Устройство для определения азимутальной координаты подвижного объекта относительно протяженного ориентира с использованием навигационной системы

 

Изобретение относится к системам для определения местоположения и ориентации объектов по наземным ориентирам и информации искусственных спутников Земли Устройство содержит установленные на объекте и оптически сопряженные блок сканирования, приемопередающую оптическую систему, узел лазерного подсвета и приемный блек, подключенные к дальномеру, которые обеспечивают получение в процессе подпета объекта к протяженному ориентиру текущего контурного изображения ориентира в виде его дальнсстного портрета в азимутальной плоскости со стороны подвижного объекта Текущее контурное изображение запоминается в устройстве и затем сравнивается с эталонным контурным изображением, заранее полученным с помощью телевизионной камеры и соответствующих блоков навигационной системы при ее пролете над протяженным ориентиром и введенным в память устройства Путем последовательного сравнения текущего контурного изображения с эталонным устройство опредепяет азимутальную координату подвижного объекта относительно протяженного ориентира Высокая точность измерения достигается за счет учета формы контура ориентира

ОПБСАБИЕ БЗОБРЕТЕБН

К ПАТЕИТУ

Комитет Российской Федерации по ттатситам и тонарттым знакам (21) 50Z0793/22 (22) 10.12.91 (46) 30.10.93 Бюл. ¹ 39-40 (71) Малое индивидуальное предприятие "Лидар" (72) Михеев О.В.; Пасечный h.Н.; Самойлов В.П. (73) Малое индивидуальное предприятие "Лидар" (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТАЛЬНОЙ КООРДИНАТЫ ПОДВИЖНОГО

ОБ ЕКТА ОТН ОСИТЕЛЬНО ПРОТЯЖЕННОГО

ОРИЕНТИРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ (57) Изобретение относится к системам для определения местоположения и ориентации объектов по наземным ориентирам и информации искусственных спутников Земли. Устройство содержит установленные на объекте и оптически сопряженные блок сканирования, приемопередающую оптическую систему, узел лазерного подсвета и приемный блок, (в) RU (») 2002207 Cl (51) 24 подключенные к дальномеру, которые обеспечивают получение в процессе подлета объекта к протяженному ориентиру текущего контурного изобра— женил ориентира в виде его дальностного портрета в азимутапьной l1llocK0cTH со cTQIQHbl подвижного объекта. Текущее контурное изображение запоминается в устройстве и затем сравнивается с эталонным контурным изображением, заранее полученным с помощью телевизионной камеры и соответствующих блоков навигационной системы при ее пролете над протяженным ориентиром и введенным в память устройства. Путем последовательного срав— нения текущего контурного изображения с эталонным устройство определяет азимутальную координату подвижного объекта относительно протяженного ориентира Высокая точность измерения достигается за счет учета формы контура ориентира.

2002207

Изобретение относится к системам для определения местополо>кения и ориентации объектов по наземным ориентирам и информации искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Известны устройства для определения ориентации объекта с привязкой к ИСЗ.

Данные устройства обеспечивают определение местоположения объектов по координатам Х, Y в реальном режиме времени.

Используется система СР, в которой функционирует 18 спутников. Для определения, положения используется дифференциальный метод спутниковой навигации, Недостатком данном системы является значительная ее сложность, Известно устройство для определения местоположения и ориентации подвижного. объекта относительно наземного ориентира с использованием навигационной системы (НС), выбранное в качестве прототипа. Оно содержит установленные на подвижном обьекте сканирующий блок (сканер) с блоком управления, формирующую приемопередающую оптическую систему, сопряженный с ней приемный блок, блок определения дальности, первый вход которого соединен с выводом приемйого блока, узел подсвета, оптически сопряженный через полупрозрачное зеркало с формирую= щей оптической системой, блок определения аэимутальной координаты и приемник линии связи, а также ТВ-камеру навигационной системы, блок высоты,. последовательно соединенные с ним по первому входу блока масштабирования, кадровое запоминающее устройство, передатчик линии связи, причем второй вход блока масштабирования соединен с выходом блока высоты.

Недостатком данного устройства является необходимость получения изображения наземного ориентира при непосредственном нахождении подвижного объекта на достаточно малом расстоянии от ориентира, а также осуществление привязки относительно точечного ориентира, В случае же работы по протяженному ориентиру влияние погодных, сезонных и суточных измерений приводит к искажению информации об ориентире, получаемой на основе отражательных, температурных и других характеристик, что снижает точность привязки.

Целью изобретения является достоверность и повышение точности привязки при ориентации по протяженному наземному ориентиру, Для этого устройство введены блок формирования контуров текущего иэображения протяженного ориентира, второе кадровое, запоминающее устройство, второй вход которого по цепи сигнала запуска устройства соединен с выходом приемника линии связи, два запоминающих устройства, информационный вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего блока формирования контурного изображения, .два управляющих входа — с соответствую"0 щими выходами введенного блока синхронизации, а выходы — с первым и вторым входами блока определения аэимутальной координаты, третий вход которого, вход блока управления сканирующим блоком, вход дальномера и вход узла подсвета соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, вход которого соединен с первым выходом приемника, при этом два входа блока формирования текущего кон20 турного иэображения по цепям сигналов узлового положения блока сканирования соединены с выходом блока управления сканированием; третий вход — с выходом дальномера, вход блока формирования контурного эталонного иэображения соединен с выходом второго кадрового запоминающего устройства, а. блок определения азимутальной координаты выполнен в виде сдвигового регистра íà N/2 позиций, сдвигового регистра на N позиций, причем входы регистров являются соответственно первым и вторым входом блока определения аэимутальной координаты, N блоков вычитания, входы каждого из которых соединены

З5 с соответствующими выходами регистров

N/2 и N, последовательно соединенных с выходом каждого блока вычитания квадратора и накопителя, второй вход которого соединен с его выходом, а также задержки, 40 блока выбора максимального значения, N входов которого соединены с выходами на- . копителей, а И+1 вход и вход линии задержки соединен с выходом синхронизатора, пороговый блок и буферное запоминающее

45 устройство, при этом вход порогового олока и первый вход буферного запоминающего устррйства соединены с первым и вторым выходом соответственно блока выборки максимума, второй вход буферного запоми5î нающего устройства соединен с выходом порогового блока, его выход является выходом блока определения азимутальной координаты, а выход линии задержки соединен с входом обнуления каждого накопителя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — выполнение блока определения аэимутальной координаты; на фиг. 3 — временная диаграмма функционирования устройства.

2002207

2 = d cos а сов j3.

50

Устройство содержит сканирующий блок 1, формирующую приемопередающую оптическую систему 2. узел подсвета 3, приемный блок 4 приемапередающего канала, полупрозрачное зеркало 5, блок определения дальности 6, блок 7 управления сканирующим блоком, блок 8 формирования текущего контурного изображения, первое запоминающее устройству ЗУ1 9, Т — камеру 10, блок масштабирования 11, блок высоты 12, первое кадровое запоминающее устройство 13, передатчик 14 линии связи, приемник 15 линии связи, второе кадровое запоминающее устройство 16, блок 17 формирования контуров эталонного изображения, второе запоминающее устройство ЗУ2

18, блок 19 определения азимутальной координаты, блок синхронизации 20.

Устройство также содержит сдвиговый регистр 21 на N/2 позиций, сдвигавый регистр 22 .íà N йозиций, N квадратов 24, N накопителей 25, линию задержки 26, блок вывода максимального значения 27 пороговый блок 28 и буферное запоминающее устройство 29.

Блок сканирования 1, формирующая приемнопередающая оптическая система 2, узел подсвета 3 и приемный блок 4 оптически сопряжены, Выход приемного блока 4 соединен с первым входом дальномера, вход которого соединен с третьим входом блока формирования контуров текущего изображения протяженного ориентира 8, первый и второй входы которого соединены с блоком управления сканированием. Выход блока формирования контуров текущего иэображения соединен с блоком определения азимутальной координаты 19. Выходы

ТВ-камеры 10 и блока высоты 12 соединены с входами блока масштабирования 11, выход которого соединен с Чепочкой последовательно подключенных первого кадрового

ЗУ 13, передатчика 14 и приемника 15 линии связи, второго кадрового ЗУ 16, блока формирования контуров эталонного изображения 17 и запоминающего устройства 18, выход которого также соединен с блоком определения азимутальнай координаты.

Все блоки устройства охвачены синхранизирующими связями от блока синхронизации 20; соединенного по цепи сигнала запуска устройства с приемником линии связи 15.

Устройство работает следующим образам, С НС эталонная информация а протяженном ориентире записывастся в кадровое ЗУ1 в период пролета ИСЗ нэд данным ориентиром. При движении абьекта сканирующая система производит сканирование области возможного нахождения наземного протяженного ориентира по углал и ИР, задаваемым блоком управления. Сигналы, пропорциональные а iP а также дальность d до границ ориентира поступают в блок формирования текущего контурного изображения, реализующего зависимость .

Совокупность значений Z(XR) есть текущее дальностное изображение (текущее контурное изображение). Выходной .сигнал с бло гэ формирования текущего контурного изображения записывается в ЗУ1. С НС по линии связи передаются сигналы эталонного изображения ориентира, запоминаются в кадровом ЗУ2 и преобразуются в контурнае изображение ориента Z> (Х ), запоминаемое в ЗУ2.

Выполнение блока формирования эталонного контурного изображения известно.

Считывание с ЗУ1 и ЗУ2 синхронизирована, и сигналы, пропорциональные текущему и контурному изображению, подаются на входы блока определения азимутальнай координаты, Блок определения азимутальной координаты работает следу ощим образом.

Считываемое из ЗУ1 текущее контурное изображение поступает на вход первого сдвиговаго регистра, выполняющего функции цифровой линии задержки, Поступающее текущее контурное изображение имеет вид последовательности из N цифровых замеров горизонтированной дальности, полученных после N зондирований за время одного полного азимутальнога сканирования, В перзам сдвигавсл регистре последовательность цифровых замеров гаризонтированной мощности Z(tp), где 1 k N — текущие номера замеров дальности; а.

tk — соответствующие им моменты времени, задерживается на N/2 тактов на время Л t

N/2. Один такт Л t соответствует одному временному интервалу между соседними зондир о в а и и я м и . 3 а д е р ж а н н а я последовательность цифровых цифровых замеров гориэонтированчой дальности (Z(tк — ЛС И/2) ) подается на объединенные первые входы N блоков вычитания.

- Считываемое из ЗУ2 эталонное контурное изображение поступает в виде последовательности N блоков вычитания, Считываемое из ЗУ2 эталонное контурное изображение паступаст B виде последовательности N цифровых замеров эталонной гаризонтираван ной дальности Z(t к) на вход второго сдвиговага регистра, который вы2002207

30

45 ч полняет функции многоотводной цифровой линии задержки. С промежуточных выходов второго сдвигового регистра снимается N сдвинутых друг относительно друга на один такт задержанных последовательностей эталонной горизонтированной дальности

Z (t k — At), ...,Z (t k — lht),..., Л (t k — N Л с ), где Л t — временной интервал между соседними зондированиями и соответственно соседними замерами дальности. Задержанные последовательности подаются на соответствующие вторые входы блоков вычитания, где они вычитаются из задержанной последовательности текущих дальностей Z(tk N/2). С помощью N квадратов полученные в блоках вычитания разности возводятся в квадрат, в результате чего образуются N последовательностей квадратов разностей а

f 2 (t k — AN/2) — 7 (t k — At)) jZ (t k — ЛN/2) — Z (t k — 3 Лt)) К-1,...,й (Z (t k — ЬN/2) — Z(t k — NЛt) J

Эти последовательности подаются на вход

N накопителей, которые суммируют соответствующие квадраты разностей по всем зондированиям в пределах одного цикла азимутального сканирования. Значение выходного сигнала 1-го накопителя после одного цикла азимутального сканирования равно

EI = « (2 (tk — AN 2) — Z(tk — 6 1)!

k 1

Накопленые к концу текущего цикла азимутального сканирования квадраты разностей дальности Et,...,Е,...,Еи поступают íà N входов блока выбора максимального значения, который после поступления из блока синхронизации соответствующего команды выбирает максимальное значение Em» и соответствующий ему номер задержки !в».

Максимальное значение Е » сравнивается . с порогом Е >, что необходимо для защиты от ложных срабатываний. Превышение порога

Ео классифицируется устройством как факт обнаружения необходимого протяженного ориентира. Если максимальное значение азимутального сканирования превышает порог, то пороговый блок-выдает команду на запись соответствующего Emax Hoìåðà вре10 менной задержки Imax в буферное ЗУ и выдачи Immix на выход устройства, Затем после небольшой задержки происходит обнуление блоков накопления для их подготовки к работе в следующем цикле азимутального сканирования, и далее весь процесс повторяется.

Поскольку каждому номеру временной задержки ti соответствует свое значение азимутального угла rt i и, соответственно, азимутальной координаты, то tm» представляет собой по существу измеренное устройство.и значение азимутальной координаты подви>кного обьекта относительно протяженного ориентира при наилучшем совпадении текущего контурного изображения с эталонным изображением.

Предложенное устройство позволяет осуществить координатную привязку относительно протяженного ориентира, Координатная привязка производится на значительном расстоянии до ориентира, а не во время пролета над ним., Работа устройства устойчива погодным, сезонным и суточным изменениям физических характеристик ориентира, поскольку для определения координаты используется геометрическая форма (топология) ориентира, а не отражательные, температурные и подобные характеристики. Эталонная информация об ориентире записывается в память устройства заранее (в удобное для пользователя время). (56) Remodel Wolfgang, Luft und Raumfart.

1980, № 4, с. 34 — 38.

Mader Gerald ) . Lucas . Yarner R, Geopbus Res.  — 1989 — 94, ¹ 8, с, 1017510181.

2002207

Формула изобретения азимутальной координаты, управляющие

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

АЗИМУТАЛЬНОЙ КООРДИНАТЫ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА ОТНОСИТЕЛЬНО 5 coro

ПРОТЯЖЕННОГО ОРИЕНТИРА С ИС- также блока определения ьзимутально

ПОЬЗОВАНИЕМНАВИГАЦИОННОИСИ-M 11"вaь хо а ми6ROKaси„хро низа ции вход которого соединен с первым выходом приСТЕМ Ы, содержащее установленные на подвижном объекте сканер с блоком управления, формирующую приемопередаюфо м о о ю е пе е аю-10 емника n Huv cssai, aыход G oKa опредещую оптическую систему, сопряженный с не р емный блок блок оп входом блока фоРмиРованиЯ контУРов теней приемный дальности, соединенный первым входом с кущего изображения протяженного ориенвыходом приемного блока, узел подсвета, тира Р третии входы Ko oPoro оптически сопряженный через полупроз- соединены совместно с входами сканера, с 15 рачное зеркало с формирующей приемопе- соответствующими выходами блока управредающей оптической системой, блок лениЯ сканеРа, пРи этом блок опРеделениЯ определения азимутальной координаты и азимутальной координаты выполнен в ви-. приемник линии связи а также телевизи- де сдвигового ре истра на й/2 позиций, 1

Ф онную камеру - навигацион, ой системы, сдвигового per стра на М позиций, (1риче блок высоты, последовательно соединен- .входы Регистров Я Яютс соответственно ные с ним по первому входу блок масшта- пеРвым и вторым входами блока определебирования первое кадровое ния азимутальной координаты, N блоков

1 нии связи, причем второй вход блока масштабирования со динен с выходом сдвиговых РегистРОВ на И/2 и И позиций, телевизионной камеры, отличающееся тем, последовательно соединенных с выхода что в него введены блок формирования каждого блока вычитанил квадРатоРа и наконтуров текущего иэображения протяже - 30 о""е я "р" х д к" р " " д второй вход котЬрого соединен ного ориентира, блок формирования конту- с его выходом, линии задержки, бло а в лока выров эталонного изображения ориентира бора максимального значениЯ, входы котовторое кадровое запоминающее устройстого соединены с выходами накопителей, а во, вход которого по цепи сигнала запуска соединен с вторым выходом приемника ли- 35 < Ð задержки являются управляющим входом блока определения азимутальной координии связи, блок синхронизации, первое за- блока ОПРеделе ИЯ аз У а о Рдпоминающее устройство, наты, а также соединенных последова ельно порогового блока и буферного информационный вход которого соединен запоминающего устройства, вход порогос выходом блока формирования контуров вого блока и второй вход буферного запотекущего иэображения протяженного ори- 40 минающего . устройства соединены ентира, а выход - с первым входом блока еоответственно с первым и вторым выхоопределения азимутальной координаты, дами блока выбора максимального значевторое запоминающее устройство, инфорния, выход линии задержки соединен с мационный вход которого соединен с выходом блока формирования контуров 45 входо входом обнуления каждого накопителя, выход бу ерного запоминающего устройства эталонного изображения ориентира, а выявляется выходом блока определения азиход - с вторым входом блока определения мутальной координаты.

2002207

2002207

2002207 о я

4 с

6 и

0 я

Ю к

Ъ

Ф

Составитель Н.Пасечный

Техред M.Moðãåíòàë Корректор О,Густи

Редактор А.Бер Заказ 3169

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушскав наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж<орел, i:; » я )Г, 1

В х х х

O

0 е х

0 х х о с

В

d х х

М

0 а

О

0

-х

Я

)I х

0 я к а а

Ц

Ъ х х х

4 х

0 х

j х

У

0 х

4 х я

Ф х, 0 а я х

Л я а

Ь я о

d х я

М о а в х

Са о я ф

z

0

Ч о

Ф

If

ll

0

3t я

Ф х

0

Я о