Способ определения координат подвижных наземных объектов

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в приборах для определения координат подвижных наземных объектов. Технический результат - повышение точности определения азимутального угла направления и координат местоположения подвижного наземного объекта. Для достижения данного результата используют две системы определения координат, первая из которых (автономная система) основана на принципе измерения величины и направления действующего магнитного поля и определения дирекционного угла направления движения. В данной системе совместно с показаниями перемещения за единицу времени рассчитывают координаты местоположения подвижного объекта. Вторая система (система спутниковой навигации) используется только для компенсации ошибки, возникшей при длительном отсутствии спутникового приема. При этом производится коррекция пройденного расстояния, дирекционного угла, уточнение значений относительных координат перемещения относительно установленных координат исходной точки начала движения. Кроме этого осуществляют обработку параметров измеренного магнитного поля и осуществляют компенсацию влияния побочных магнитных полей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в приборах для определения координат подвижных наземных объектов.

Известен способ определения местоположения подвижных объектов, описанный в патенте RU 2098764; G01C 21/08, 1997 г. "Способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации".

Реализация известного способа состоит в следующем. В калибровочном цикле осуществляют разворот подвижного объекта и проводят определение контрольных значений горизонтальных проекций суммарного вектора напряженности магнитного поля в четырех точках горизонтальной составляющей магнитного поля. По контрольным значениям горизонтальных проекций определяют коэффициенты коррекции годографа горизонтальной составляющей магнитного поля. В каждом рабочем цикле измеряют усредненные за время 0,1…2,0 с значения суммарного вектора напряженности магнитного поля и ускорений силы тяжести на оси приборной системы координат, по измеренным усредненным значениям суммарного вектора напряженности магнитного поля и проекции ускорения силы тяжести с учетом коэффициентов коррекции определяют значения горизонтальных проекций вектора напряженности магнитного поля на оси горизонтальной системы координат объекта. По значениям горизонтальных проекций вектора напряженности магнитного поля с учетом приращения пути определяют в каждом рабочем цикле угол направления движения и приращение координат, с учетом координат исходной точки определяют координаты объекта.

Недостатком известного способа является низкая точность определения угловой ориентации направления движения в периоды ускорения и замедления движения объекта, а также в случаях воздействия разнонаправленной угловой скорости, воздействия внешних паразитных магнитных полей от линий электропередач, магнитных и гравитационных аномалий, что явно ухудшает точность определения координат подвижного объекта и требует периодической коррекции параметров навигационной системы. Сложность использования известного способа обуславливает снижение оперативности получения измерительной навигационной информации.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому способу является способ по патенту RU 2202102 G01C 21/08, 2000 г. "Способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации".

В способе-прототипе производят следующие операции:

1) в калибровочном цикле с помощью автономной навигационной системы измеряют контрольные значения горизонтальных проекций суммарного вектора напряженности магнитного поля;

2) измеряют за время рабочего цикла усредненные значения проекции силы тяжести и проекции суммарного вектора напряженности магнитного поля на оси приборной системы координат, по которым с учетом коэффициентов коррекции, полученных в калибровочном цикле, определяют значение горизонтальной проекции вектора напряженности магнитного поля;

3) определяют угол направления движения и с учетом поправки приращения пути определяют приращения координат за время рабочего цикла с учетом координат начальной точки;

4) определяют относительные координаты суммированием приращения координат, измеренных в каждом рабочем цикле;

5) определяют координаты объекта суммированием относительных координат и координат начальной точки;

6) измеряют с помощью приемника спутниковой навигационной системы координаты объекта, с учетом которых проводят коррекцию относительных координат и координат начальной точки;

7) определяют на участках пути приращение координат с помощью автономной навигационной системы и приемника спутниковой навигационной системы, по которым определяют корректирующие коэффициенты, с учетом которых в каждом рабочем цикле проводят коррекцию угла направления движения и приращения пути.

После каждого измерения координат с помощью приемника спутниковой навигационной системы определяют длину участка, а также уточняют корректирующие коэффициенты пути, определяют в каждом рабочем цикле приращения пути и угол направления движения.

Недостатками известного способа являются низкая точность определения значений проекций магнитного поля Земли в условиях воздействия угловых скоростей в горизонтальном и вертикальном направлении (разгон, торможение, повороты, маневрирование), а также при воздействии имитационных и естественных радиотехнических помех с присутствием магнитной составляющей поля и как следствие увеличение погрешностей при расчете дирекционных углов направления движения и соответственно координат местоположения объекта.

В заявляемом изобретении решается задача создания способа определения координат подвижных наземных объектов с коррекцией внешних воздействующих факторов - побочных магнитных и гравитационных полей, а также технологических допусков конструкции системы.

Достигаемый технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении точности определения азимутального угла направления движения и, как следствие, координат подвижного наземного объекта в условиях передвижения при воздействия естественных или имитационных электромагнитных помех.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем:

- в производственных лабораторных условиях при использовании трехкоординатного поворотного стенда производят настройку блоков датчиков магнитного поля и линейного ускорения по осям приборной системы координат, полученные в результате настройки соответствующие значения проекции вектора магнитного поля Hx и Hy на оси приборной системы координат, а также соответствующие значения проекции векторов линейного ускорения Ax и Ay на оси приборной системы координат используют для получения значения проекции вектора действующего магнитного поля Hв на оси приборной системы координат с образованием магнитного годографа в форме идеального круга с центром в пункте начала приборной системы координат при любой угловой ориентации, при этом определяют фиксированное значение величины проекции исходного вектора магнитного поля HB0;

- в калибровочном цикле осуществляют разворот подвижного объекта (ПО) и определяют контрольные значения горизонтальных проекций суммарного вектора напряженности магнитного поля земли (МПЗ) и магнитного поля объекта в четырех точках годографа горизонтальной составляющей магнитного поля, которые используют для формирования таблицы корректирующих коэффициентов, обеспечивающих симметрию магнитного годографа относительно осей приборной системы координат, при этом учитывают корректирующие и настроечные коэффициенты, полученные при производственной лабораторной настройке; в процессе проведения калибровочного цикла производят калибровочный проезд по замкнутому маршруту произвольной формы с длиной траектории не менее 4 км с обеспечением приема параметров спутниковой навигации на всем протяжении маршрута, в результате чего получают корректирующие коэффициенты, обеспечивающие компенсацию побочных магнитных полей и коррекцию ошибки угловой ориентации (угла направления движения), в которой учтены действующее магнитное склонение для данной местности и ошибка соосности ориентировки выше указанных блоков датчиков относительно продольной оси транспортного средства, а также коэффициент, компенсирующий погрешность величины перемещения подвижного объекта;

- в каждом рабочем цикле измеряют значения горизонтальных проекций ускорения силы тяжести и проекции суммарного вектора напряженности МПЗ на оси приборной системы координат, при этом осуществляют фильтрацию показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения с устранением шумов преобразования, а также компенсацию влияния внешних воздействующих факторов, в том числе осуществляют коррекцию показаний датчиков, вследствие неортогональности осей чувствительности, и технологических допусков конструкции;

- по результату анализа отклонения измеряемых значений проекции магнитного поля от значений, полученных в условиях лабораторной настройки, а также по величине отклонения значения Hb от значения Hb0 из таблицы корректирующих коэффициентов выбирают соответствующие значения корректирующих коэффициентов, которые используют для компенсации влияния побочных магнитных полей в измеряемых значениях проекций магнитного поля в следующем рабочем цикле измерений;

- по величине отклонения значения Hb от Hb0, а также по изменению значений Hx и Hy относительно предыдущего измеряемого цикла определяют знак коррекции и корректируют коэффициенты, хранящиеся в таблице корректирующих коэффициентов, на шаг с минимальной определенной дискретностью коррекции, и с учетом определенного знака, а также по значению величины изменения поправки угла направления, определяют знак коррекции и корректируют величину, учитывающую коэффициент масштабирования значений по осям проекции приборной системы координат на шаг с минимальной определенной дискретностью коррекции с учетом определенного знака;

- в каждом рабочем цикле производят измерение расстояния, пройденного объектом за время измерения, расчет параметров угловой ориентации объекта - дирекционного угла направления и углов наклона объекта при движении, а также расчет координат местоположения объекта с учетом пройденного расстояния и направления ориентации объекта;

- во время движения, при наличии приема спутниковой навигации, на основе рассчитанных параметров системы - дирекционных углов, углов наклонов, пройденных расстояний, координат местоположения производят коррекцию пройденного расстояния, вычисляемого дирекционного угла и уточнение относительных координат перемещения, рассчитанных относительно координат исходной точки начала движения, для компенсации ошибки, возникшей при длительном отсутствии приема параметров спутниковой навигации;

- во время движения, при наличии приема параметров спутниковой навигации, осуществляют анализ изменения направления движения объекта и анализ изменения поправочного коэффициента дирекционного угла направления, по результату анализа производят дополнительную коррекцию корректирующих коэффициентов.

Дополнительно, в способе во время движения объекта оценивают "дребезг" переключений и проводят анализ длительности переключения фаз сигнала по времени; в процессе движения проводят информационный обмен с внешним вычислительным устройством, позволяющий снимать и запоминать характеристики движения объекта, в том числе траекторию, в реальном времени для дальнейшего анализа движения.

Реализация заявляемого способа заключается в следующем.

В рабочем цикле измерений происходит съем информации с датчиков, затем расчет параметров ориентации блока датчиков, коррекция их значений, вторичная коррекция показаний для устранения влияния побочных магнитных полей, расчет географических координат местоположения, коррекция параметров движения, коррекция корректирующих коэффициентов.

Целью реализации заявляемого способа является определение параметров угловой ориентации объекта, скорости его перемещения и координат местоположения, основываясь на измерении величины действующего магнитного поля, определении его направления, расчете ориентации направления движения объекта относительно географического севера, измерении величины перемещения объекта, с обеспечением высоких требований по точности вычислений: ошибка определения углов 0,5 град., дискретность измерения углов 0,1 град., ошибка определения координат не более 1% от пройденного пути.

Основой предлагаемого способа является применение двух систем определения координат, первая из которых - автономная система, основанная на принципе измерения величины и направления действующего магнитного поля и определения дирекционного угла направления движения, в которой совместно с показаниями перемещения за единицу времени рассчитывают координаты местоположения подвижного объекта; вторая - система спутниковой навигации, которая используется только для компенсации ошибки, возникшей при длительном отсутствии спутникового приема, при этом производится коррекция пройденного расстояния, дирекционного угла, уточнение значений относительных координат перемещения относительно установленных координат исходной точки начала движения.

Автономная геомагнитная система функционирует как не имеющий подвижных частей бесплатформенный цифровой магнитный компас, реализованный на основе измерений компонент вектора напряженности магнитного поля и вектора ускорения соответствующими блоками датчиков с использованием феррозондов или магниторезисторов и акселерометров, которые расположены по каждой из взаимно ортогональных осей OX, OY приборной системы координат, связанной с блоком датчиков.

Обозначим показания феррозондов и акселерометров соответственно , и , . Проекции HX, HY вектора магнитного поля H и проекции AX, AY вектора ускорения A на оси приборной системы координат вычисляются из показаний значений магнитного и гравитационного полей следующим образом:

где MkHN, MkHP - масштабные коэффициенты усиления измеренных значений величины магнитного поля в проекции на оси приборной системы координат для обеспечения выравнивания и приведения осей магнитного годографа к единому определенному цифровому значению.

LkHN, LkHP - коэффициенты установки порога цифрового нуля по положительному (прямому) и отрицательному (противоположному) каналу измерений для обеспечения симметрии измеренных значений величины магнитного поля относительно осей приборной системы координат.

MkAN, MkAP - масштабные коэффициенты усиления измеренных значений величины действующего ускорения в проекции на оси приборной системы координат для обеспечения выравнивания и приведения осей к единому определенному цифровому значению.

LkAN, LkAP - коэффициенты установки порога цифрового нуля по положительному (прямому) и отрицательному (противоположному) каналу измерений для обеспечения симметрии измеренных значений величины действующего ускорения относительно осей приборной системы координат.

Указанные в расшифровке коэффициенты определяются в производственных лабораторных условиях при отсутствии паразитных магнитных полей.

При этом проводится дополнительная коррекция значений проекций магнитного поля и ускорения в соответствии с формулами (3), (4)

где Kxx, Kxy, Kyy, Kyx - коэффициенты, учитывающие наличие неортогональности установки датчиков магнитного поля относительно плоскости приборной системы координат,

Kax, Kay, Day, Dax - коэффициенты, учитывающие наличие неортогональности установки датчиков линейного ускорения относительно плоскости приборной системы координат, а также устраняющие смещение нуля в горизонтальной плоскости.

Для геомагнитных навигационных систем, установленных на наземные подвижные объекты, величина вектора ускорения силы тяжести на поверхности Земли изменяется не существенно (0,5%), ошибка определения вертикали при замене истинного значения на вычисленное среднее составляет не более 0,1°. В соответствии с вышеизложенным для аппаратуры подвижных наземных объектов можно отказаться от измерения величины Az, заменяя ее вычисленным значением:

где A - постоянная величина, соответствующая величине ускорения силы тяжести, равная 9,81 м/с2,

Ax, Ay - величины проекции ускорения силы тяжести соответственно в поперечном и продольном направлениях движения объекта.

При определении проекций вектора напряженности МПЗ следует учесть, что проекция Hz лежит в плоскости магнитного меридиана, положение которого незначительно изменяется во времени, вследствие вариаций элементов земного магнетизма. При малых наклонах требования к точности определения величины Hz значительно ниже, чем к составляющим Hx, Hy. Поэтому можно отказаться от измерений величины Hz компонента, заменяя ее в расчетных формулах значением:

где H - величина полного вектора МПЗ в данной местности.

Величина H определяется при смене региона, либо по магнитной карте, встроенной в память вычислительного блока, либо путем прямого измерения магнитного поля Земли вне подвижного объекта и при отсутствии паразитных магнитных полей.

Приведенные выше допущения по исключению измеряемых значений Az и Hz обозначены для указания на возможность упрощения устройства, реализующего указанный способ, но если есть возможность измерять указанные параметры, это можно делать, суть способа от этого не меняется.

Проекции вектора магнитного поля на оси приборной системы координат Hx, Hy с учетом компенсации наклонов блока датчиков в продольном и поперечном направлении определяются из выражения (7), (8):

где A - постоянная величина, соответствующая величине ускорения силы тяжести, равная 9,81 м/с2,

Hz - величина вертикальной составляющей проекции вектора магнитного поля на оси приборной системы координат, определена в соответствии с выражением (6).

Параметр угла наклона объекта в горизонтальной плоскости определяется из выражения (9)

где Ax - значение линейного ускорения в проекции на ось X приборной системы координат;

Ау - значение линейного ускорения в проекции на ось Y приборной системы координат;

Az - значение линейного ускорения в проекции на ось Z приборной системы координат (значение рассчитано по выражению (5));

При расчете углов наклона объекта в продольном и поперечном направлении используются показания акселерометров, которые измеряют действующее значение ускорения, которое складывается из величины ускорения свободного падения, действующего на датчик при данной ориентации объекта, и ускорения, действующего на объект при его линейном ускорении, возникающих при совершении маневров, связанных с ускорением и замедлением движения объекта.

В способе предусмотрена коррекция продольной величины линейного ускорения, так как основной вклад в погрешность измерений вносят факторы, связанные с воздействием ускорений в продольных направлениях. Ускорения, возникающие по оси X, имеют кратковременный характер и небольшую величину по абсолютному значению, они не оказывают существенного влияния на дирекционный угол направления, и компенсация значения Ax не проводится.

Для компенсации линейного ускорения, действующего на объект, производится анализ изменения значения скорости, действующей в момент измерения ускорения, и в соответствии с нижеприведенным выражением происходит компенсация его значения.

где νii-1 - изменение скорости за промежуток времени, в котором проводится измерение ускорения,

Δt - временной интервал измерения скорости движения объекта,

Ay' - измеренные значения действующего ускорения после фильтрации и коррекции.

Дирекционный угол направления движения объекта относительно географического севера определяется из выражения:

где αмагн - дирекционный угол направления движения транспортного средства относительно направления линий МПЗ;

αΘ - угол магнитного склонения относительно географического Севера, действующий в данной местности;

αΔ - угол компенсации ошибки соосности направления продольной оси транспортного средства с осью Y приборной системы координат.

Действующее значение азимутального угла направления относительно направления линий МПЗ определяется как

где - знак измеряемого значения вектора Нх, при положительном значении выражение принимает значение "1", при отрицательном значении выражение принимает значение "-1",

Hx - проекция действующего вектора магнитного поля на ось X приборной системы координат;

Hy - проекция действующего вектора магнитного поля на ось Y приборной системы координат;

Hb - проекция действующего вектора магнитного поля на приборную систему координат, определяется из выражения

По имеющимся значениям дирекционного угла направления перемещения, углам ориентации транспортного средства относительно уровня горизонта, величины пройденного расстояния за время измерения определятся координаты текущего местоположения

где GXA, GYA - географические координаты текущего положения объекта по оси X и оси Y соответственно, на плоскости географической системы координат, определенные по рассчитанным параметрам при работе системы в автономном режиме.

GXO, GYO - географические координаты исходного положения объекта откуда начался отсчет перемещения.

GXS, GYS - величина проекций вектора суммарного перемещения объекта относительно пункта установки исходных значений координат на оси X, Y в плоскости географической системы координат.

где KN - коэффициент, учитывающий направление перемещения при движении: «вперед» - коэффициент "1", «назад» - коэффициент "-1";

S - величина перемещения объекта при движении за интервал времени измерения;

Al - дирекционный угол направления на географический Север;

Gnp - угол ориентации продольной оси транспортного средства относительно уровня горизонта;

Lm - коэффициент, учитывающий переход от линейного измерения перемещения к градусному, причем Lm - линейная величина, соответствующая одному градусу меридиана, может принимать значения в диапазоне от (111120-111212) м в зависимости от применяемой модели Земного эллипсоида;

- косинус угла сближения меридианов.

Для исключения ошибок определения координат, связанных с неточным определением перемещения за время измеряемого цикла, а также неточным определением дирекционного угла направления на географический Север, приводящих к искажению рассчитанных параметров географических координат местоположения, производится коррекция угла направления движения и величины перемещения.

Коррекция производится в моменты времени, когда осуществляется прием достоверных координат от спутниковой навигационной системы. Используя выражение (18), производится расчет отклонения величины вектора, образованного перемещением по показаниям автономной системы, от вектора, образованного перемещением по показаниям спутниковой навигационной системы.

где Ks - коэффициент, корректирующий ошибку перемещения (определенного по показаниям автономной системы, относительно расстояния, вычисленного по показаниям спутниковой системы);

Ks' - коэффициент коррекции ошибки перемещения, действующий до момента наступления повторной коррекции, исходное значение "1";

LSs - величина вектора перемещения объекта, вычисленная по текущим показаниям координат спутниковой системы, относительно координат пункта начала отсчета движения, определяется по формуле (19);

LSa - величина вектора перемещения объекта, вычисленная по текущим показаниям координат автономной системы, относительно координат точки начала отсчета движения, определяется по формуле (20).

где XS, YS - географические координаты текущего местоположения объекта, определенные по показаниям спутниковой навигационной системы.

В соответствии с выражением (21) производится расчет отклонения градусного значения направления вектора, образованного перемещением по показаниям автономной системы, от градусного значения направления вектора, образованного перемещением по показаниям спутниковой навигационной системы.

Δβ - величина поправки угла отклонения вектора перемещения, определенного по показаниям автономной системы от вектора, вычисленного по показаниям спутниковой системы;

Δβ' - величина поправки угла отклонения, действующая на момент наступления повторной коррекции, исходное значение "0";

AlA - дирекционный угол направления вектора перемещения объекта от исходного до текущего пункта местоположения, рассчитанный по координатам, выдаваемым автономной системой;

AIS - дирекционный угол направления вектора перемещения объекта от исходной до текущей точки местоположения, рассчитанный по координатам, выдаваемым спутниковой системой.

После устранения ошибок по координатам рассчитанные корректировочные коэффициенты сохраняют устойчивое значение и обеспечивают минимальную ошибку до вторичной коррекции координат, которая проводится через длительный промежуток времени для устранения рассогласования, связанного с накоплением определенной погрешности.

Появление ошибок координат местоположения в основном обусловлено отклонением дирекционных углов и в меньшей степени зависит от величины перемещения ПО. Появление ошибок по дирекционном углу связано с неточным определением проекций магнитного поля на оси приборной системы координат, что объясняется наличием побочных магнитных полей, которые приводят к искажению формы магнитного годографа.

Для определения возможных искажений магнитного поля в способ введена дополнительная коррекция, которая на каждом цикле измерений компенсирует дисперсию значений Hx и Hy, для удержания формы магнитного годографа в форме круга и величины проекции вектора магнитного поля Hb0 с центром в пункте начала приборной системы координат. Компенсация проводится в соответствии с выражениями:

где i=0…35 - индекс номера дискретной зоны, в которой происходит изменение дирекционного угла ориентации объекта, значение индекса определяется по текущим значениям величин и ;

, - коэффициенты масштабирования значений проекций магнитного поля на оси приборной системы координат, обеспечивающие выравнивание магнитного годографа по осям. Благодаря дискретизации по диапазонам ориентации вектора магнитного поля обеспечивается компенсация формы магнитного годографа для приведения к идеальному кругу; исходное значения величин коэффициентов при вводе в эксплуатацию - "1".

, - коэффициенты смещения значений проекций магнитного поля для приведения магнитного годографа к центру начала отсчета приборной системы координат, обеспечивающие симметрию магнитного годографа относительно осей приборной системы координат; исходное значение их при вводе в эксплуатацию - "0".

Коэффициенты определены таблично, и в каждом рабочем цикле измерений проводится логический анализ путем сравнения действующего вектора магнитного поля Hb с величиной Hb0, и по величине их отклонения, а также по вычисленным значениям величин Hx и Hy производится выбор табличных значений величин , , затем проводится коррекция табличных значений по результату анализа изменения величин Hx и Hy относительно предыдущего рабочего цикла измерений.

Для определения первичных значений таблицы корректирующих коэффициентов проводят операцию первичной калибровки. В калибровочном цикле осуществляют разворот ПО и определяют контрольные значения горизонтальных проекций суммарного вектора напряженности МПЗ и магнитного поля объекта в четырех точках годографа горизонтальной составляющей магнитного поля.

По наличию спутникового приема, через каждые 30-50 метров перемещения ПО происходит анализ вектора отклонения направления движения, образованного относительно предыдущих координат, измеренных по показаниям автономной и спутниковой систем, и по результату отклонения вектора направления перемещения. По показаниям автономной системы и величины отклонений векторов, образованных по показаниям автономной и спутниковой систем, происходит коррекция коэффициентов , , причем на каждом цикле коррекции производится анализ значений , из всего табличного диапазона с определением равенства их абсолютных величин, по наличию которого производится дополнительная коррекция коэффициентов , .

Работа блока коррекции начинается от исходного значения коэффициентов коррекции, поэтому при вводе изделия в эксплуатацию необходимо провести калибровочный цикл.

Использование в способе операции коррекции при установке нулевого значения и масштабирования для выравнивания показаний по разным осям позволяет осуществить линеаризацию показаний годографа горизонтальной составляющей симметричного магнитного поля, которая имеет вид идеального круга при любой ориентации датчика магнитного поля, что обеспечивает повышенную точность определения угла направления движения и координат подвижного объекта при воздействии разнонаправленной угловой скорости и ускорения или замедления движения ПО.

Использование в способе в каждом рабочем цикле коррекции преобразования азимута с использованием горизонтальной проекции МПЗ в определении направления продольной оси транспортного средства относительно географических координат и углов наклона транспортного средства в продольном и поперечном направлении относительно уровня плоскости горизонта обеспечивает повышенную точность определения угла направления движения и координат объекта при перемагничивании его корпуса вследствие воздействия внешних электромагнитных полей.

Использование в способе операции анализа измерительной информации с датчика перемещения в интервале времени 1 секунда с измерением фазовых интервалов и фронтов сигналов обеспечивает повышение точности определения величины перемещения ПО в процессе движения объекта на малых скоростях и при компенсации ложных срабатываний.

Использование в способе расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации по эталонным координатам текущего местоположения объекта обеспечивает повышение точности определения координат в автономном режиме.

Функциональная схема устройства для реализации заявляемого способа представлена на чертеже, где введены следующие обозначения:

1 - блок датчиков магнитного поля;

2 - блок датчиков линейного ускорения;

3 - блок коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения;

4 - блок расчета горизонтальных проекций МПЗ;

5 - блок синхронизации;

6 - датчик перемещения;

7 - блок расчета угла направления движения ПО;

8 - блок расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения;

9 - первый блок суммирования;

10 - интегратор;

11 - блок коррекции относительного смещения координат;

12 - блок расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации;

13 - блок умножителя;

14 - второй блок суммирования;

15 - приемник спутниковой навигационной системы (спутниковой навигации);

16 - блок интерфейса информационного обмена;

17 - блок анализа фазовых интервалов и фронтов;

18 - блок фильтрации;

19 - блок компенсации погрешности при конструктивных и технологических допусках изготовления устройств;

20 - регистр хранения коэффициентов лабораторной настройки;

21 - регистр хранения исходных значений координат;

22 - блок коррекции величины ускорения ПО;

23 - блок коррекции величины магнитного поля;

24 - блок расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей.

Устройство для реализации заявляемого способа содержит блок датчиков магнитного поля 1, блок датчиков линейного ускорения 2, блок коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения 3, блок расчета горизонтальных проекций МПЗ 4, блок синхронизации 5, датчик перемещения 6, блок расчета угла направления движения ПО 7, блок расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения 8, первый 9 и второй 14 блоки суммирования, интегратор 10, блок коррекции относительного смещения координат 11, блок расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12, блок умножителя 13, приемник спутниковой навигации 15, блок интерфейса информационного обмена 16, блок анализа фазовых интервалов и фронтов 17, блок фильтрации 18, блок компенсации погрешности при конструктивных и технологических допусках изготовления устройств 19, регистр хранения коэффициентов лабораторной настройки 20, регистр хранения исходных значений координат 21, блок коррекции величины ускорения ПО 22, блок расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей 24 и блок коррекции величины магнитного поля 23, выход которого соединен со вторым входом блока расчета горизонтальных проекций МПЗ 4. При этом, выходы блоков датчиков магнитного поля 1 и датчиков линейного ускорения 2 соединены соответственно с первым и вторым входами блока коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения 3, выход которого через блок фильтрации 18 соединен с первым входом блока компенсации погрешности при конструктивных и технологических допусках изготовления устройств 19, первый выход которого соединен с первым входом блока коррекции величины ускорения ПО 22, второй выход - с первым входом блока коррекции величины магнитного поля 23, а второй вход - со вторым выходом регистра хранения коэффициентов лабораторной настройки 20, первый выход которого соединен с третьим входом блока коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения 3, выход датчика перемещения 6 соединен с первым входом блока анализа фазовых интервалов и фронтов 17, выход которого соединен со вторым входом блока коррекции величины ускорения ПО 22, выход которого соединен с первым входом блока расчета горизонтальных проекций МПЗ 4 и вторым входом блока расчета угла направления движения ПО 7, третий вход которого соединен со вторым выходом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12, а также с первым входом блока расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей 24, выход которого соединен со вторым входом блока коррекции величины МПЗ 23; первый выход блока синхронизации 5 соединен со вторым входом блока анализа фазовых интервалов и фронтов 17, второй выход - с третьим входом блока анализа фазовых интервалов и фронтов 17 и вторым входом блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения 8, а третий выход блока синхронизации 5 соединен с третьим входом блока расчета горизонтальных проекций МПЗ 4, выход которого соединен с третьим входом блока интерфейса информационного обмена 16, вторым входом блока расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей 24 и первым входом блока расчета угла направления движения ПО 7, выход которого соединен с первым входом блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения 8 и четвертым входом блока интерфейса информационного обмена 16, первый выход которого через регистр хранения исходных значений координат 21 соединен с четвертым входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12, третьим входом блока коррекции относительного смещения координат 11 и вторым входом первого блока суммирования 9, выход которого соединен со вторым входом блока интерфейса информационного обмена 16, второй выход которого соединен со вторым входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12, первый выход которого соединен со вторым входом блока умножителя 13, первый вход которого соединен с выходом блока анализа фазовых интервалов и фронтов 17, а выход - соединен с третьим входом блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения 8, выход которого соединен с первым входом второго блока суммирования 14, выход которого соединен с входом первого блока суммирования 9 и первым входом блока коррекции относительного смещения координат 11, выход которого соединен со вторым входом второго блока суммирования 14, а второй вход - с первым входом блока интерфейса информационного обмена 16, выходом приемника спутниковой навигации 15 и третьим входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12; третий выход блока интерфейса информационного обмена 16 соединен с входом регистра хранения коэффициентов лабораторной настройки 20 и третьим входом блока расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей 24, кроме того, выход блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения 8 через интегратор 10 соединен с первым входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12.

Устройство для реализации заявляемого способа работает следующим образом.

В производственно-лабораторных условиях, при помощи трехкоординатного поворотного стенда происходит настройка датчиков МПЗ по взаимно-ортогональным координатным осям Hx, Hy блока 1 и датчиков линейного ускорения по взаимно-ортогональным координатным осям Ax, Ay блока 2, причем блоки 1 и 2 размещены в едином конструктивном корпусе. Настройка датчиков производится посредствам подбора цифровых коэффициентов таким образом, чтобы в приборной системе координат, которая совмещена с основанием крепления корпуса блока датчиков, при любой угловой ориентации, значение проекции действующего вектора магнитного поля Hb на оси приборной системы координат (Hx, Hy) образовало магнитный годограф, который имеет форму идеального круга с центром в точке начала координат и определенное фиксированное значение величины проекции магнитного поля (Hb0), значение которого хранится в блоке 24.

При проведении операции лабораторной настройки значения проекций МПЗ с выхода блока 4 поступают на третий вход блока 16 и затем передаются на ЭВМ для проведения анализа и расчетов корректирующих коэффициентов; далее по интерфейсу информационного обмена массив коэффициентов лабораторной настройки поступает обратно от ЭВМ на блок 16, и с третьего выхода блока 16 подаются на вход блока 20, где в дальнейшем сохраняются в его энергонезависимой памяти.

В рабочем цикле измерений блоки 1 и 2 непрерывно формируют на своих выходах аналоговые сигналы: измерения проекции МПЗ по ортогональным осям Hx, Hy приборной системы координат и измерения проекции действующего ускорения на оси Ax, Ay приборной системы координат.

Аналоговые сигналы с блоков 1 и 2, пропорциональные действующим значениям МПЗ и линейного ускорения, поступают соответственно на первый и второй входы блока 3, где происходит преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму, коррекция показаний с установкой нулевых значений, масштабирования в соответствии с величиной Hb0 и выравнивание показаний по координатным осям приборной системы координат. При этом коэффициенты коррекции и настройки поступают с первого выхода блока 20 на третий вход блока 3.

Обозначим показания феррозондов (датчики блока 1) и акселерометров (датчики блока 2) соответственно , и , . Проекции HX, HY вектора магнитного поля H и проекции AX, AY вектора ускорения А на оси приборной системы координат вычисляются из показаний значений магнитного поля и линейного ускорения в блоке 3 по формулам (1), (2).

Далее откорректированные значения с выхода блока 3 поступают на вход блока 18, где происходит фильтрация сигнала на основе частотного интегрирования показаний (в зависимости от частоты появления измеренного значения сигнала накапливается сумма количества появившихся измерений и по максимальному значению суммы выбирается соответствующее значение, которое подается на выход блока фильтрации 18). Такой метод фильтрации позволяет оперативно получать достоверные значения выходных величин Hx, Hy, Ax, Ay при любых быстроизменяющихся показаниях с блоков 1 и 2 при воздействии разнонаправленных угловых скоростей, в отличие от методов среднеарифметического вычисления, где проявляется инерционность показаний.

Далее с выхода блока 18 фильтрованные показания датчиков поступают на вход блока 19, в котором по значениям корректирующих коэффициентов, поступающих на второй вход блока 19 со второго выхода блока 20, производится математическая коррекция, в результате которой фильтрованные показания датчиков принимают значения, в которых учтены погрешности, вносимые элементной базой и особенностями их конструктивного устройства.

Коррекция значений проекций МПЗ и ускорения в блоке 19 проводится в соответствии с формулами (3), (4).

В процессе измерения магнитного поля измеряемое значение представляет собой сумму величины МПЗ, действующего в пункте измерения, и величины магнитного поля, излучаемого объектами, имеющими ферромагнитные свойства. Для определения действующего значения МПЗ в пункте измерения в системе применены блоки 23, 4, 24, работа которых организована следующим образом: фильтрованные и откорректированные сигналы Hx, Hy со второго выхода блока 19 поступают на первый вход блока 23, в котором происходит коррекция измеренного значения величин Hx и Hy в соответствии с коэффициентами, поступающими на второй вход блока 23 с выхода блока 24. Затем скорректированные значения величин Hx, Hy поступают с выхода блока 23 на второй вход блока 4 для проведения расчета горизонтальных проекций МПЗ. Результаты расчета горизонтальных проекций МПЗ далее поступают с выхода блока 4 одновременно на три блока: на третий вход блока 16, в котором информация о проекциях передается пользователю, на второй вход блока 24, где происходит расчет величины проекции вектора магнитного поля Hb и формирование корректирующих коэффициентов, устраняющих влияние побочных магнитных полей, и на первый вход блока 7, в котором осуществляется расчет дирекционных углов ориентации блока датчиков: азимутальный угол и углы наклонов (продольный, поперечный).

Рассчитанные значения дирекционного угла направления и углов наклона (продольный, поперечный) с выхода блока 7 поступают на первый вход блока 8, в котором производится расчет смещения координат за последний временной интервал измерения, а также поступают на четвертый вход блока 16 для передачи информационных параметров пользователю.

В блоке 24 по значениям горизонтальных проекций величин Hx, Hy происходит расчет действующего вектора магнитного поля Hb и дальнейший его анализ, в сравнении со значением вектора магнитного поля (Hb0), определенным в условиях производственно-лабораторной настройки и хранимым в качестве постоянной величины в энергонезависимой памяти блока 24. По абсолютной величине значений проекций Hx, Hy из таблицы коэффициентов выбираются значения, которые с выхода блока 24 поступают на второй вход блока 23, в котором по этим коэффициентам корректируют показания величин Hx и Hy, которые определяются в следующем рабочем цикле измерений.

По величине отклонения значения Hb от Hb0, а также по величине изменения значений проекций Hx и Hy относительно значений, полученных в предыдущем рабочем цикле измерений, и, кроме того, по величине изменений поправки угла направления, поступающей со второго выхода блока 12 на первый вход блока 24, производится оценка значений поправочных коэффициентов, хранящихся в таблице блока 24. По значению величин Hx и Hy происходит определение знака коррекции и коррекция коэффициентов, хранящихся в таблице, на шаг с минимальной определенной дискретностью с учетом определенного знака, а также по значению величины изменения поправки угла направления происходит определение знака коррекции и коррекция величины, учитывающей коэффициент масштабирования значений по осям проекции приборной системы координат.

В результате воздействия обратной связи по двум параметрам: значению Hb и значению изменения поправки величины угла направления при движении - в системе происходит анализ и проводится коррекция измеряемых величин в автоматизированном режиме на каждом рабочем цикле измерений, причем корректирующие коэффициенты представляют собой набор табличных величин, значения которых разделены на дискретные диапазоны с привязкой к дирекционному углу направления, с дискретностью 10 градусов, при которой проявляется влияние побочных магнитных полей на общий фон МПЗ при наличии многополюсных источников помех.

В блоке 22 происходит преобразование значений ускорений Ax, Ay, поступающих с первого выхода блока 19 на первый вход блока 22, с коррекцией измеренных значений линейного ускорения с учетом изменения значений величины перемещения, пройденного объектом, и поступающих с выхода блока 6 на первый вход блока 17 за определенный интервал временного наблюдения за сигналом, значение которого поступает на второй вход блока 22 с выхода блока 17. То есть при наличии ускорений, возникающих при перемещении объекта, которые определяются по изменению его скорости, производится анализ значений фиксированных ускорений, получаемых в устройстве по измеренным значениям датчиков блока 2, и по результату анализа определяются корректирующие значения, которые компенсируют показания ускорений, связанные с маневрами объекта при совершении разгонов, торможений, поворотов. Компенсированные значения ускорений определяются в соответствии с формулой (5) и с выхода блока 22 поступают одновременно на первый вход блока 4 и на второй вход блока 7.

С математической обработкой, проводимой в блоке 4, осуществляется компенсация величин Hx, Hy, поступающих на второй вход блока 4 с выхода блока 23, с учетом компенсированных показаний Ax, Ay, сигнал которых поступает на первый вход блока 4 с выхода блока 22, в результате которой при любых наклонах блоков 1 и 2 форма магнитного годографа остается неизменной (сохраняется идеальный круг радиуса Hb0, с центром в начале координат).

Проекции вектора МПЗ на оси приборной системы координат Hy, Hx с учетом компенсации наклонов блоков 1 и 2 в продольном и поперечном направлении определяются в блоке 4 из выражения (7), (8).

Величина полного вектора МПЗ (H) определяется как константа при проведении лабораторной настройки в отсутствие паразитных магнитных полей и хранится в памяти блока 24, при перемещении объекта по различным географическим зонам в зависимости от широты местоположения происходит автоматическая коррекция значения (H) в зависимости от значений корректирующих коэффициентов, вырабатываемых в блоке 24.

В блоке 7 при расчете азимутального угла используются проекции МПЗ Hx и Hy, которые поступают на первый вход блока 7 с выхода блока 4, проекции действующего ускорения Ах и Ау, которые поступает на второй вход блока 7 с выхода блока 22, поправка угла направления, которая поступает на третий вход блока 7 со второго выхода блока 12.

Действующее значение азимутального угла направления относительно направления линий МПЗ определяется в блоке 7 по формуле (12).

Углы наклонов приборной системы координат в продольном и поперечном направлении определяются в блоке 7 по соответствующим формулам (9).

Синхронизацией рабочих циклов измерений управляет блок 5, с третьего выхода которого синхронизирующий сигнал начала отсчета горизонтальной проекции МПЗ (период 1/16 с) поступает на третий вход блока 4; в то же время, с первого выхода блока 5 на второй вход блока 17 поступает высокочастотный сигнал (с периодом 20 мкс), по которому происходит анализ длительности переключения фаз сигнала, поступающего от блока 6, а со второго выхода блока 5 сигнал управления (с периодом 1 с) поступает одновременно на третий вход блока 17, по которому происходит фиксация интервала пройденного расстояния за последний временной интервал наблюдения, и второй вход блока 8, по которому запускается процедура расчета смещения координат за последний временной интервал измерения.

С выхода блока 17 измерительный сигнал поступает на первый вход блока 13, в котором формируется значение величины перемещения с учетом измеренного значения перемещения и корректирующего коэффициента, в котором совокупно учтены передаточные коэффициенты связи колесной оси и вала привода спидометра, состояние ходовой части и длина окружности колеса. При этом по сигналу начала нового временного интервала 1 секунда, который поступает со второго выхода блока 5 на второй вход блока 8, производится съем информации о пройденном пути за предыдущий временной интервал, приходящий с выхода блока 13 на третий вход блока 8, и с учетом полученных данных об ориентации объекта (азимут, углы наклона) производится расчет проекции смещения в плоскости осей X, Y географических координат за предыдущий интервал измерения.

Рассчитанные значения приращения координат с выхода блока 8 одновременно поступают на первый вход блока 14 и вход блока 10. Блоки 10 и 14 осуществляют вычисление проекций суммарного вектора перемещения объекта относительно координат исходного пункта по значениям измерений перемещений подвижного объекта в автономном режиме (по показаниям датчика перемещения 6 и блока расчета угла направления движения ПО 7), причем хранимое в блоке 14 значение суммарного вектора может корректироваться для уточнения координат местоположения.

По значениям накопленной величины суммарного вектора перемещения объекта относительно координат исходного пункта, рассчитанных по значениям автономного режима, которые поступают на первый вход блока 12 с выхода блока 10, и по значениям координат, подаваемым от приемника спутниковой навигации 15 на третий вход блока 12, в блоке 12 производится расчет вектора, образованного направлением перемещения объекта, вычисленным по показаниям спутниковых координат относительно координат исходного пункта, значение которого поступает на четвертый вход блока 12 с выхода блока 21, и по анализу величины векторов и их взаимной ориентации рассчитывается коэффициент коррекции величины пройденного пути и коэффициент поправки угла направления таким образом, чтобы абсолютная величина векторов совпадала, и направление вектора автономной системы было приведено к направлению вектора перемещения, вычисленному по показаниям приемника спутниковой навигации.

По имеющимся значениям дирекционного угла направления перемещения, углам ориентации транспортного средства относительно уровня горизонта, величины пройденного расстояния за время измерения определятся координаты текущего местоположения ПО по формулам (14), (15).

При длительном движении объекта в отсутствие коррекции от спутниковых координат в значении автономных координат будет накапливаться ошибка, связанная с неточным определением углов направления и величины перемещения. В функции блока 12 входит задача сравнения координат системы и спутниковых координат, определения значений корректирующих коэффициентов перемещения и угла направления, значения которых поступают на третий вход блока 12, и происходит коррекция измеряемых параметров, вследствие чего отклонение системных координат от значений спутниковых координат будет минимально, а в идеальном случае равно нулю.

Поправка направления представляет собой величину, в которой интегрированно учтено значение магнитного склонения, технологические погрешности блока 1, возникающие в результате возникновения угловой погрешности между направлением оси Ну датчика и продольной осью транспортного средства, причем указанные две составляющих поправки образуют постоянную составляющую угла, которая незначительно меняется за счет изменения угла магнитного склонения при перемещении по различным географическим зонам. Также существует третья составляющая, которая изменяет величину поправки направления, она образуется при неточном определении дирекционных углов направления вследствие искажений магнитного поля Земли за счет влияния побочных магнитных полей, эта составляющая при различных угловых ориентациях имеет различные значения, для уменьшения этой величины в блоке 24 вырабатываются корректирующие коэффициенты, компенсирующие возникающие погрешности.

Значение суммарного вектора перемещения, накопленного в блоке 14, с его выхода поступает на первый вход блока 11, в котором по этому значению и по значению исходных координат, поступающих на третий вход блока 11 с выхода блока 21, вычисляются координаты автономной системы, и по значениям этих координат, а также по значению координат спутниковой навигационной системы, поступающих на второй вход блока 11 с выхода блока 15, вычисляется ошибка отклонения векторов, и при достижении этого отклонения до определенной величины производится коррекция суммарного вектора перемещения, причем вычисление ошибки происходит в тот момент, когда блок 15 выдает достоверные значения координат (точность значений не хуже 30 метров).

Стоит отметить, что накопление суммарного значения величины проекций вектора перемещения в блоках 10 и 14 начинает проводиться от момента установки координат исходной точки, и каждый раз по установке координат исходной точки суммарное значение вектора перемещения обнуляется.

С выхода блока 11 значение коррекции поступает на второй вход блока 14, в результате чего в блоке 14 изменяется значение накопленной величины суммарного вектора перемещения, и, как результат, уменьшается ошибка величины отклонения векторов, образованных показаниями автономной и спутниковой системами относительно координат исходной точки.

Сигнал откорректированного значения суммарного перемещения с выхода блока 14 поступает на первый вход блока 9, в котором производится расчет координат текущего местоположения подвижного объекта с учетом координат исходного пункта, поступающих с выхода блока 21 на второй вход блока 9. Сигналы координат местоположения ПО, полученных в блоке 9, с его выхода поступают на второй вход блока 16 для отправки пользователю.

Исходные значения коэффициентов пути и угла, подаваемые оператором на управляющие входы блока 16, далее подаются со второго выхода блока 16 на второй вход блока 12, где заносятся в энергонезависимую память блока 12, и также используются в расчетах, причем каждый раз, по выключению электропитания устройства, происходит запоминание обновленных коэффициентов.

Цифровой коэффициент, который приводит в соответствие величину перемещения, пройденного объектом, и количество импульсов, поступающих от блока 6 за единицу пройденного расстояния, поступает на второй вход блока 13 с первого выхода блока 12 и определяется в соответствии с формулой (18).

На первый вход блока 16 с выхода блока 15 поступают значения координат от приемника спутниковой навигации для передачи пользователю с целью его информированности о местоположении объекта.

С первого выхода блока 16 цифровое значение координат исходной точки поступает на вход блока 21, которое запоминается в энергонезависимой памяти блока 21, и каждый раз, по включению питания, происходит восстановление их значений, до тех пор, пока оператор не установит их новые значения.

В устройстве, с помощью которого реализуется заявляемый способ, все указанные блоки, за исключением блоков 1, 2, 6, 15, осуществляют математические преобразования, и поэтому их можно реализовать на основе микроконтроллеров или цифровых сигнальных процессоров, в частности макетный образец, на котором реализовано предлагаемое устройство, построен с применением микросхемы DSPIC33FJ128GP708 фирмы MicroChip (128 Кбайт память программ, 16 Кбайт память ОЗУ, встроенные контроллер АЦП 12 бит, два контроллера интерфейсов RS-232, интерфейс SPI, тактовая частота до 40 МГц, девять встроенных таймеров), также возможно применение сигнальных процессоров фирм Texas Instruments или Analog Devices, но в случае применения сигнальных процессоров необходимо применение внешнего АЦП с разрядностью не менее 12 бит.

В качестве особенности работы блока 3 следует отметить, что необходимо задействовать многоканальный АЦП или применить микросхему мультиплексирования каналов (например, отечественного производства К561КП2).

Техническая реализация блока 1 возможна с применением магниточуствительных датчиков на основе феррозондов, или магниторезисторов в интегральном исполнении (например, HMC1002 фирмы Honeywell) с разрешением 27 мкГс, диапазон измерений ±6 gauss, чувствительностью 0,2 мВ/Гс.

Техническая реализация блока 2 возможна с применением акселерометров фирмы STMicroelectonics (LIS3L06AL) или фирмы Analog Devices (ADXL325) с разрешением 0,5 mG, диапазон измерений ±2G, чувствительностью 0,6 V/G.

Датчик перемещения 6 может быть реализован с применением трех датчиков Холла и четырех разнополюсных магнитов, закрепленных на оси, вала спидометра транспортного средства. Таким образом, образуется трехканальный датчик, у которого на один оборот колеса генерируется шесть импульсов состояния фазы угла поворота, что является достаточным для определения пройденного расстояния и скорости движения при перемещении на скорости выше 5 км/ч. При использовании электронного спидометра точность счисления пути будет ограничена значением расстояния пройденного колесом транспортного средства за один полный оборот.

Приемник спутниковой навигации 15 может быть реализован на основе отечественного приемника 14Ц825, который выпускается фирмой ФГУП НИИ КП. Он работает с возможностью приема 30 каналов в системе ГЛОНАСС/GPS и имеет цифровой интерфейс информационного обмена RS-232 с реализацией многофункционального протокола информационного обмена.

Технический результат от использования предлагаемого способа ограничен типом и характеристиками применяемой элементной базы, в макетном варианте были получены измерения дирекционных углов и углов наклона с дискретностью 0,1 град., с точностью определения углов не более 0,5 град., ошибка определения координат перемещения не более 1%, что является доказательством эффективности заявляемого способа.

1. Способ определения координат подвижных наземных объектов, заключающийся в следующем:
- в производственных лабораторных условиях при использовании трехкоординатного поворотного стенда производят настройку блоков датчиков магнитного поля и линейного ускорения по осям приборной системы координат, полученные в результате настройки соответствующие значения проекции вектора магнитного поля Нх и Ну на оси приборной системы координат, а также соответствующие значения проекции векторов линейного ускорения Ах и Ау на оси приборной системы координат используют для получения значения проекции вектора действующего магнитного поля Нb на оси приборной системы координат, с образованием магнитного годографа в форме идеального круга с центром в пункте начала приборной системы координат при любой угловой ориентации, при этом определяют фиксированное значение величины проекции исходного вектора магнитного поля Нb0;
- в калибровочном цикле осуществляют разворот подвижного объекта (ПО) и определяют контрольные значения горизонтальных проекций суммарного вектора напряженности магнитного поля Земли (МПЗ) и магнитного поля объекта в четырех точках годографа горизонтальной составляющей магнитного поля, которые используют для формирования таблицы корректирующих коэффициентов, обеспечивающих симметрию магнитного годографа относительно осей приборной системы координат, при этом учитывают корректирующие и настроечные коэффициенты, полученные при производственной лабораторной настройке; в процессе проведения калибровочного цикла производят калибровочный проезд по замкнутому маршруту произвольной формы с длиной траектории не менее 4 км с обеспечением приема параметров спутниковой навигации на всем протяжении маршрута, в результате чего получают корректирующие коэффициенты, обеспечивающие компенсацию побочных магнитных полей и коррекцию ошибки угловой ориентации (угла направления движения), в которой учтены действующее магнитное склонение для данной местности и ошибка соосности ориентировки выше указанных блоков датчиков относительно продольной оси транспортного средства, а также коэффициент, компенсирующий погрешность величины перемещения подвижного объекта;
- в каждом рабочем цикле измеряют значения горизонтальных проекций ускорения силы тяжести и проекции суммарного вектора напряженности МПЗ на оси приборной системы координат, при этом осуществляют фильтрацию показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения с устранением шумов преобразования, а также компенсацию влияния внешних воздействующих факторов, в том числе осуществляют коррекцию показаний датчиков, вследствие неортогональности осей чувствительности, и технологических допусков конструкции;
- по результату анализа отклонения измеряемых значений проекции магнитного поля от значений, полученных в условиях лабораторной настройки, а также по величине отклонения значения Нb от значения Нb0, из таблицы корректирующих коэффициентов выбирают соответствующие значения корректирующих коэффициентов, которые используют для компенсации влияния побочных магнитных полей в измеряемых значениях проекций магнитного поля в следующем рабочем цикле измерений;
- по величине отклонения значения Нb от Нb0, а также по изменению значений Нх и Ну относительно предыдущего измеряемого цикла, определяют знак коррекции и корректируют коэффициенты, хранящиеся в таблице корректирующих коэффициентов, на шаг с минимальной определенной дискретностью коррекции, и с учетом определенного знака, а также по значению величины изменения поправки угла направления, определяют знак коррекции и корректируют величину, учитывающую коэффициент масштабирования значений по осям проекции приборной системы координат на шаг с минимальной определенной дискретностью коррекции с учетом определенного знака;
- в каждом рабочем цикле производят измерение расстояния, пройденного объектом за время измерения, расчет параметров угловой ориентации объекта - дирекционного угла направления и углов наклона объекта при движении, а также расчет координат местоположения объекта с учетом пройденного расстояния и направления ориентации объекта;
- во время движения при наличии приема спутниковой навигации на основе рассчитанных параметров системы - дирекционных углов, углов наклонов, пройденных расстояний, координат местоположения, производят коррекцию пройденного расстояния, вычисляемого дирекционного угла и уточнение относительных координат перемещения, рассчитанных относительно координат исходной точки начала движения, для компенсации ошибки, возникшей при длительном отсутствии приема параметров спутниковой навигации;
- во время движения при наличии приема параметров спутниковой навигации осуществляют анализ изменения направления движения объекта и анализ изменения поправочного коэффициента дирекционного угла направления, по результату анализа производят дополнительную коррекцию корректирующих коэффициентов.

2. Способ по п.1, в котором дополнительно во время движения объекта оценивают "дребезг" переключений и проводят анализ длительности переключения фаз сигнала по времени.

3. Способ по п.1, в котором дополнительно в процессе движения проводят информационный обмен с внешним вычислительным устройством, позволяющий снимать и запоминать характеристики движения объекта, в том числе траекторию, в реальном времени для дальнейшего анализа движения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам контроля навигационных параметров мобильных средств навигации и топопривязки в процессе проведения различных видов испытаний и контрольных выверок аппаратуры при ее эксплуатации.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к коррекции угловых параметров (углов азимута, крена, тангажа), определяемых инерциальной навигационной системой наземного транспортного средства, для их учета в процессе проведения топогеодезических измерений.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам функционирования мобильных комплексов навигации и топопривязки в условиях боевого применения, и может быть использовано для решения задач топогеодезической подготовки боевых действий ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к средствам навигации для настройки аудиовозможностей навигатора в функции от навигационной обстановки.

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения, а именно к приборам для измерения векторов линейного ускорения или угловой скорости. .

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в навигационных устройствах для настройки формы отображения навигационной обстановки на экране монитора.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах ориентации подвижных объектов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах навигации подвижных объектов - в беспилотных летательных аппаратах, в автопилотах авиа- и судомоделей и мобильных комплексах авианаблюдений за морскими, воздушными и наземными объектами.

Изобретение относится к области корректируемых по информации от навигационных спутников гироскопических систем навигации морских объектов. .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения азимута, например, в высокоточных системах различного назначения. .

Изобретение относится к измерительной технике в гироскопических системах ориентации и навигации подвижных объектов различных типов и может быть использовано для малогабаритных морских и наземных объектов

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в автоматизированной системе управления войсками при управлении движением разнотипных транспортных средств по пересеченной местности

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке платформенных и бесплатформенных инерциальных навигационных систем управления (ИНС) для наведения доводочных ступеней (ДС) различного назначения

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения местоположения и посадки воздушного судна

Изобретение относится к внутрикабинным приборам электронной индикации информации параметров летательного аппарата, бортового оборудования, радиолокационной обстановки

Изобретение относится к высокоточным астроинерциальным навигационным системам

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах управления подвижными объектами

Изобретение относится к области контроля движения, в частности скорости, автотранспортных средств на участках автодорог населенного пункта с целью выбора оптимального маршрута

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в приборах для определения координат подвижных наземных объектов

Наверх