Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации

Изобретение относится к способу мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации. С помощью четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков с известными координатами определяют собственные координаты и локальные координаты управляемых подвижных объектов на основании значений расстояний между управляющим подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных управляющим подвижным объектом запросным способом путем решения системы линейных уравнений, связывающих вектор искомых координат подвижного объекта, векторы координат опорных приемопередатчиков и измеренные значения расстояний между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, отображают рассчитанные локальные координаты подвижных объектов на экране дисплея в виде отметок на фоне карты местности. Обеспечивается повышение скрытности и живучести подвижных объектов при проведении мониторинга их пространственно-временного состояния. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радионавигации и радиосвязи и направлено на получение оценок пространственно-временного состояния группы подвижных объектов, использующих локальную навигацию.

Пространственно-временное состояние подвижных объектов в составе группы из одного управляющего и N управляемых подвижных объектов, можно определить любым доступным способом, включая использование глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), например, [1, 2, 3]. При этом N управляемых подвижных объектов должны определить свои координаты в общедоступной системе координат с использованием ГНСС и передавать их управляющему подвижному объекту для получения дальнейших указаний. Однако применение ГНСС для определения местоположения подвижных объектов может быть ограничено из-за недоступности приема навигационных сигналов ГНСС вследствие наличия электромагнитных помех и/или недостоверности навигационной информации из-за искажения навигационного поля. Кроме того, открытая передача абсолютных (привязанных к общедоступной системе координат) данных о местоположении объектов может привести к несанкционированному использованию этих данных для деструктивного воздействия на подвижные объекты.

Задачей данного изобретения является обеспечение мониторинга пространственно-временного состояния подвижных объектов без привязки местоположения объектов к общедоступной системе координат с целью повышения скрытости и живучести объектов и затруднению или недопущению использования открыто передаваемых по линиям радиосвязи данных о местоположении объектов для деструктивного воздействия на эти объекты.

В общедоступных источниках не обнаружены способы или системы мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации без привязки местоположения объектов к общедоступной системе координат.

Предлагаемый способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации реализуемый управляющим подвижным объектом группы, в состав которого входит устройство сбора данных и расчета координат, дисплей и штатная радиостанция с блоком управления мониторингом, и обеспечивающий мониторинг своего пространственного состояния и пространственного состояния управляемых подвижных объектов группы, в состав которых входят штатная радиостанция с блоком управления мониторингом, с помощью четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков, с известными локальными координатами, путем определения собственных локальных координат на основании значений расстояний между управляющим подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных управляющим подвижным объектом запросным способом, и определения локальных координат управляемых подвижных объектов на основании значений расстояний между управляемым подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных управляемым подвижным объектом запросным способом по запросу от управляющего подвижного объекта и переданных на управляющий подвижный объект, при этом расчет локальных координат управляющего подвижного объекта и управляемых подвижных объектов осуществляется в устройстве сбора данных и расчета координат управляющего подвижного объекта путем решения системы линейных уравнений, связывающих вектор искомых координат подвижного объекта, векторы координат опорных приемопередатчиков и измеренные значения расстояний между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, с дальнейшим отображением рассчитанных локальных координат подвижных объектов на экране дисплея одним из известных способов, например в виде отметок на фоне карты местности.

Сущность изобретения поясняется чертежом фиг. 1, на котором показана структурная схема взаимодействия подвижных объектов.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации основан на взаимодействии управляющего подвижного объекта А₁ в состав которого входит штатная радиостанция ШР₁, блок управления мониторингом М₁, штатная гарнитура Г₁, устройство сбора данных и расчета координат УС₁, дисплей Д₁, управляемых подвижных объектов А₂, А₃, …, А_n, …, А_N, где n=2, …, N, в состав которых входят штатная радиостанция ШР_n, блок управления мониторингом М_n, штатная гарнитура Г₁, и четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков ОПi с известными координатами x_ОПi, y_ОПi, z_ОПi (i=1, …, 4).

Управляющий подвижный объект А₁ с помощью блока управления мониторингом М₁ и штатной радиостанции ШР₁, циклично по времени, инициирует поочередный запрос об определении местоположения подвижных объектов А_n, начиная с 1-ого и заканчивая N-ым.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации осуществляется следующим образом.

Первоначально управляющий подвижный объект А₁ определяет собственные координаты, для чего с помощью блока управления мониторингом М₁ формирует поочередно кодограммы «Запрос дальности» до i-го опорного приемопередатчика ОПi, где i=1, …, 4 (ЗД_1i), и через штатную радиостанцию ШР₁ передает их на опорные приемопередатчики ОПi, фиксируя время передачи t_ЗД1i. От каждого опорного приемопередатчика ОПi на управляющий подвижный объект А₁ приходят кодограммы «Ответ дальности» (ОД_1i), которые принимаются штатной радиостанцией ШР₁ и передаются в блок управления мониторингом М₁, где фиксируется время их приема t_ОД1i и измеряется задержка ∆t_1i=t_ОД1i-t_ЗД1i. Измеренные задержки ∆t_1i, i=1, …, 4, передаются в устройство сбора данных и расчета координат УС₁, где определяются расстояния между управляющим подвижным объектом А₁ и опорными приемопередатчиками ОПi где ν_с - скорость распространения радиоволны, равная скорости света, и вычисляются координаты x₁, y₁, z₁ управляющего подвижного объекта А₁.

Следующий этап – определение координат управляемых подвижных объектов А_n, где n=2, …, N. Для этого блок управления мониторингом М₁ поочередно формирует кодограммы «Запрос координат» (ЗК_n) каждого управляемого подвижного объекта А_n и через штатную радиостанцию ШР₁ управляющего подвижного объекта А₁ передает их соответствующим управляемым подвижным объектам А_n. В управляемых подвижных объектах А_n кодограмма ЗК_n принимается штатной радиостанцией ШР_n и передается в блок управления мониторингом М_n. В блоке управления мониторингом М_n по ее приходу инициируется последовательное формирование кодограмм «Запрос дальности» до каждого i-го опорного приемопередатчика ОПi (ЗД_ni), которые через штатную радиостанцию ШР_n передаются на опорные приемопередатчики ОПi с фиксацией времени их передачи t_ЗДni. От каждого опорного приемопередатчика ОПi на управляемый подвижный объект А_n приходят кодограммы «Ответ дальности» (ОД_ni), которые принимаются штатной радиостанцией ШР_n, и передаются на блок управления мониторингом М_n, где фиксируются время их приема t_ОДni и измеряются задержки ∆t_ni=t_ОДni - t_ЗДni. После измерения всех значений ∆t_ni, i=1, …, 4, блок управления мониторингом М_n формирует кодограмму «Ответ координат» (ОК_n), содержащую информацию о всех ∆t_ni, которая через штатную радиостанцию ШР_n управляемого подвижного объекта А_n передается на управляющий подвижный объект А₁. В управляющем подвижном объекте А₁ кодограмма ОК_n принимается штатной радиостанцией ШР₁ и передается в блок управления мониторингом М₁, где из кодограммы извлекается информация о задержках ∆t_ni. Извлеченная информация о задержках ∆t_ni из блока мониторингом М₁ передается в устройство сбора данных и расчета координат УС₁, где определяются соответствующие расстояния между управляемым подвижным объектом А_n и каждым опорным приемопередатчиком ОПi и вычисляются координаты управляемого подвижного объекта А_n x_n, y_n, z_n.

Определение координат управляющего подвижного объекта А₁ (n=1) и управляемых подвижных объектов А_n (n=2, …, N) в устройстве сбора данных и расчета координат УС₁ осуществляется на основе решения системы линейных уравнений [4]

связывающих вектор искомых координат n-го подвижного объекта, n=1, …, N, векторы координат опорных приемопередатчиков ОПi, i=1, …, 4 и измеренные значения расстояний

Решение этой системы относительно вектора P ищется в виде

P=A^-1B

где , .

Компонентами вектора P=[x_n, y_n, z_n]^T являются отыскиваемые координаты n-го подвижного объекта x_n, y_n, z_n (n=1, …, N).

Полученные устройством сбора и расчета координат УС₁ координаты подвижных объектов А_n, выводятся на дисплей Д₁ управляющего подвижного объекта А₁, обеспечивая мониторинг пространственно-временного состояния группы подвижных объектов А_n
n=1, …, N в условиях локальной навигации. При этом информация, передаваемая от управляемых подвижных объектов на управляющий подвижный объект, не содержит открытых данных об их местоположении в общедоступной системе координат и в этом аспекте ее несанкционированное использование по сравнению с использованием открытых данных о местоположении в общедоступной системе координат затруднит организацию деструктивного воздействия на подвижные объекты по крайней мере на время, необходимое для реализации процедуры привязки данных местоположения в относительной системе координат к общедоступной системе координат.

Источники информации

1. Журавлев, А.В. Навигационные комплексы наземных мобильных средств военного назначения [Текст]: монография / А.В. Журавлев. - Воронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2017. —
290 с.

2. Тяпкин В.Н., Гарин Е.Н. Методы определения навигационных параметров подвижных средств с использованием спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС: – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – 260 с.

3. Амиров А.Ж., Когай Г.Д., Хамзина М.С. Система спутникового мониторинга подвижных объектов. «Молодой учёный» . № 4 (108) . Февраль, 2016 г. с. 8-9.

4. Маркин В.Г. Расчет координат объектов в разностно-дальномерной системе и анализ погрешностей расчета. Радиотехника, №12, 2013г., с. 81-85.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации, реализуемый управляющим подвижным объектом группы, в состав которого входит устройство сбора данных и расчета координат, дисплей и штатная радиостанция с блоком управления мониторингом, и обеспечивающий мониторинг своего пространственного состояния и пространственного состояния управляемых подвижных объектов группы, в состав которых входят штатная радиостанция с блоком управления мониторингом, с помощью четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков с известными локальными координатами путем определения собственных локальных координат на основании значений расстояний между управляющим подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных управляющим подвижным объектом запросным способом, и определения локальных координат управляемых подвижных объектов на основании значений расстояний между управляемым подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных управляемым подвижным объектом запросным способом по запросу от управляющего подвижного объекта и переданных на управляющий подвижный объект, при этом расчет локальных координат управляющего подвижного объекта и управляемых подвижных объектов осуществляется в устройстве сбора данных и расчета координат управляющего подвижного объекта путем решения системы линейных уравнений, связывающих вектор искомых координат подвижного объекта, векторы координат опорных приемопередатчиков и измеренные значения расстояний между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, с дальнейшим отображением рассчитанных локальных координат подвижных объектов на экране дисплея в виде отметок на фоне карты местности.