Способ определения угловой ориентации объекта

Изобретение относится к области космической радионавигации и может быть использовано для определения углового положения объектов в пространстве. Технический результат - создание способа определения ориентации объекта, при котором антенны можно располагать на расстоянии, большем длины волны, а время определения ориентации объекта составляло бы доли секунды - достигается тем, что сигналы принимают на разнесенные приемники сигнала, расположенные на объекте так, чтобы они не лежали на одной прямой, причем приемниками сигналов являются GPS-приемники, количеством не менее трех, по их показаниям определяют координаты каждого приемника сигналов, на основании которых определяют положение векторов, задающих связанную с объектом систему координат.

 

Предлагаемое изобретение относится к области космической радионавигации и может быть использовано для определения углового положения объектов в пространстве.

В настоящее время остро стоит задача расширения функциональных возможностей глобальных навигационных спутниковых систем, в частности при определении углового положения объектов. При этом возникают проблемы повышения точности и уменьшения времени измерения углового положения. На решение этой проблемы направлен предложенный способ.

Известен способ определения ориентации объектов по сигналам космических аппаратов глобальных навигационных спутниковых систем, основанный на приеме сигналов космических аппаратов каждым из четырех антенно-приемных устройств, расположенных на осях объектов, выделении сигнала с частотой Доплера, определении набега фаз колебаний с частотой Доплера путем интегрирования их на мерном интервале и определении углового положения объектов (Патент РФ N 2022294, МПК⁶ С 01 S 5/00).

Недостатком способа является длительное время, необходимое для проведения измерения углового положения. Это связано с тем, что для решения задачи ориентации необходимо, чтобы космические аппараты, излучающие сигналы, за время измерения существенно переместились в пространстве. Для космических аппаратов глобальных навигационных спутниковых систем, а в настоящее время существуют две системы: российская система ГЛОНАСС и американская - CPS, период обращения вокруг Земли которых составляет около 12 ч, необходимое время измерения соответствует десяткам минут - часам. Это существенно ограничивает возможность применения этого способа.

Известен способ определения ориентации объектов по сигналам космических аппаратов глобальных навигационных спутниковых систем, взятый в качестве прототипа, основанный на приеме сигналов от космических аппаратов глобальных навигационных спутниковых систем на разнесенные две или более антенны, расположенные параллельно одной или двум осям измеряемого объекта, измерении фазового сдвига между принятыми сигналами от каждого космического аппарата и определении углового положения осей измеряемого объекта путем решения системы уравнений (Зарубежная радиоэлектроника. 1989, с.46-53).

Недостатком способа является низкая точность измерения углов, связанная с тем, что антенны необходимо располагать на малом расстоянии - расстоянии, меньшем длины волны. При увеличении расстояния между фазовыми центрами разнесенных антенн погрешность измерения углов уменьшается, но появляется неоднозначность фазовых измерений, что приводит к неоднозначному определению углового положения объекта. Для устранения неоднозначности применяется более сложная обработка, при этом используются измерения фазовых сдвигов в разные моменты времени, но в этом случае увеличивается время определения ориентации объекта (до нескольких минут).

Задачей изобретения является повышение точности измерения, путем создания способа определения ориентации объекта, при котором антенны можно располагать на расстоянии, большем длины волны, а время определения ориентации объекта составляло бы доли секунды.

Поставленная задача достигается тем, что сигналы принимают на разнесенные приемники сигналов, расположенные на объекте так, чтобы они не лежали на одной прямой, причем приемниками сигналов являются GPS-приемники, количеством не менее трех, по их показаниям определяют координаты каждого приемника сигналов, на основании которых определяют положение векторов, задающих связанную с объектом систему координат.

Способ определения угловой ориентации объекта осуществляется следующим образом.

На объекте устанавливают GPS-приемники (А, В, С), которые определяет свои координаты (х, у, z) в базовой системе координат. В качестве базовой могут быть выбраны различные системы координат, например геоцентрическая подвижная система координат (ПЗ-90, WGS-84 и т.д.), нормальная земная, и т.д.

Рассмотрим частный случай расположения приемников сигнала. Пусть GPS-приемники на объекте расположены так, чтобы они находились в вершинах прямоугольного треугольника, и катеты треугольника были параллельны осям связанной с объектом системы координат. Информация о координатах каждого GPS-приемника поступает в вычислитель, который определяет положение связанной системы координат, следующим образом.

Так одну ось связанной системы задает вектор :

Вторую ось связанной системы координат задает вектор :

Третью ось связанной системы координат задает вектор равный векторному произведению векторов и ,

где х_А, у_А, z_A; x_B, у_В, z_В, х_С, у_С, z_С, координаты GPS-приемников А, В, С соответственно, относительно выбранной базовой системы координат.

Таким образом, есть три компланарных вектора , , и , которые совпадают с осями связанной с объектом системы координат и определяют ориентацию объекта относительно выбранной базовой системы координат.

Способ определения угловой ориентации объекта, основанный на приеме сигналов от космических аппаратов глобальных навигационных спутниковых систем на разнесенные приемники сигнала, расположенные на объекте так, чтобы они не лежали на одной прямой, отличающийся тем, что приемниками сигнала являются GPS-приемники, количеством не менее трех, по их показаниям определяют координаты каждого приемника сигнала, на основании которых вычисляют положение векторов, задающих связанную с объектом систему координат.