по указанным проекциям определяют дальности от ФЦА станций до ФЦА объекта по соответствующим уравнениям измерений. По этим дальностям для трех и более станций определяют координаты ФЦА объекта в заданной Декартовой системе координат. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для определения пространственных координат движущихся объектов и управления их движением в зонах навигации. Радиосигналы передают станции передающей системы с заданными координатами фазовых центров антенн (ФЦА) станций, их принимают на объекте и определяют координаты фазового центра его антенны. Реализация способа позволит, в том числе, упростить соответствующие системы позиционирования, обеспечить однозначность определения координат объекта без привлечения дополнительной информации.

Известны способы определения координат объектов, основанные на применении угломерных, дальномерных, разностно и суммарно-дальномерных и комбинированных методов определения местоположения объекта с амплитудными, временными, частотными, фазовыми и импульсно-фазовыми методами измерения параметров радиосигнала (Патенты РФ 2096800, 2213979, 2258242, 2264598, 2309420, 2325666, 2363117, 2371737, 2378660, 2430385, 2439617, 2506605, 2507529, 2510518, 2539968, 2558640, 2559813, 2567114, 2568104, 2572589, 2584976, 2597007, 2598000, 2599984, 2602506, 2620359, 2653506, 2657237; Патенты США №№9423502 В2, 9465099 В2, 9485629 В2, 9488735 В2, 9661604 В1, 9681267 В2, 2016/0327630А1. 2016/0330584А1, 2016/0337933А1; Основы испытаний летательных аппара-тов/ Е.И. Кринецкий и др. Под ред. Е.И. Кринецкого. - М.: Машиностр., 1979, с. 64-89; Радиотехнические системы/ Ю.М. Казаринов и др. Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: ИЦ «Академия», 2008, с. 7, 17-18, п.п. 7.1-7.4, гл. 10.; Мельников Ю.П., Попов С.В. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения.- М.; «Радиотехника», 2008, гл. 5; Кинкулькин И.Е. и др. Фазовый метод определения координат.- М.: Сов. радио, 1979, с. 10-11, 97-100). Известные способы имеют те или иные недостатки, например, необходимость механического перемещения антенной системы, невозможность однозначного определения координат объекта, необходимость априорной информации о местоположении объекта, необходимость общей синхронизации передающих и принимающих радиосигналы радиотехнических объектов, недостаточное быстродействие и точность.

По критерию минимальной достаточности наиболее близким является способ определения координат объектов по патенту автора RU №2624461.

Преимуществом заявляемого способа определения координат объектов по сравнению с известными способами является обеспечение однозначного определения координат объекта без привлечения дополнительной информации о местоположении объекта и отсутствие требований обеспечения синхронизированной передачи радиосигналов станциями и наличия единой системы времени передающей радиосигналы системы и объекта. Это достигается тем, что станции передающей системы, содержащей заданное количество станций с заданными и известными на объекте координатами фазовых центров антенн (ФЦА) станций, передают сигналы с индивидуальными признаками для каждой станции. На объекте сигналы принимают, идентифицируют и измеряют одним из известных методов проекции скорости объекта, соответствующих им ускорений, производных этих ускорений по времени на прямые, соединяющие ФЦА объекта с соответствующими ФЦА станций, и по указанным проекциям определяют дальности от ФЦА станций до ФЦА объекта по предложенным в способе уравнениям измерений. По этим дальностям для трех и более станций определяют координаты ФЦА объекта в заданной Декартовой системе координат любым из известных дальномерных методов. Можно использовать, например, подходящий из методов, защищенных патентами автора RU №№2484604, 2484605, или метод, опубликованный в статье автора [Простой алгоритм определения пространственных координат объекта дальномерным методом// Информационно-измерительные и управляющие системы. 2015. Т. 13. №4, С. 3-8].

Для достижения указанного технического результата в соответствии с настоящим изобретением в способе определения координат движущегося объекта с каждой i-той станции передающей системы, содержащей заданное количество станций с заданными и известными на объекте координатами фазовых центров антенн станций в заданной трехмерной Декартовой системе координат (X,Y,Z), передают сигналы с индивидуальными признаками для каждой станции, на объекте их принимают, идентифицируют и измеряют одним из известных методов проекции скорости v_i объекта на прямые, соединяющие фазовый центр антенны объекта с соответствующими фазовыми центрами антенн i -тых станций, соответствующих им ускорений a_i, производных этих ускорений b_i по времени, и по указанным проекциям для каждой станции определяют соответствующие дальности d_i от фазовых центров антенн станций до фазового центра антенны объекта в соответствии с уравнениями измерений , где - абсолютное значение величины s, и по определенным таким образом дальностям для трех и более станций любым из известных дальномерных методов определяют координаты объекта x, y, z в указанной системе координат.

Также передают электромагнитные сигналы в диапазоне радиочастот.

Также передают электромагнитные сигналы в оптическом диапазоне частот.

Также передают сигналы в акустическом диапазоне частот.

Кроме того, формируют и передают гармонический сигнал либо совокупность гармонических сигналов.

Совокупность всех признаков позволяет определить пространственные координаты объекта с достижением указанного технического результата.

В существующем уровне техники не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения о способах того же назначения с указанной совокупностью признаков. Ниже изобретение описано более детально.

Сущность способа заключается в следующем.

С каждой станции передающей системы, содержащей заданное количество станций с заданными и известными на объекте координатами ФЦА станций в заданной трехмерной Декартовой системе координат (X,Y,Z), передают сигналы с индивидуальными признаками для каждой станции. На объекте сигналы принимают, идентифицируют и измеряют одним из известных методов проекции скорости v_i объекта на прямые, соединяющие ФЦА объекта с соответствующими ФЦА i-тых станций, соответствующих им ускорений a_i и производных этих ускорений b_i по времени. Измерение скорости основано, например, на измерении смещения частоты сигнала, связанного с эффектом Доплера. По указанным проекциям для каждой станции определяют соответствующие дальности d_i от ФЦА станций до ФЦА объекта в соответствии с указанными уравнениями измерений.

По определенным таким образом дальностям для трех и более станций любым из известных дальномерных методов определяют координаты объекта x,y,z в указанной системе координат.

Сигналы могут передавать в указанных диапазонах частот, а также в виде гармонического сигнала либо совокупности гармонических сигналов.

Координаты ФЦА объекта определяются однозначно и не требуется привлечение дополнительной априорной информации о расположении ФЦА объекта.

Способ может найти применение для построения универсальной навигационно-посадочной системы.

Перечислим основные достоинства способа:

- обеспечивает однозначное определение пространственных координат ФЦА объекта с высокой точностью;

- не требуется обеспечение синхронизированной передачи радиосигналов станциями (не обязательна одновременная их передача, либо передача с известными задержками по времени), т.к. измеряются не задержки радиосигналов, а указанные проекции скоростей, ускорений и производных ускорений по времени;

- практически исключается влияние на точность определения координат наличие отраженных (например, от земли) радиосигналов;

-не требуется единая система времени передающей системы и объекта;

- реализация способа проще и дешевле, чем известных аналогов;

- позволяет осуществлять одновременные измерения на большом количестве объектов.

Результативность и эффективность использования заявляемого способа состоит в том, что он может быть применен на практике для развития и совершенствования систем определения координат движущихся объектов, например, радиотехнических, а также в других приложениях. Способ позволяет однозначно определять координаты с большой точностью и более просто по сравнению с известными способами.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает появление новых свойств, не достигаемых в аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию «новизны».

Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Таким образом, заявленное изобретение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень», а также критерию «промышленная применимость».

1. Способ определения координат движущегося объекта, при котором с каждой i-той станции передающей системы, содержащей заданное количество станций с заданными и известными на объекте координатами фазовых центров антенн станций в заданной трехмерной Декартовой системе координат (X,Y,Z), передают сигналы с индивидуальными признаками для каждой станции, на объекте их принимают, идентифицируют и измеряют проекции скорости ν_i объекта на прямые, соединяющие фазовый центр антенны объекта с соответствующими фазовыми центрами антенн i-тых станций, соответствующих им ускорений а_i, производных этих ускорений b_i по времени, и по указанным проекциям для каждой станции определяют соответствующие дальности d_i от фазовых центров антенн станций до фазового центра антенны объекта в соответствии с уравнениями измерений где - знак абсолютного значения (модуля) заключенной в нем величины, и по определенным таким образом дальностям для трех и более станций определяют координаты объекта x, y, z в указанной системе координат.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что передают электромагнитные сигналы в диапазоне радиочастот.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что передают электромагнитные сигналы в оптическом диапазоне частот.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что передают сигналы в акустическом диапазоне частот.

5. Способ по п. 1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что формируют и передают гармонический сигнал либо совокупность гармонических сигналов.