Система и способ определения положения gps-устройства

Авторы патента:


Система и способ определения положения gps-устройства
Система и способ определения положения gps-устройства
Система и способ определения положения gps-устройства
Система и способ определения положения gps-устройства
Система и способ определения положения gps-устройства
Система и способ определения положения gps-устройства
Система и способ определения положения gps-устройства
Система и способ определения положения gps-устройства

 


Владельцы патента RU 2448346:

КОНКРЭЙНС ФИНЛЭНД ОИ (FI)

Предложены система и способ определения положения GPS устройства из возможных заранее известных положений (8). На основании известных положений (2) видимых GPS спутников (1) и возможных заранее известных положений (8) система вычисляет теоретические дальности (10) и/или разности дальностей между каждым спутником и каждым возможным положением. Для выбора правильного положения из возможных заранее известных положений указанные дальности сравнивают с измеренными GPS устройством дальностями между GPS антенной и каждым GPS спутником. Кроме того, представлены система и способ идентификации заданных контейнерных площадок на грузовом складе. Достигаемый технический результат изобретения - повышение точности определения положения GPS устройства. 3 н. и 5 з.п ф-лы, 7 ил.

 

В традиционной GPS технологии и, в частности, в навигационном GPS устройстве (5) важной задачей является определение положения GPS антенны (3) в трехмерном пространстве. При этом предполагается, что GPS антенна (3) может быть установлена в любом месте. Новое изобретение предлагает улучшенный способ использования системы GPS и GPS устройства (5) с целью выбора положения GPS антенны (3) из множества возможных заранее известных положений (8). При этом предполагается, что GPS антенна (3) может быть установлена не в любом месте, а только вблизи одного из заданных положений (8).

Систему по настоящему изобретению можно использовать в особенности в контейнерных портах, контейнерных терминалах, на площадках парковки автотранспорта, на складах открытого хранения или в любых других местах, где обрабатывают и хранят различные смешанные грузы, например контейнеры (12), паллеты, легковые автомобили, например на площадках (15) для хранения контейнеров, складах хранения паллет или площадках стоянки автотранспорта.

Когда целью ставится выбор положения GPS антенны (3) из множества возможных заранее известных положений (8), согласно традиционному способу, как показано на фиг.2А, действуют следующим образом: на этапе А GPS приемник (5) определяет положения (2) спутников (1) и получает путем измерения данные (6) о дальности между спутниками (1) и GPS антенной (3), как показано на фиг.1. Вследствие ограничений, связанных с аппаратной частью, количество спутников, сигналы от которых принимает GPS приемник (5), обычно составляет от 5 до 10, как правило, максимум 12 спутников.

Получение данных (6) о дальности описано ниже в объеме, необходимом для раскрытия изобретения. Из уровня техники известно, что дальность (6) может быть определена в двух видах: как псевдодальность, вычисленная на основании измеренного времени прохождения радиосигнала, и как накопленная доплеровская дальность, кумулятивно рассчитанная по измеренной фазе несущей волны радиосигнала. Кроме того, высококачественные GPS приемники (5) получают путем измерения оба набора данных о дальности на двух разных частотах (L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц). Фактически данные (6) о дальности в каждый момент времени содержат по четыре блока данных по каждому спутнику (1).

Измерение времени прохождения радиосигнала для определения псевдодальности происходит следующим образом. GPS спутник (1) передает радиосообщения через равные интервалы времени. После передачи сообщения спутник (1) по собственным часам определяет текущее время передачи сообщения и присоединяет эту информацию к сообщению. После получения радиосообщения GPS приемник (5) по собственным часам определяет текущее время получения сообщения. В заключение GPS приемник (5) вычисляет разницу между временем получения сообщения и временем его передачи, указанным в самом сообщении, и таким образом вычисляет так называемое мнимое (псевдо) время прохождения радиосигнала. В конце концов, зная время прохождения радиосигнала, определяют (псевдо)дальность, принимая скорость прохождения радиосигнала равной скорости света.

Измерение накопленной доплеровской дальности происходит следующим образом: GPS приемник (5) измеряет фазу (L1 или L2) несущей волны GPS сигнала. При увеличении фазы на один период (360°) приемник распознает, что дальность между спутником (1) и GPS антенной (3) увеличилась на один период длины несущей волны радиосигнала (L1=19,0 см или L2=24,4 см). Таким образом, GPS приемник (5) отслеживает накопленный фазовый сдвиг и точно измеряет изменение дальности.

Псевдодальность представляет собой сравнительно зашумленное измерение, содержащее помехи, достигающие десятков сантиметров, тогда как помехи при измерении доплеровской дальности невелики и составляют миллиметры, поэтому на практике расчет положения зачастую производят совместно используя данные о дальности, полученные путем измерения псевдодальности и доплеровской дальности. Однако несмотря на то что изменения доплеровской дальности от одного момента времени к другому измеряются чрезвычайно точно, измерение по этому методу содержит неизвестную константу, представляющую собой начальное значение доплеровской дальности. По этой причине, как известно, обычно объединяют псевдодальность и доплеровскую дальность таким образом, чтобы изменения доплеровской дальности обеспечивали фильтрацию зашумленного измерения псевдодальности, то есть сглаживание фазы несущей волны радиосигнала.

Указанные данные (6) о дальности используют применительно к любой информации о дальности, полученной вышеописанным способом, и характеризующей дальность или расстояние между указанным спутником (1) и GPS антенной (3).

Далее в объеме, необходимом для раскрытия изобретения, предлагается описание факторов, вызывающих систематические погрешности измерения дальности (6). Как измерение псевдодальности, так и измерение доплеровской дальности включает одинаковую по величине ошибку измерения, вызванную погрешностью в работе часов GPS приемника (5). К тому же указанная ошибка является одинаковой для всех спутников, поскольку речь идет об ошибке, возникающей в GPS приемнике (5). Кроме того, атмосфера также вносит погрешность измерения дальности, поскольку скорость распространения радиосигнала в атмосфере, строго говоря, не равна скорости света. Известно, что ошибка, имеющя место в тропосфере, одинаково влияет как на измерение псевдодальности, так и на измерение доплеровской дальности. С другой стороны, ошибки, возникающие в ионосфере при измерении псевдодальности и доплеровской дальности, имеют одинаковую величину, но противоположные знаки. Погрешности измерения, вызываемые влиянием атмосферы, различны для разных спутников, поскольку отличаются расстояния, проходимые радиосигналами в атмосфере.

Кроме того, ошибка возникает и при определении положения (2) спутников (1). В действительности спутник (1) находится в положении (2'), которое отличается от измеренного положения (2). И наконец, существует ошибка в работе часов спутника. Однако при измерениях указанная ошибка обычно оказывается точно такой же, как и ошибка положения спутника, поэтому обычно обе эти ошибки обрабатывают совместно.

На этапе В, как показано на фиг.2А, данные о положении (2) спутников (1), а также данные измерения дальности (6) между спутниками (1) и GPS антенной (3), используют для вычисления расчетного положения (4) GPS антенны (3), которое вследствие вышеуказанных погрешностей измерения не обязательно точно совпадает с истинным положением (4) GPS антенны (3). Наименьшее количество спутников (1), необходимое для расчета положения (4) GPS антенны (3), по существу равно четырем.

С целью исключения ошибки, являющейся следствием неправильной работы часов GPS приемника (5), расчет положения (4) обычно выполняют с использованием так называемой разности дальностей. Обозначим отдельное измерение дальности (6) как pi, которое представляет собой измеренное расстояние от i-го спутника до GPS антенны (3). Как указано выше, pi зачастую является сочетанием псевдодальности и доплеровской дальности. Спутник i=r выбирают в качестве так называемого опорного спутника, после чего вычисляют разность дальностей dpi для всех других спутников по формуле:

dpi=(pi-pr) для всех i=r,

В вычисленной таким способом разности дальностей больше нет ошибки в работе часов GPS приемника (5). Известно, что при определении положения (4) GPS антенны (3) с использованием разности дальностей dpi влияние ошибки в работе часов GPS приемника (5) исключено.

С целью дальнейшего повышения точности в определении положения (4) GPS антенны (3) также часто используют второе GPS устройство (5b) и присоединенную к нему вторую GPS антенну (3b), которую устанавливают в стационарном, заранее известном месте (4b). В этом случае определению положения (4) GPS антенны (3) будет способствовать использование измерений дальности (6b) между спутниками (1) и стационарной GPS антенной (3b), а также данных о положении (4b) стационарной GPS антенны (3b). Наборы данных (6b) и (4b) обычно передают от GPS устройства (5b) на GPS устройство (5), как показано на фиг.1 с использованием радиопередающей аппаратуры (7).

Далее в объеме, необходимом для раскрытия изобретения, рассмотрено совместное использование наборов данных (6) и (6b). Обозначим разность дальностей, вычисленную при помощи GPS устройства (5) как (R - полевой приемник), а разность дальностей, вычисленную точно таким же способом при помощи GPS устройства (5b), как (В - база), где i - номер конкретного спутника. Благодаря тому, что данные (6b) передают на GPS устройство (5) с использованием радиопередающей аппаратуры (7), обе разности дальностей могут быть обработаны GPS устройством (5). Известно, что для уменьшения влияния ошибок, являющихся следствием атмосферных волнений, неправильного положения спутников, а также ошибок в работе часов спутников на расчет положения (4) GPS антенны (3), GPS устройство (5) обычно вычисляет двойную разность дальностей ddpi (метод двойных разностей) по следующей формуле:

для всех i≠r.

Очевидно, что указанные двойные разности дальностей могут быть вычислены для тех спутников, которые видны одновременно обоим GPS устройствам (5) и (5b).

Поскольку GPS антенны (3) и (3b) зачастую бывают расположены довольно близко друг к другу, например, на расстоянии от 1 до 10 километров, влияние большей части создаваемых атмосферой ошибок на устройства (5) и (5b) идентично и исключается из разности. Соответственно положение (4) GPS антенны (3) вычисляют с использованием двойной разности дальностей ddpi и таким образом уменьшают влияние ошибок на расчет. Однако необходимо отметить, что рассматриваемый способ не исключает ошибки полностью, так что расчетное положение (4) GPS антенны (3) тем не менее может отличаться от истинного положения (4') на несколько метров, как показано на фиг.3.

По традиционному способу вычисление положения (4) осуществляют GPS устройством (5), которое выдает конечному пользователю данные о положении (4) GPS антенны (3), например, в формате стандартного «GPGGA» сообщения. Наиболее часто данные о положении (4) GPS антенны (3) выражены в угловых географических координатах в виде широты и долготы, а также в виде расстояния от уровня земли (высоты). Однако указанные координаты с помощью общеизвестных формул могут быть преобразованы в координаты xyz в прямоугольной системе координат.

Согласно традиционному способу на этапе С, как показано на фиг.2А, после окончательного определения положения (4) GPS антенны (3) указанное положение (4) сравнивают с возможными заранее известными положениями (8) GPS антенны (3). Сравнение обычно производят путем вычисления расстояний Dj (9) между положением (4) и каждым возможным положением (8)

GPS антенны (3), как показано на фиг.3. Указанные расстояния могут быть вычислены по формуле:

где xA, yA и zA - координаты расчетного положения (4) GPS антенны (3), a , и - координаты некоторого отдельного возможного положения j.

После этого выбирают положение (8), наиболее близкое к вычисленному положению (4) GPS антенны (3), то есть положение, соответствующее наименьшему значению Dj.

Главным недостатком способа является то, что при преобразовании на этапе В данных о положении (2) спутников (1) об измеренных дальностях (6) (и возможно (6b)), а также об известном положении (4b) в данные положения (4) GPS антенны (3) теряется большое количество информации. Информация теряется из-за того, что GPS приемник (5), как правило, способен видеть такое количество спутников (1), которое позволяет GPS приемнику (5) рассчитать большое количество возможных положений GPS антенны (3), но на практике он предоставляет конечному пользователю только средневзвешенное значение положения (4) GPS антенны (3).

Далее в объеме, необходимом для раскрытия изобретения, рассмотрим, как рассчитывают усредненное положение (4). Для специалиста очевидно, что зная три двойные разности ddpi, а также положения спутников, можно определить единственное положение GPS антенны (3). Такой расчет обычно производится решением системы линейных уравнений из трех уравнений с тремя неизвестными. Однако поскольку зачастую количество наблюдаемых спутников (1) больше четырех, количество двойных разностей ddpi будет больше трех, в результате чего получим систему линейных уравнений более чем из трех уравнений с тремя неизвестными. Известно, что такую систему уравнений обычно решают так называемым методом наименьших квадратов, благодаря которому возможно выбрать такое положение (4) GPS антенны (3), при котором средневзвешенная сумма квадратов разностей будет минимальной.

Как указано выше, такое усреднение приводит к потере большого объема исходной информации. Зачастую это приводит к тому, что при сравнении данных о положении (4) GPS антенны (3) и наборов данных о возможных положениях (8) невозможно с большой уверенностью сказать, выбрано ли правильное положение из возможных заранее известных положений (8). Напротив, из-за погрешностей измерения скорее всего будет выбрано как раз ошибочное положение.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С целью устранения указанного недостатка настоящее изобретение предлагает способ, обеспечивающий выбор правильного положения из множества возможных заранее известных положений (8), согласно которому вместо этапа В и этапа С выполняют новые этапы, этап D и этап Е, как показано на фиг.2, что позволяет полностью исключить нежелательный промежуточный этап В.

Способ согласно настоящему изобретению заключается в том, что он включает выполнение этапа А традиционным способом, как показано на фиг.2В, т.е. GPS приемник (5) определяет положения (2) спутников (1) и измеряет дальность (6) между спутниками (1) и GPS антенной (3).

После этого следует выполнение этапа D, на котором вычисляют теоретическую дальность (10) между положением каждого спутника (1) и каждым возможным положением (8) GPS антенны (3), как показано на фиг.4. Указанная теоретическая дальность может быть вычислена, например, по формуле:

где , и - координаты положения i-го спутника, a , и - координаты i-го конкретного возможного положения (8) GPS-антенны (3).

Следует отметить, что обычный GPS приемник (5) не только не выполняет этап D, но даже и не способен его выполнить, поскольку он не получает информацию о возможных положениях (8) GPS антенны (3). Обычный GPS приемник (5) определяет положение (4) GPS антенны (3), совершенно не зная о существовании других возможных положений (8).

В заключение, согласно одному варианту осуществления изобретения, этап Е, как показано на фиг.2В, включает сравнение теоретической дальности (10) с измеренной дальностью (6) для проверки совпадения результатов. Как указано выше, рекомендуется вычислять разность дальностей dpi на основании данных о дальности (6). Затем для сравнения производят расчет соответствующей теоретической разности дальностей , используя тот же самый опорный спутник i=r, что и при вычислении значений dpi, по формуле:

После этого для каждого возможного положения j (8) определяют сумму ошибки σj (11), которая показывает степень соответствия между теоретической дальности (10) различных спутников и измеренной дальностью (6). Для определения соответствия можно использовать, например, сумму ошибки σj (11), как показано на фиг.4, вычисляемую по формуле:

где, как указано выше, - разность дальностей, вычисленная GPS устройством (5), a wi - весовой коэффициент, с помощью которого может быть точно выражена требуемая достоверность результатов измерения положения i-го спутника. В итоге выбирают одно из возможных положений (8), которое имеет наименьшую сумму ошибки (11).

Кроме того, благодаря использованию еще одного, второго GPS устройства (5б) и присоединенной к нему второй GPS антенны (3б), установленной в стационарном, заранее известном месте (4b), можно дополнительно повысить точность данного способа. Для этого изобретение также включает использование измеренных дальностей (6b) между спутниками (1) и стационарной GPS антенной (3b), а также набора данных о положении (4b) стационарной GPS антенны (3b), и к тому же вычисление теоретических дальностей (10b) между спутниками (1) и стационарной GPS антенной (3b), как показано на фиг.4.

Указанная теоретическая дальность или расстояние по каждому спутнику (1) может быть вычислена, например, по формуле:

где , и - координаты положения 1-го спутника, а координаты xB, yB, zB - относятся к положению (4b) GPS антенны (3b), присоединенной к GPS устройству (5b).

После этого сравнивают теоретические дальности (10) и (10b) с измеренными дальностями (6) и (6b) для проверки соответствия результатов. Наборы данных (6b) и (4b) снова могут быть переданы с использованием радиопередающей аппаратуры (7) от GPS устройства (5b) на новое устройство согласно настоящему изобретению, которое соответствует GPS устройству (5), но которое обеспечивает выполнение расчетов в соответствии с настоящим изобретением, а также содержит специальную базу данных в виде плана, содержащую географические координаты всех возможных положений (8). Для каждого возможного положения j GPS антенны (3) снова определяют соответствующую сумму ошибки σj (11), как показано на фиг.4, путем вычисления следующих величин:

где ddpi - двойная разность дальностей, рассчитанная на основании дальностей (6) и (6b), а wi - весовой коэффициент, с помощью которого при необходимости может быть точно выражена достоверность результатов измерения положения i-го спутника.

В конце концов выбирают одно из возможных положений j (8), которое имеет наименьшую сумму ошибки σj (11).

Благодаря указанному новому способу определения положения (4) GPS-антенны (3) исключается выполнение этапа В традиционного способа, который является лишним и нежелательным промежуточным этапом, приводящим к потере большого объема исходной информации. При проверке точности выявлено, что благодаря использованию нового способа обеспечивается уменьшение количества ошибок почти в сто раз по сравнению с традиционным способом, следовательно, новый способ дает неоспоримое преимущество.

Далее более конкретно рассмотрена работа контейнерного порта или внутреннего контейнерного терминала.

В контейнерном порту или на контейнерном терминале контейнеры (12) перемещают с помощью различных погрузочно-разгрузочных механизмов (13), например контейнеровозов-погрузчиков, вилочных автопогрузчиков или мобильных портальных кранов (RTG, RMG) от портового крана, автомашины или железнодорожного вагона на места хранения на контейнерном складе (14), далее именуемые контейнерными площадками (15).

Контейнерные площадки обычно размечают на земле краской или специальным покрытием, в результате чего положение контейнеров в морском порту остается неизменным. Для обеспечения возможности работы погрузочно-разгрузочных механизмов (13) между контейнерами контейнерный склад (14) обычно разделен на ряды и штабельные места или на прямоугольные контейнерные площадки (15), как показано на фиг.5.

На контейнерных площадках (15) можно разместить несколько контейнеров (12), устанавливая их один на другой в штабели высотой от двух контейнеров (в особенности при погрузке-разгрузке контейнеровозом-погрузчиком), обычно до шести контейнеров (в особенности, при погрузке-разгрузке мобильным портальным краном). Разгруженные, то есть пустые, а следовательно, легкие контейнеры (12) можно складывать в штабели высотой до восьми контейнеров (в особенности при погрузке-разгрузке вилочным автопогрузчиком).

Соответственно когда снова потребуется контейнер (12), погрузочно-разгрузочные механизмы (13) забирают контейнеры (12) с контейнерных площадок (15) на контейнерных складах (14) и перемещают их к портальному крану, автомашине или железнодорожному вагону. Каждый контейнер (12) снабжен особым идентификационным номером (19), чтобы отличать его от других.

Для специалиста является очевидным, что положение (16) центра каждой контейнерной площадки (15) на земле может быть выражено в виде xyz - координат, например в метрах (или просто в виде xy-координат, если данные по высоте не требуются) в произвольно выбранной системе координат на территории морского порта. Далее для определенности предположим, что координата z направлена вверх, перпендикулярно поверхности земли в данном месте. Координата z положения (16) контейнерной площадки (15) требуется всякий раз, когда необходимо знать разброс координат из-за неровности поверхности на территории морского порта. Далее будем использовать следующие обозначения:

(16xy) = координаты контейнерной площадки в горизонтальной плоскости без z-координаты, а также

(16) = полные трехмерные данные о положении контейнерной площадки.

Географические координаты (16) всех контейнерных площадок (15) могут храниться в специальной базе данных (17) в виде плана, как показано на фиг.5. При доставке контейнера (12) погрузочно-разгрузочным механизмом (13) на отдельную контейнерную площадку (15) положение этого контейнера будет храниться в памяти информационной системы (18) морского порта или терминала (TOS=операционной системы терминала), чтобы позже быстро найти его и забрать. Известно, что это может быть осуществлено, например, хранением данных (16) о положении соответствующей контейнерной площадки (15), на которой оставлен контейнер (12) на хранение, вместе с идентификационным номером (19) контейнера в информационной системе (18) терминала морского порта, как показано на фиг.6. На практике информация, которая хранится в информационной системе (18), зачастую представляет собой не географические координаты (16), а собственный идентификатор контейнерной площадки (15), который, тем не менее, может быть определен непосредственно на основании данных (16) о положении контейнерной площадки, например, с использованием таблицы.

Целью настоящего изобретения является создание способа, с помощью которого можно лучше, нежели известными способами, определить конкретную площадку (15а) для размещения контейнера (12) на хранение или с которой этот контейнер забирают. Для исключения ввода ложной информации в информационную систему (18) терминала, что в худшем случае может привести к ошибочному размещению контейнера (12) и потере времени на его поиск, важной является способность системы точно определять положение контейнерной площадки. В особенности это становится важным в процессе погрузки судна, когда работа морского порта должна протекать эффективно и без задержки.

Известно, что для определения конкретной контейнерной площадки (15а) для хранения или забора контейнера (12) погрузочно-разгрузочное устройство (13) может быть оборудовано специальной спутниковой антенной или GPS антенной (3), а также GPS приемником (5) для определения положения погрузочно-разгрузочного устройства (13), как показано на фиг.7. Основная цель заключается в размещении GPS антенны (3) точно в верхней центральной точке траверсы погрузочно-разгрузочного механизма, в результате чего горизонтальные xy-координаты GPS антенны (3) совпадают с горизонтальными xy-координатами центральной точки транспортируемого контейнера (12). Далее будем использовать следующие обозначения:

(4xy) = координаты положения GPS антенны в горизонтальной плоскости без z-координаты, а

(4) = полные данные положения GPS антенны.

Известно, что контейнер (12) считается установленным на одной из заданных контейнерных площадок (15) с момента открытия так называемых поворотных замков для фиксации контейнера, являющихся частью траверсы погрузочно-разгрузочного механизма (13). Одновременно считывая данные (4) о положении GPS антенны (3), вычисленные GPS приемником (5), можно предположить, что координаты (4ху) данных о положении (4) GPS антенны (3) в горизонтальной плоскости без z-координаты довольно точно совпадают с горизонтальным положением контейнера (12), установленного на хранение на контейнерном складе.

Соответственно, контейнер (12) считают забранным с контейнерной площадки (15) с момента закрытия так называемых поворотных замков для фиксации контейнера, являющихся частью траверсы погрузочно-разгрузочного механизма (13). Одновременно считывая данные (4) о положении GPS антенны (3), вычисленные GPS приемником (5), можно предположить, что координаты (4xy) данных о положении (4) GPS антенны в горизонтальной плоскости без z-координаты довольно точно совпадают с горизонтальным положением извлекаемого контейнера (12) на контейнерном складе.

После этого, согласно традиционному способу, сравнивают измеренное (4xy) положение GPS антенны в горизонтальной плоскости без z-координаты с положениями (16xy) всех возможных контейнерных площадок (15) в горизонтальной плоскости без z-координаты на плане, содержащемся в базе данных (17), и используют это сравнение для выбора контейнерной площадки (15), имеющей координаты (16xy), наиболее близкие к положению (4xy), измеренному GPS устройством (5).

Если по какой-либо причине GPS антенна (3) не может быть установлена непосредственно над центром траверсы, известно тем не менее, что можно косвенно рассчитать расчетное положение центра контейнера (12) в момент его установки или забора, поскольку в момент погрузки известна ориентация, в особенности направление движения погрузочно-разгрузочного механизма (13).

Общеизвестной и серьезной проблемой является то, что сигналы, измеренные GPS приемником (5), содержат шумы, вследствие чего данные (4) о положении GPS-антенны (3), вычисленные GPS приемником (5), не обязательно совпадают с истинным положением (4') GPS антенны (3). Возможно по этой причине и, к сожалению, довольно часто выбранная контейнерная площадка (15) в итоге оказывается не истинной площадкой (15а), а ошибочной, чаще всего соседней площадкой (15b). В результате информационная система (18) получает ошибочные данные о контейнерной площадке (15b). Благодаря настоящему изобретению обеспечено значительное повышение надежности в идентификации истинной контейнерной площадки (15а) и, следовательно, устранен серьезный недостаток известных способов.

Далее рассмотрено отличие настоящего изобретения от традиционного способа, в частности на примере его использования в контейнерном порту.

Согласно традиционному способу установку GPS устройства для идентификации истинной контейнерной площадки (15а) осуществляют по следующему правилу: как указано выше, на этапе А GPS приемник (5) определяет положения (2) спутников (1), а также измеряет дальность (6) между спутниками (1) и GPS антенной (3).

На этапе В данные положения (2) спутников (1), а также измерения дальности (6) от спутников (1) до GPS антенны (3) используют для вычисления данных о положении (4) GPS антенны (3). Как известно, для повышения точности определения положения (4) GPS антенны (3) рекомендуется использовать второе GPS устройство (5b) и вторую GPS антенну (3b), причем указанную антенну устанавливают в стационарном, заранее известном месте (4b), как указано выше.

После того как данные (4) о положении GPS антенны (3) определены, на этапе С их сравнивают с данными (16) о положении контейнерных площадок (15) на контейнерном складе (14). Для этого обычно сравнивают между собой наборы данных (4xy) и (16xy) о положении в горизонтальной плоскости. После этого выбирают конкретную контейнерную площадку (15), данные (16xy) о положении которой наиболее близки к указанным данным (4xy) о положении GPS антенны (3). Затем принимают решение на основании расстояния между данными (16xy) о положении контейнерной площадки (15) и данными (4xy) о положении GPS антенны (3).

Основным недостатком этого способа является то, что после преобразования на этапе В данных (2) о положении спутников (1), измеренных данных (6) о дальности, а также возможно измеренных данных (6b) о дальности и известного положения (4b), в данные (4) о положении GPS антенны (3) теряется большое количество информации. В результате это приводит к тому, что из сравнения данных (4) о положении GPS антенны (3) и данных (16) о положении контейнерных площадок (15) из-за погрешностей измерения невозможно с большой уверенностью сказать, какая контейнерная площадка выбрана - истинная (15а) или ошибочная (15b). С целью устранения указанного недостатка предлагается новое изобретение, согласно которому для идентификации истинной контейнерной площадки (15а), после этапа А выполняют этап D, на котором определяют теоретическую дальность (10) или расстояние между данными (2) о положении каждого спутника (1) и положением (16*) GPS антенны (3), соответствующим положению (16) каждой возможной контейнерной площадки (15), как показано на фиг.7. Цель заключается в обеспечении такой установки, при которой GPS антенна (3), установленная на погрузочно-разгрузочном механизме (13), остается на заданной высоте (Н) от уровня земли таким образом, чтобы данные (16*) о положении GPS антенны (3), соответствующие данным (16) (x,y,z) о положении контейнерной площадки (15), имели вид (х, y, z+H).

После этого как указано выше, на этапе Е сравнивают теоретические дальности (10) с измеренными дальностями (6) для проверки соответствия результатов. В итоге выбирают контейнерную площадку (15), которая имеет наименьшую сумму ошибки (11).

Для повышения точности способа рекомендуется использовать второе GPS устройство (5b), а также стационарную GPS антенну (3b), как указано выше.

Благодаря указанному способу удается исключить выполнение этапа В традиционного способа, т.е. вычисление данных (4) о положении GPS антенны, который является лишним и нежелательным промежуточным этапом, который приводит к потере большого объема исходной информации.

Проверка точности систем измерения показывает, что при использовании известного способа, согласно которому контейнерную площадку выбирают на основании вычисленного положения (4) GPS антенны (3), не используя предлагаемый способ и вышеуказанную сумму ошибки (11), количество ошибок по известному способу примерно в 100 раз превышает количество ошибок по настоящему изобретению.

Способ является новым и инновационным по той причине, что все без исключения обычные, имеющиеся на рынке GPS приемники (5) вычисляют данные (4) положения GPS антенны (3) и выдают эту информацию конечному пользователю для определения положения. Все известные системы, применяемые для поиска контейнеров, используют полученные данные (4) положения GPS антенны (3).

Указанный способ является инновационным еще и потому, что более чем за 15 лет использования GPS системы для контейнеров ни разу не был использован способ согласно настоящему изобретению, несмотря на тот факт, что данный способ обеспечивает стократное увеличение достоверности идентификации истинной контейнерной площадки (15а). Способ является инновационным еще и потому, что, при необходимости, несколько промышленных GPS приемников (5) обеспечивают конечного пользователя данными (2) о положении спутников (1), а также измеренными данными о дальности (6), при этом отсутствуют какие-либо принципиальные препятствия для технической реализации указанного способа.

Список чертежей

На фиг.1 показана типовая измерительная GPS система, в которой используется обычное GPS устройство (5) для определения положения (4) GPS антенны (3) путем измерения дальности (6) от спутников (1) до GPS антенны (3). Для повышения точности также часто используют второй GPS приемник (5b), GPS антенна (3b) которого установлена в стационарном известном месте (4b). GPS приемник (5b) также используют для измерения дальности (6b) от спутников (1) до GPS антенны (3b). GPS приемник (5b) передает наборы данных (6b) и (4b) на приемник (5) обычно по радиосвязи (7). Также GPS устройства могут определять положения (2) спутников (1).

На фиг.2 проиллюстрировано отличие нового способа по настоящему изобретению, как показано на фиг.2В, от традиционного способа, как показано на фиг.2А. На этапе А оба способа определяют положения (2) спутников (1), а также измеряют дальность (6) между спутниками (1) и GPS антенной (3). Для повышения точности оба способа могут определять также измеренные дальности (6b) между спутниками (1) и стационарной GPS антенной (3b), стационарное положение (4b) которой также необходимо знать для использования этой информации.

На фиг.2А проиллюстрирован этап В, при выполнении которого традиционным способом вычисляют положение (4) GPS антенны (3). Поскольку на этапе В теряется большой объем данных измерений, применение традиционного способа ограничено. После этого на этапе С по традиционному способу выбирают положение GPS антенны (3) из множества заранее известных положений (8).

На фиг.2В показан этап D, при выполнении которого новым способом согласно настоящему изобретению рассчитывают теоретические дальности (10), соответствующие каждому возможному положению (8) GPS-антенны (3), а для повышения точности также возможно и дальности (10b) до спутников (1).

После этого, на этапе Е новым способом по настоящему изобретению сравнивают теоретические дальности (10), а также дальности (10b) с измеренными дальностью (6) и, возможно, дальностью (6b), и таким образом выбирают положение GPS антенны (3) из множества заранее известных положений (8).

На фиг.3 показан принцип выбора положения GPS антенны (3) из множества заранее известных положений (8) по традиционному способу на этапе С. Традиционный способ заключается в вычислении расстояния Dj (9) между расчетными данными (xA, yA, zA) (4) положения GPS антенны (3) и каждым возможным положением (, , ) (8) GPS антенны (3). В результате выбирают положение (8), которому соответствует наименьшее расстояние Dj (9). Расчетное положение (4) GPS антенны (3) не обязательно совпадает с ее истинным положением (4'), в результате чего традиционный способ зачастую приводит к выбору ошибочного положения (8).

На фиг.4 показан принцип выбора положения GPS антенны (3) из множества возможных заранее известных положений (8) по новому способу. Новый способ заключается в вычислении на этапе D теоретических дальностей (10) от положений (, , и ) (2) спутников (1) до каждого возможного положения (8) GPS-антенны (3). Для повышения точности можно также рассчитать дальности (10b) от положений (2) спутников (1) до положения (xB, yB, zB) (4b) стационарной GPS антенны (3b). На этапе Е выполняют расчет суммы ошибки σj (11) каждого возможного положения (8) GPS антенны (3), которая показывает уровень соответствия теоретических дальностей (10) и возможно (10b) с измеренными дальностями (6) и возможно (6b). В итоге выбирают положение (8) с наименьшей суммой ошибки σj.

На фиг.5 оказана типовая схема контейнерного склада (14) с контейнерными площадками (15), расположенными рядами с промежутками. Координаты (16) центра каждой контейнерной площадки (15), находящегося на поверхности земли, хранятся в базе данных (17), соответствующей плану.

На фиг.6 показана упрощенная структурная схема операционной системы терминала (TOS) (18). В этой системе хранятся идентификационные номера (19) контейнеров (12), которые на настоящий момент находятся на терминале, а также данные (16) о положении контейнеров в реальном времени или собственные идентификаторы, которые могут быть получены на основании данных (16) или (15).

На фиг.7 показана работа системы позиционирования GPS в процессе забора или установки контейнера (12). При заборе или установке контейнера (12) погрузочно-разгрузочным механизмом (13) положение (4) GPS антенны (3) определяют традиционным способом. При этом предполагается, что xy-координаты (4xy) положения (4) соответствуют xy-координатам (16xy) центра соответствующей контейнерной площадки (15а). Однако если при определении положения (4) GPS антенны (3) в вычислениях GPS допущена существенная ошибка, возникает опасность выбора ошибочной контейнерной площадки (15b).

Кроме того, согласно изобретению предполагается, что в процессе извлечения или размещения контейнера GPS антенна (3) более или менее точно расположена над центром контейнерной площадки (15а). В этом случае новая система вычисляет теоретическое положение (16*) GPS антенны (3), совпадающее с центром (16) контейнерной площадки (15), исходя из условия, что GPS антенна (3) расположена на высоте Н от уровня земли.

1. Система для определения положения GPS-антенны (А), присоединенной к GPS-устройству, в трехмерном пространстве из множества возможных, заранее известных положений, отличающаяся тем, что для выбора положения антенны (А) система измеряет дальности и/или разности дальностей между GPS-спутниками и GPS-антенной (А) с помощью GPS-устройства и вычисляет теоретические дальности и/или разности дальностей между GPS-спутниками и указанными возможными положениями на основании данных о положении GPS-спутников, а также на основании данных об указанных возможных положениях, сравнивает вычисленные теоретические дальности и/или разности дальностей с дальностями и/или разностями дальностей между GPS-спутниками и GPS-антенной (А), измеренными GPS-устройством, для определения соответствия между определяемым положением и каждым указанным возможным положением и определяет положение антенны (А) как возможное положение, степень соответствия которого определяемому положению наибольшая.

2. Система по п.1, в которой для повышения достоверности использована вторая, стационарная, GPS-антенна (В), присоединенная ко второму GPS-устройству, отличающаяся тем, что для выбора положения антенны (А), присоединенной к GPS-устройству, система вычисляет теоретические дальности и/или разности дальностей между GPS-спутниками и стационарной GPS-антенной (В) на основании данных о положении GPS-спутников, а также на основании данных о положении стационарной GPS-антенны (В), причем система сравнивает вычисленные теоретические дальности и/или разности дальностей с измеренными GPS-устройством дальностями и/или разностями дальностей между GPS-спутниками и GPS-антенной (А) и между GPS-спутниками и стационарной GPS-антенной (В).

3. Применение системы по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что эту систему используют для идентификации площадок для хранения контейнеров или других грузов.

4. Применение системы по п.3, отличающееся тем, что при работе GPS-антенну (А), присоединенную к GPS-устройству, устанавливают на транспортное средство, перемещающее контейнеры или другие грузы.

5. Способ определения положения GPS-антенны (А), присоединенной к GPS-устройству, в трехмерном пространстве из множества возможных, заранее известных положений, отличающийся тем, что измеряют дальности и/или разности дальностей между GPS-спутниками и GPS-антенной (А) с помощью GPS-устройства и вычисляют теоретические дальности и/или разности дальностей между GPS-спутниками и возможными положениями на основании данных о положении GPS-спутников, а также на основании данных об указанных возможных положениях, и сравнивают вычисленные теоретические дальности и/или разности дальностей с дальностями и/или разностями дальностей между GPS-спутниками и GPS-антенной (А), измеренными GPS-устройством, для определения соответствия между определяемым положением и каждым указанным возможным положением и определяют положение антенны (А) как возможное положение, степень соответствия которого определяемому положению наибольшая.

6. Способ по п.5, согласно которому для повышения достоверности используют вторую, стационарную, GPS-антенну (В), присоединенную ко второму GPS-устройству, отличающийся тем, что для выбора положения антенны (А), присоединенной к GPS-устройству, вычисляют теоретические дальности и/или разности дальностей между GPS-спутниками и стационарной GPS-антенной (В) на основании данных о положении GPS-спутников, а также на основании данных о положении стационарной GPS-антенны (В), причем система сравнивает вычисленные теоретические дальности и/или разности дальностей с измеренными GPS-устройством дальностями и/или разностями дальностей между GPS-спутниками и GPS-антенной (А) и между GPS-спутниками и стационарной GPS-антенной (В).

7. Способ по любому из пп.5 и 6, отличающийся тем, что его используют для идентификации площадок для хранения контейнеров или других грузов.

8. Способ по п.7, согласно которому при работе GPS-антенну (А), присоединенную к GPS-устройству, устанавливают на транспортное средство, перемещающее контейнеры или другие грузы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к беспроводной связи. .

Изобретение относится к обеспечению приема навигационного радиосигнала, модулированного несущей с частотой fp , поднесущей с частотой fsp и псевдослучайным кодом с частотой fc, причем указанный радиосигнал преобразуют в основную полосу частот в двух каналах I, Q.

Изобретение относится к беспроводной связи, в частности к спутниковым системам определения местоположения и навигации. .

Изобретение относится к определению местоположения на основе сигналов, принимаемых от геолокационных спутников. .

Изобретение относится к объединенному использованию локальной системы (174) определения местоположения, локальной системы RTK (150) и региональной, широкодиапазонной или глобальной дифференциальной системы (100) определения местоположения с измерениями несущей фазы (WADGPS).

Изобретение относится к определению местоположения на основе сигналов, принимаемых от геостационарных спутников. .

Изобретение относится к способу получения и ресиверу для радионавигационного сигнала, модулированного СВОС распространяющимся колебательным сигналом. .

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения местоположения с использованием системы абсолютного позиционирования и системы относительного позиционирования.

Изобретение относится к глобальной спутниковой навигационной системе. .

Изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано в трактах обработки информации навигационной аппаратуры потребителей (НАП) сигналов глобальных спутниковых систем (спутниковых навигационных систем GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия)).

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для определения координат, скорости и углов пространственной ориентации подвижных объектов

Изобретение относится к области навигации и определения местоположения устройства, в частности, методом трилатерации с использованием прогнозирования линий связи в пределах прямой видимости (LOS) и фильтрации трасс в пределах прямой видимости

Изобретение относится к области радионавигации и, в частности, к комплексным дальномерным радиотехническим системам (ДРТС) ближней навигации (БН)

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системе передачи данных

Изобретение относится к области радиотехники, а именно, к способу и устройству, предназначенным для получения более точной оценки местоположения путем использования набора измерений. Технический результат заключается в повышении точности оценки местоположения беспроводного терминала. Для этого сначала получают первоначальную оценку местоположения, и для терминала выполняют измерения. Затем первоначальную оценку местоположения корректируют с помощью измерений, чтобы получить исправленную оценку местоположения для терминала. Корректировку осуществляют путем получения вектора измерений на основании первоначальной оценки местоположения и измерений, формирования матрицы наблюдений для измерений, определения матрицы весовых коэффициентов, получения вектора поправки на основании вектора измерений, матрицы наблюдений и матрицы весовых коэффициентов и корректировки первоначальной оценки местоположения с помощью вектора поправки. 7 н. и 33 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области систем мониторинга смещения инженерных сооружений и может быть использовано для ведения непрерывного контроля смещений и колебаний элементов конструкций мостов, плотин, башен и других инженерных сооружений с целью ранней диагностики целостности сооружения, а также оперативного обнаружения потери устойчивости сооружения. Технический результат заключается в повышении точности расчета характеристик смещений инженерных сооружений и обеспечении непрерывного контроля параметров смещений инженерных сооружений. Для этого система содержит измерительный модуль, включающий навигационную антенну ГЛОНАСС/GPS, навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, контроллер с энергонезависимой памятью, приемопередающий модуль связи, аккумуляторную батарею, устройство зарядки аккумуляторной батареи, датчиковую аппаратуру измерительного модуля, внешнюю датчиковую аппаратуру, автоматизированное рабочее место оператора на базе ПЭВМ с процессором. 2 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах связи с тремя или более несущими. Технический результат состоит в повышении скорости определения неоднозначности сигналов GNSS. Для этого геометрический фильтр применяется к набору данных сигнала GNSS с использованием геометрической комбинации фаз несущих для получения массива оценок неоднозначности для геометрической комбинации фаз несущих и соответствующей статистической информации. Банк ионосферных фильтров применяется к набору данных сигнала GNSS с использованием ионосферной, не зависящей от геометрии, комбинации фаз несущих для получения массива оценок неоднозначности для ионосферной комбинации фаз несущих и соответствующей статистической информации. По меньшей мере, один кодовый фильтр применяется к набору данных сигнала GNSS с использованием совокупности комбинаций кодов несущих, не зависящих от геометрии и не зависящих от ионосферы, для получения массива оценок неоднозначности для комбинаций кодов несущих и соответствующей статистической информации. Полученные массивы объединяются для получения объединенного массива оценок неоднозначности для всех наблюдений фазы несущей и соответствующей статистической информации. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 40 ил.
Наверх