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. Определяют собственные локальные координаты подвижного объекта с помощью четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков с известными координатами на основании значений интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных подвижным объектом запросным способом, передают измеренные значения интервалов времени другим подвижным объектам группы для определения его локальных координат, осуществляют расчет координат других объектов определенным образом на основании полученных значений, отображают рассчитанные локальные координаты подвижного объекта на экранах дисплеев в виде отметок на фоне карты местности. 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 основан на взаимодействии одинаковых по техническому оснащению управляющего подвижного объекта группы и управляемых подвижных объектов группы, в состав которых входит устройство сбора данных и расчета координат, дисплей, штатная радиостанция, штатная гарнитура, блок управления мониторингом, и четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков, с известными локальными координатами, и обеспечивает взаимную осведомленность каждого подвижного объекта о пространственно-временном состоянии всех подвижных объектов группы путем определения собственных локальных координат подвижного объекта на основании значений интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных подвижным объектом запросным способом, и предоставления возможности другим подвижным объектам группы определения его локальных координат путем передачи им измеренных значений интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, при этом расчет локальных координат подвижного объекта осуществляется в его устройстве сбора данных и расчета координат и в устройствах сбора данных и расчета координат всех остальных подвижных объектов группы путем решения системы линейных уравнений, связывающих вектор искомых координат подвижного объекта, векторы координат опорных приемопередатчиков, и измеренные значения временных интервалов, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, с дальнейшим отображением рассчитанных локальных координат подвижного объекта на экранах дисплеев одним из известных способов, например в виде отметок на фоне карты местности.

Сущность изобретения поясняется рисунком фиг. 1, на котором показана структурная схема.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации реализует управляющий подвижный объект А₁ в состав которого входит устройство сбора данных и расчета координат УС₁, дисплей Д₁, штатная радиостанция ШР₁, штатная гарнитура Г₁, блоком управления мониторингом М₁, обеспечивающий мониторинг и управление подвижными объектами А₂, А₃, …, А_n, …, А_N в состав которых входят штатная радиостанция ШР_n, блок управления мониторингом М_n, устройство сбора данных и расчета координат УС_n, дисплей Д_n, штатная гарнитура Г_n, взаимодействующие с четырьмя разнесенными в пространстве опорными приемопередатчикамми 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 кодограмму «Запрос дальности» (ЗД₁), и через штатную радиостанцию ШР₁ передает ее на опорные приемопередатчики ОПi, фиксируя время передачи t_ЗД1. От каждого опорного приемопередатчика ОПi, i=1, …, 4, на управляющий подвижный объект приходит кодограмма «Ответ дальности» (ОД_1i), которые принимаются штатной радиостанцией ШР₁ и передаются в блок управления мониторингом М₁, где фиксируется время их приема t_ОД1i и измеряются задержки ∆t_1i=t_ОД1i-t_ЗД1. Измеренные задержки ∆t_1i, i=1, …, 4, передаются в устройство сбора данных и расчета координат УС₁, для расчета координат 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 управляющего подвижного объекта А₁ поочередно формирует кодограммы «Запрос координат» (ЗК_n) каждого управляемого подвижного объекта А_n в информационной части которых содержится информация о задержках ∆t_1i. Кодограммы ЗК_n через штатную радиостанцию ШР₁ управляющего подвижного объекта А₁ передаются соответствующим управляемым подвижным объектам А_n. В соответствующих управляемых подвижных объектах А_n кодограммы ЗК_n принимаются штатной радиостанцией ШР_n и передаются в блок управления мониторингом М_n, в котором из кодограммы ЗК_n извлекается информация о задержках ∆t_1i, и передается в устройство сбора и расчета координат УС_n для расчета координат x₁, y₁, z₁ управляющего подвижного объекта А₁, и инициируется формирование кодограммы «Запрос дальности» (ЗД_n), которая через штатную радиостанцию ШР_n передается на опорные приемопередатчики ОПi с фиксацией времени ее передачи t_ЗДn. 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 в блок управления мониторингом М_n, где фиксируются время их приема t_ОДni и измеряются задержки После измерения всех задержек ∆t_ni блок управления мониторингом М_n передает их в устройство сбора и расчета координат УС_n для расчета собственных координат x_n, y_n, z_n управляемого подвижного объекта А_n, и формирует кодограмму «Ответ координат» (ОК_n), содержащую информацию о всех измеренных задержках ∆t_ni. Кодограмма ОК_n через штатную радиостанцию ШР_n управляемого подвижного объекта А_n передается на все подвижные объекты А_j, j=1, …, N, j ≠ n (управляющий подвижный объект и все оставшиеся управляемые подвижные объекты). Во всех подвижных объектах А_j кодограмма ОК_n принимается штатной радиостанцией ШР_j и передается в блок управления мониторингом М_j, где из кодограммы извлекается информация о задержках ∆t_ni и передается в устройство сбора данных и расчета координат УС_j, для расчета координат x_n, y_n, z_n подвижного объекта А_n.

Определение координат подвижного объекта А_n (n=1, …, N) осуществляется в устройстве сбора данных и расчета координат УС_n 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 значения расстояний между подвижным объектом А_n и опорными приемопередатчиками ОПi, вычисляемые на основе измеренных значений задержек ∆t_ni

где ν_с - скорость распространения радиоволны, равная скорости света.

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 УС_n координаты подвижных объектов А_n, выводятся на экране дисплея Д_n одним из известных способов, например в виде отметок на фоне карты местности. Таким образом обеспечивается взаимная осведомленность каждого подвижного объекта группы А_n о своем пространственно-временном состоянии и о пространственно-временном состоянии всех остальных подвижных объектов группы в условиях локальной навигации. При этом информация, передаваемая между подвижными объектами, 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.

При выходе из строя управляющего подвижного объекта А₁ управляющим подвижным объектом становится управляемый подвижный объект А₂ и так далее.

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, основанный на взаимодействии одинаковых по техническому оснащению управляющего подвижного объекта группы и управляемых подвижных объектов группы, в состав которых входит устройство сбора данных и расчета координат, дисплей, штатная радиостанция, штатная гарнитура, блок управления мониторингом и четыре разнесенные в пространстве опорных приемопередатчика с известными локальными координатами, и обеспечивающий взаимную осведомленность каждого подвижного объекта о пространственно-временном состоянии всех подвижных объектов группы путем определения собственных локальных координат подвижного объекта на основании значений интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных подвижным объектом запросным способом, и предоставления возможности другим подвижным объектам группы определения его локальных координат путем передачи им измеренных значений интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, при этом расчет локальных координат подвижного объекта осуществляется в его устройстве сбора данных и расчет координат всех остальных подвижных объектов группы путем решения системы линейных уравнений, связывающих вектор искомых координат подвижного объекта, векторы координат опорных приемопередатчиков и измеренные значения временных интервалов, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, с дальнейшим отображением рассчитанных локальных координат подвижного объекта на экранах дисплеев в виде отметок на фоне карты местности.