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

Изобретение относится к области радионавигации и радиосвязи при осуществлении локальной навигации. Сущность предлагаемого способа мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов заключается во взаимодействии N одинаковых по техническому оснащению подвижных объектов группы, в состав которых входят: устройство сбора данных и расчета координат, дисплей, штатная радиостанция, штатная гарнитура, блок управления мониторингом, M разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков с известными локальными координатами. Обеспечение взаимной осведомленности каждого подвижного объекта о пространственно-временном состоянии всех объектов группы производится путем определения собственных локальных координат подвижного объекта на основании значений интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных запросным способом. При этом определение подвижным объектом локальных координат других подвижных объектов группы на основании измеренных значений интервалов времени между запросными сигналами других подвижных объектов и ответными сигналами опорных приемопередатчиков на запросы других подвижных объектов, принятыми техническими средствами подвижного объекта, осуществляется за счёт использования информации о собственных локальных координатах подвижного объекта. Расчет локальных координат самого подвижного объекта и локальных координат других подвижных объектов группы осуществляется устройством сбора данных и расчета координат подвижного объекта решением систем линейных уравнений, связывающих искомые координаты подвижного объекта, координаты опорных приемопередатчиков, и измеренные значения временных интервалов, с дальнейшим отображением рассчитанных локальных координат подвижных объектов на экране дисплея одним из известных способов, например в виде отметок на фоне карты местности. Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение мониторинга пространственно-временного состояния подвижных объектов без привязки местоположения объектов к общедоступной системе координат. 2 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 N равноправных подвижных объектов, можно определить любым доступным способом, включая использование глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), например, [1, 2, 3]. При этом N подвижных объектов должны определить свои координаты в общедоступной системе координат с использованием ГНСС и передавать их всем остальным подвижным объектам группы для координации совместных действий. 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 исключению передачи по линиям радиосвязи данных о местоположении объектов в интересах предотвращения их несанкционированного использования 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 N равноправных одинаковых по техническому оснащению подвижных объектов группы, в состав которых входят технические средства: устройство сбора данных и расчета координат, дисплей, штатная радиостанция, штатная гарнитура, блок управления мониторингом, и M 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 определения подвижным объектом локальных координат других подвижных объектов группы на основании измеренных значений интервалов времени между запросными сигналами других подвижных объектов и ответными сигналами опорных приемопередатчиков на запросы других подвижных объектов, принятыми техническими средствами подвижного объекта, с использованием информации о собственных локальных координатах подвижного объекта, при этом расчет локальных координат самого подвижного объекта и локальных координат других подвижных объектов группы осуществляется в устройстве сбора данных и расчета координат подвижного объекта путем решения систем линейных уравнений, связывающих искомые координаты подвижного объекта, координаты опорных приемопередатчиков, и измеренные значения временных интервалов, 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 рисунками, где на фиг. 1 показана схема взаимодействия подвижных объектов и опорных приемопередатчиков в процессе мониторинга пространственно-временного состояния подвижных объектов группы, на фиг. 2 показана структурная схема технических средств подвижного объекта.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации реализуется группой из N равноправных подвижных объектов А_n, n=1, …, N, в состав которых входят штатное оборудование ШО состоящее из штатной радиостанции ШР_n, штатная гарнитура Г_n, и дополнительное оборудование ДО состоящее из блока управления мониторингом М_n, устройства сбора данных и расчета координат УС_n, дисплея Д_n, взаимодействующих с М разнесенными в пространстве опорными приемопередатчикамми ОП_m, с известными координатами x_0m, y_0m (m=1, …, M).

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

Первоначально каждый подвижный объект А_n, n=1, …, N, определяет собственные координаты (x_n, y_n), для чего при нажатии на тангенту гарнитуры Г_n при переводе штатной радиостанции ШР_n в режим «Передача» с помощью блока управления мониторингом М_n формируется кодограмма «Запрос дальности» (ЗД_n) содержащая уникальный идентификационный номер, которая через штатную радиостанцию ШР_n передается на опорные приемопередатчики ОП_m, с фиксацией времени ее передачи t_ЗДn в блоке управления мониторингом М_n. От опорных приемопередатчиков ОП_m, m=1, …, M, на подвижный объект А_n приходят кодограммы «Ответ дальности» (ОД_nm), которые принимаются штатной радиостанцией ШР_n и передаются в блок управления мониторингом М_n подвижного объекта А_n, где фиксируется время их приема t_ОДnm и измеряются задержки ∆t_nm=t_ОДnm-t_ЗДn. Измеренные задержки ∆t_nm, m=1, …, M, передаются в устройство сбора данных и расчета координат УС_n, для расчета собственных координат (x_n, y_n) подвижного объекта А_n дальномерным методом путем решения системы уравнений

относительно x_n и y_n одним из численных методов [4, 5, 6], где ν_с - скорость распространения радиоволны, равная скорости света.

Определение подвижным объектом А_n, n=1, …, N, координат (x_i, y_i) другого подвижного объекта группы А_i, i=1, …, N, i ≠ n, осуществляется следующим образом. В процессе определения собственных координат подвижный объект А_i, формирует и излучает кодограмму «Запрос дальности» (ЗД_i), которая принимается штатной радиостанцией ШР_n подвижного объекта А_n, и передается в блок управления мониторингом М_n с фиксацией времени ее приема t_ЗДi и идентифицируя его как А_i. Опорные приемопередатчики ОП_m, m=1, …, M, в ответ на кодограмму «Запрос дальности» (ЗД_i) подвижного объекта А_i формируют и излучают кодограммы «Ответ дальности» (ОД_im), которые принимаются штатной радиостанцией ШР_n подвижного объекта А_n, и передается в блок управления мониторингом М_n с фиксацией времени их приема t_ОДim и с измерением задержек ∆t_im=t_ОДim-t_ЗДi. Измеренные задержки ∆t_im, m=1 ,.…., M, передаются в устройство сбора данных и расчета координат УС_n, для расчета координат (x_i, y_i) подвижного объекта А_i разностно-дальномерным методом, для чего:

1) составляется системы уравнений

,

где - неизвестные расстояния между другим подвижным объектом А_i и опорными приемопередатчиками ОП_m, m=1, …, M,

- расстояния между подвижным объектом А_n и опорными приемопередатчиками ОП_m, m=1, …, M, вычисленные на основании рассчитанных координат (x_n, y_n) подвижного объекта А_n и известных координат опорных приемопередатчиков ОП_m, m=1, …, M,

- неизвестное расстояние между подвижным объектом А_n и подвижным объектом А_i.

2) полученная система уравнений преобразуется путем вычитания первого уравнения из всех оставшихся уравнений системы и переноса известных составляющих в правую часть уравнений с составлением системы уравнений для разностно-дальномерного метода

,

которая решается относительно x_i и y_i одним из численных методов [4, 5, 6].

Рассчитанные устройством сбора и расчета координат УС_n собственные координаты (x_n, y_n) подвижного объекта А_n, а также координаты (x_i, y_i) других подвижных объектов А_i группы 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 между подвижными объектами группы не требуется дополнительный обмен информацией, которая могла бы быть несанкционированно использована для организации деструктивного воздействия на подвижные объекты.

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. Кирюшкин В.В., Волков Н.С., Супрунов А.В. Использование навигационных позиционных методов определения координат в задаче наблюдения воздушных целей // Труды XXIV международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация и связь» - 2018, т.3, с.163-175.

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

6. Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / В.С. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др.; Под ред. П.П. Дмитриева и В.С. Шебшаевича. – М.: Радио и связь, 1982. – 272 с.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации, основанный на взаимодействии N равноправных одинаковых по техническому оснащению подвижных объектов группы, в состав которых входят технические средства: устройство сбора данных и расчета координат, дисплей, штатная радиостанция, штатная гарнитура, блок управления мониторингом, и M разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков 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 определения подвижным объектом локальных координат других подвижных объектов группы на основании измеренных значений интервалов времени между запросными сигналами других подвижных объектов и ответными сигналами опорных приемопередатчиков на запросы других подвижных объектов, принятыми техническими средствами подвижного объекта, с использованием информации о собственных локальных координатах подвижного объекта, при этом расчет локальных координат самого подвижного объекта и локальных координат других подвижных объектов группы осуществляется в устройстве сбора данных и расчета координат подвижного объекта путем решения систем линейных уравнений, связывающих искомые координаты подвижного объекта, координаты опорных приемопередатчиков, и измеренные значения временных интервалов, с дальнейшим отображением рассчитанных локальных координат подвижных объектов на экране дисплея в виде отметок на фоне карты местности.