Автоматизированная система навигации с контролем аномальных измерений координат от спутниковых радионавигационных систем

Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств, а именно к комплексной навигационной аппаратуре на основе аппаратуры счисления координат и измерений спутниковых радионавигационных систем. Сущность заявленного технического решения заключается в наличии схемы разрешения использования сигналов спутников (СРИСС) на основе алгоритма контроля целостности навигационного обеспечения спутниковых радионавигационных систем. В состав СРИСС входят ключевое устройство (КУ), пороговое устройство (ПУ), суммирующее устройство (СУ), умножающее устройство (УУ) и вычитающее устройство (ВУ). Технический результат заключается в создании автоматизированной системы навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковой навигационной аппаратуры, позволяющим выявить факт некорректного функционирования СНС и скорректировать выдачу данных от спутниковой навигационной аппаратуры. 1 ил.

 

Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств, а именно к комплексной навигационной аппаратуре на основе аппаратуры счисления координат и спутниковой навигационной системы.

Существуют системы (см. патент RU №2195632 C2, опубл. 27.12.2002), реализующие принципы построения навигационных комплексов на основе инерциальных навигационных систем и спутниковой навигационной аппаратуры. Комплексная аппаратура счисления координат (КАСК) включает в свой состав путевую систему (ПС1), курсовую систему (КС2), вычислитель координатных скоростей (ВКС3), интегратор (И4), сумматор (5), блок ввода начальных координат (БВНК6), позиционную навигационную аппаратуру (ПНА7), блоки сравнения параметров (БСП8, БСП9), блоки ввода поправки или коррекции (БВПК10, БВПК11) и фильтры (Ф12, Ф13), а для обеспечения точной работы устройства в паузах работы ПНА7 в него введены преобразователи плановых координат в радиальные (ППКР14, ППКР15), преобразователь радиальных координат в приращения плановых координат (ПРКППК16), формирователь приращений позиционных координат (ФППК17) ПНА, блок режима начальной установки (БРНУ18) и блок дифференцирования (БД19) с фильтром (Ф20).

Недостатком представленного устройство, является то, что применение систем, основанных на приеме радиосигналов от спутников, требует дополнительно решения задачи защиты от аномальных измерений, возникающих при выполнении процедуры измерений в аппаратуре приема, что и отсутствует в аналоге. Аномальные измерения возникают вследствие захвата следящей системой шумовых выбросов радиосигнала. Это возможно, при малых отношениях сигнал/шум на входе приемного устройства, и обуславливается следующими причинами: затенением приемной антенны; влиянием канала распространения на радиосигнал (ионосферные задержки сигнала; тропосферные задержки сигнала); возникновением многолучевости распространения радиосигнала.

За прототип принята Автоматизированная система навигации и топопривязки (см. патент RU №2439497 C1, опубл. 10.01.2012).

Автоматизированная система навигации и топопривязки (АСНТ) состоит из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), оснащенной датчиком скорости механическим (ДСМ), датчиком скорости доплеровским (ДСД) и барометрическим высотомером (БВ), спутниковой навигационной аппаратуры (СНА), бортовой ЭВМ, выносного комплекса спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), устройства контроля качества (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации. Бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, а в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы (ЛГ) и кварцевые акселерометры (КА). Спутниковая навигационная аппаратура (СНА), основой которой является приемоиндикатор (ПИ), оснащена антенной системой (АС), состоящей из четырех антенных модулей (AM). Бортовая ЭВМ связана с барометрическим высотомером (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления (ИЦАД) и блока обработки данных (БОД), а через блок согласования (БС) – с датчиком скорости механическим (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским (ДСД). Кроме того, она оснащена периферийными устройствами: клавиатурой (К), видеомонитором (ВМ), устройством документирования (УД), манипулятором графической информации (МГИ). Выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), состоящий из носимого приемоиндикатора (НПИ) и антенны геодезической (АГ), оснащен переносным накопителем навигационной информации (ННИ). Бортовая ЭВМ связана по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно – с аппаратурой передачи данных (АПД).

Недостатком представленной системы является отсутствие алгоритма определения аномальных измерений, возникающих в аппаратуре приема радиосигналов спутниковой радионавигационной системы. Аномальные измерения могут приводить к существенным ошибкам определения текущих координат местоположения объекта. Максимальная ошибка радиальной погрешности определения координат местоположения объекта при пересечении линий положения под углом девяносто градусов может достигать значение порядка 245 метров.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании автоматизированной системы навигации с выявлением аномальных измерений координат спутниковой радионавигационной системой, за счет введения схемы разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры, которая позволяет выявить факт неточного определения координат спутниковой радионавигационной системой и не допустить выдачу этих данных для совместной обработки с информацией других датчиков, таким образом, повышая точность системы.

На фиг. 1 приведена структурная схема автоматизированной системы навигации с контролем аномальных измерений координат от спутниковых радионавигационных систем.

Автоматизированная система навигации с контролем аномальных измерений координат от спутниковых радионавигационных систем состоит из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система 1 (БИНС), оснащенной датчиком скорости механическим 2 (ДСМ), датчиком скорости доплеровским 3 (ДСД) и барометрическим высотомером 4 (БВ), спутниковой навигационной аппаратуры 5 (СНА), бортовой ЭВМ 6, выносного комплекса спутниковой навигационной аппаратуры 7 (ВК СНА), устройства контроля качества 8 (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации. Бесплатформенная инерциальная навигационная система 1 (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров 9 (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, а в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы 10 (ЛГ) и кварцевые акселерометры 11 (КА). Спутниковая навигационная аппаратура 5 (СНА), основой которой является приемоиндикатор 12 (ПИ), оснащена антенной системой 13 (АС), состоящей из четырех антенных модулей 14 (AM). Бортовая ЭВМ 6 связана с барометрическим высотомером 4 (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры 15 (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления 16 (ИЦАД) и блока обработки данных 17 (БОД), а через блок согласования 18 (БС) – с датчиком скорости механическим 2 (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским 3 (ДСД). Кроме того, она оснащена периферийными устройствами: клавиатурой 19 (К), видеомонитором 20 (ВМ), устройством документирования 21 (УД), манипулятором графической информации 22 (МГИ). Выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры 7 (ВК СНА), состоящий из носимого приемоиндикатора 23 (НПИ) и антенны геодезической 24 (АГ), оснащен переносным накопителем навигационной информации 25 (ННИ). Бортовая ЭВМ 6 связана по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно – с аппаратурой передачи данных 26 (АПД). Отличительной особенностью от прототипа является наличие схемы разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры 32 (СРИИСНА) на основе алгоритма выявления аномальных измерений координат местоположения спутниковой радионавигационной системы. В ее состав входят вычитающее устройство 27 (ВУ), умножающее устройство 28 (УУ), суммирующее устройство 29 (СУ), пороговое устройство 30 (ПУ) и ключевое устройство 31 (КУ).

Автоматизированная система навигации и топопривязки (АСНТ) работает следующим образом. Работа АСНТ построена на обработке входных данных с БИНС 1, ДСМ 2, ДСД 3, БВ 4, СНА 5, ВК СНА 7, УКК 8, АПД 26. Обработка данных осуществляется аппаратно-программными средствами, в которые входят: бортовая ЭВМ 6 с периферийными устройствами К 19, ВМ 20, УД 21, МГИ 22, БС 18.

Для выявления аномальных измерений навигационных данных спутниковой радионавигационной системой происходит сравнение информации о соответствующих координатах на выходе бортовой ЭВМ 6 и навигационных данных на выходе спутниковой навигационной аппаратуры 5. Результат сравнения навигационных данных можно представить в виде , и .

Ошибки , и представляют собой разности между измеренными спутниковой навигационной аппаратурой 5 координатами местоположения объекта и значениями координат местоположения, полученными в результате совместной обработки информации от всех датчиков на выходе бортовой ЭВМ 6.

Ошибки , , и носят случайный характер и распределены по гауссовскому (нормальному) закону. Значения среднеквадратических отклонений ошибок зависят от характеристик ионосферы, тропосферы, точности часов, установленных в аппаратуре приема сигналов спутниковой навигационной аппаратуры и на спутнике, и имеют значения, не превышающие определенных заранее рассчитанных значений , , , соответственно.

Сигналы с выхода спутниковой навигационной аппаратуры 5 и бортовой ЭВМ 6 поступают в схему разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры СРИИСНА 30. Схема включает в свой состав ключевое устройство КУ 31, пороговое устройство ПУ 30, суммирующее устройство СУ 29, умножающее устройство УУ 28 и вычитающее устройство ВУ 27. В вычитающем устройстве определяются ошибки , , и между измеренными спутниковой навигационной аппаратурой 5 координатами местоположения объекта и значениями координат местоположения , полученными в результате совместной обработки информации от всех датчиков на выходе бортовой ЭВМ 6. Ошибки , , и являются взаимонезависимыми ортогональными случайными величинами, поэтому с вероятностью Р=0.997 для них выполняется неравенство

.

В нормальном (без аномальных измерений координат объекта) режиме работы спутниковой навигационной аппаратурой СНА 5 ошибка не будет превышать значения величины .

В случае сбоев, проявляющихся в аномальном режиме работы спутниковой навигационной аппаратурой СНА 5, когда выдается информацию о координатах с большей ошибкой, и значения координат будут резко отличаться от тех, которые получаются с выхода бесплатформенной инерциальной навигационной системы БИНС 1, ошибка будет превышать значения величины . В этом случае можно говорить об аномальных измерениях координат на выходе спутниковая навигационная аппаратура СНА 5.

Полученный на выходе вычитающего устройства 27 сигнал поступает на умножающее устройство 28, где значения соответствующих координат возводятся в квадрат, затем складываются в суммирующем устройстве 29. Полученный сигнал вида на выходе СУ 29 поступает на пороговое устройство ПУ 30, имеющее порог . Данное устройство управляет работой ключевого устройства КУ 31. Если

,

то сигналы, поступающие с выхода спутниковой навигационной аппаратурой СНА 5, проходят через ключевое устройство КУ 31 на вход бортовой ЭВМ 6. Если

,

то сигналы с выхода спутниковой навигационной аппаратурой СНА 5 не проходят через ключевое устройство КУ 31 на вход бортовой ЭВМ 6.

В результате, за счет введения схемы разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры, которая позволяет выявить факт аномальных измерений координат спутниковой радионавигационной системой и не допустить выдачу этих данных для совместной обработки с информацией других датчиков, тем самым повышая точность системы, достигается технический результат.

Автоматизированная система навигации с контролем аномальных измерений координат от спутниковых радионавигационных систем, состоящая из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), оснащенная датчиком скорости механическим (ДСМ), датчиком скорости доплеровским (ДСД) и барометрическим высотомером (БВ), и включающая спутниковую навигационную аппаратуру (СНА), бортовую ЭВМ, выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), устройство контроля качества (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации, при этом бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы (ЛГ) и кварцевые акселерометры (КА), при этом спутниковая навигационная аппаратура (СНА), основой которой является приемоиндикатор (ПИ), оснащена антенной системой (АС), состоящей из четырех антенных модулей (AM), бортовая ЭВМ связана с барометрическим высотомером (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления (ИЦАД) и блока обработки данных (БОД), которая через блок согласования (БС) связана с датчиком скорости механическим (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским (ДСД), кроме того, автоматизированная система навигации оснащена периферийными устройствами: клавиатурой (К), видеомонитором (ВМ), устройством документирования (УД), манипулятором графической информации (МГИ), выносным комплексом спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), состоящим из носимого приемоиндикатора (НПИ) и антенны геодезической (АГ), оснащенным переносным накопителем навигационной информации (ННИ), бортовым ЭВМ, связанным по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно оснащенным аппаратурой передачи данных (АПД), отличающаяся тем, что в ее состав дополнительно введена схема разрешения использования сигналов спутников (СРИСС), состоящая из ключевого устройства КУ, порогового устройства ПУ, суммирующего устройства СУ, умножающего устройства УУ и вычитающего устройства ВУ, при этом ВУ включено в схему СРИСС с возможностью поступления на его вход навигационных сигналов с выхода СНА и бортовой ЭВМ, ПУ включено в схему СРИСС с возможностью поступления на его вход сигнала с выхода упомянутого СУ, КУ включено в схему СРИСС с возможностью поступления на его управляющий вход сигнала с выхода ПУ, при этом дополнительно СРИСС установлена с возможностью передачи сигналов с выхода СНА через КУ на вход бортовой ЭВМ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области средств связи и может быть использовано для организации спутниковой связи на водном транспорте. Система с помощью двух спутниковых приемо-передающих следящих антенн через каналы связи осуществляет прием и передачу в Ku или Ka диапазонах частот на спутники ретрансляторы, расположенные на геостационарной и высокоэллиптической орбитах.

Группа изобретений относится к автоматическому вождению и, в частности, к способу управления рулевым управлением, устройству управления рулевым колесом для автоматического вождения и транспортному средству. Способ управления транспортным средством, включающим двигатель рулевого колеса, приводит рулевое колесо в движение для вращения на заданные углы в ответ на команды рулевого управления.

Изобретение относится к области систем ориентирования на местности. Техническим результатом является отображение дирекционного угла боевой машины и направления линии визирования на цифровой карте местности за счет данных спутниковой навигации и согласования линии визирования с топографической картой, позволяющее улучшить характеристики ситуационной осведомленности, командной управляемости без применения приборов и оборудования системы навигации, сводя к минимуму некорректное отображение координат цели на цифровой карте местности.

Изобретение относится к стояночному комплексу аэропорта, выполненному с возможностью содействия пилоту приближающегося воздушного судна в маневрировании воздушным судном к положению парковки на месте стоянки. Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасной и надежной постановки воздушных судов на места стоянки в аэропортах.

Способ привязки минно-взрывных заграждений (МВЗ) с применением навигационной аппаратуры потребителя (НАП) индивидуального пользования спутниковых навигационных систем (СНС) относительным методом определения координат относится к топогеодезическому и навигационному обеспечению задачи инженерного обеспечения - устройства МВЗ, в частности к их фиксации.

Изобретение относится к области спутниковых геодезических измерений и может быть использовано для определения пространственных координат контролируемых элементов инженерных или природных объектов при геодезическом мониторинге в режиме реального времени в условиях экстремальных температур окружающей среды.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании и модернизации средств определения пространственных координат воздушного судна (ВС).Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей для определения пространственных координат ВС в интересах повышения их точности в условиях неработоспособности навигационной аппаратуры потребителя (НАП) глобальной навигационной спутниковой системы.

Настоящее изобретение относится к системам навигации пилотируемых воздушных судов (ВС) и беспилотных воздушных судов (БВС). Техническим результатом является обеспечение контроля целостности показаний бортовой аппаратуры глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) с применением измерений бортовой аппаратуры радиосистемы ближней навигации (РСБН) и сигналов от наземных псевдоспутников ГНСС (ПС).

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании и модернизации средств контроля целостности навигационного поля глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в части, касающейся контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя (НАП) воздушного судна (ВС).

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке средств радиоэлектронного подавления (РЭП) приемных устройств навигационной аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), в частности, размещаемых на самолетах, крылатых ракетах, беспилотных летательных аппаратах (БЛА), в системах высокоточного оружия и т.д.
Предложен способ программно-информационного управления транспортом с применением автоматизированного средства навигации. Используют магнитный носитель информации на основе дорожного полотна насыщенного ферромагнитным веществом с программно-адаптированной на нем заданной информацией в цифровом формате.
Наверх