Способ навигации движущихся объектов



Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов

 


Владельцы патента RU 2481557:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" (RU)

Изобретение относится к области навигации движущихся объектов (ДО) и может быть использовано при построении различных систем локации, предназначенных для уточнения местоположения любых ДО и управления их движением. Сущность: используют эталонную карту местности. Выбирают в ее пределах реперный объект (РО). Получают первую текущую карту РО. Преобразуют первую текущую карту РО в ее цифровое изображение. Распознают РО на цифровом изображении. Определяют местоположение и пространственные параметры РО на цифровом изображении. Сравнивают цифровое изображение первой текущей и эталонной карт РО путем подгонки параметров РО на цифровом изображении первой текущей карты до совпадения с параметрами РО на цифровом изображении эталонной карты. Определяют координаты РО. Определяют первое местоположение ДО в плановых координатах эталонной карты. Получают через фиксированный интервал времени Δt после получения первой текущей карты РО вторую текущую карту РО. Определяют второе местоположение ДО в плановых координатах эталонной карты аналогично определению первого местоположения. Определяют направление движения и скорость ДО. Получают третью текущую карту РО через интервал времени Δt после получения второй текущей карты РО. Определяют третье местоположение ДО в плановых координатах эталонной карты аналогично определению первого местоположения. Уточняют направление движения и скорость ДО. Определяют ускорение ДО. Вычисляют сигнал коррекции траектории движения и управляют движением ДО. Технический результат: расширение возможностей навигации. 7 ил.

 

Изобретение относится к области навигации движущихся объектов и может быть использовано при построении различных систем локации, предназначенных для уточнения местоположения любых движущихся объектов (ДО) и управления их движением.

Известен способ ориентирования на местности [1], основанный на использовании цифровых моделей рельефа местности, заключающийся в измерении координат объекта, координат наблюдателя и передачи их для обработки, а также в дополнительной ориентации наблюдателя с учетом получения целеуказания и определении рассогласования заданных и текущих координат, причем наблюдатель производит сканирование местности с фиксацией показаний значений азимута и угла места, а также фиксацией показаний собственных координат при обнаружении им объекта наблюдения, которые используют для управления, а, используя цифровую модель рельефа местности наблюдения и базу данных для целераспределения, наносят на цифровую модель рельефа местности полученные данные о местах расположения наблюдателей, а также целей с базы данных для целераспределения, после чего производят передачу данных об относительном расположении наблюдателя и распределенной ему цели в систему управления, которая производит их сравнение с данными азимута и угла места, а результирующий разностный сигнал используют для изменения процесса сканирования наблюдателем.

Недостатками способа [1] являются:

- отсутствие автоматизации процесса определения местоположения, поскольку задействованы наблюдатели;

- низкое быстродействие, поскольку для обработки информации происходит ее сбор от наблюдателей;

- низкая помехоустойчивость, так как в процессе измерения используют спутниковые сигналы;

- активный режим работы, поскольку наблюдатели используют индивидуальные передатчики и процесс излучения сигналов присутствует.

Известны способы навигации ДО [2], основанные на сравнении текущих карт местности, полученных с использованием радиоволн, с эталонными картами той же местности, в основе которых лежит определение местоположения ДО с последующим управлением движением ДО путем коррекции их местоположения. Эталонные карты установлены на ДО до начала их движения, а текущие снимают во время полета ДО. По отклонениям текущих карт местности от эталонных в заданной точке траектории движения ДО определяют отклонение фактической траектории от заданной. В результате определяют поправку в местоположение ДО с целью коррекции их движения.

Недостатками способа [2] являются отсутствие информации о текущем местоположении ДО в процессе движения; недостаточное быстродействие, так как сигнал коррекции движения ДО вырабатывается только после прохождения всего заданного участка, и активный режим работы, поскольку для получения текущих карт местности используют радиоволны.

Известен способ навигации ДО [3], выбранный за прототип. Реализация способа [3] заключается в следующем. Способ [3] относится к пассивным, поскольку процессы излучения сигналов при навигации ДО не используются, а только приема, в результате чего обеспечивается скрытность работы ДО.

Используют информацию эталонной карты местности о навигационном поле Земли, содержащую цифровую информацию о местоположении и пространственных параметрах реперных объектов (РО).

Выбирают участок местности на эталонной карте, который представляет собой мерный участок.

Выбирают на мерном участке РО, плановые координаты и пространственные параметры которого известны с наибольшей точностью. Используют эталонную карту мерного участка с выбранным РО.

Измеряют инерциальным способом текущие значения углов крена и тангажа и курса.

Без излучения сигналов (пассивным методом) получают одну текущую карту РО (область РО) при движении ДО над мерным участком в виде одного изображения мерного участка в одном или нескольких диапазонах длин волн.

Преобразуют текущую карту РО в цифровое изображение области РО.

Распознают РО на цифровом изображении области РО.

Определяют параметры РО на цифровом изображении области РО.

Сравнивают эталонную и текущую карты путем их совмещения. Сравнение эталонной и текущей карт РО проводят путем подгонки параметров РО на цифровом изображении области РО до совпадения с параметрами РО на цифровом изображении эталонной карты РО. Сравнение выполняется с учетом информации об углах крена, тангажа и курса.

Определяют местоположение ДО в плановых координатах мерного участка и пространственное смещение РО на цифровом изображении области РО по отношению к РО на цифровом изображении эталонной карты РО.

Вычисляют сигнал коррекции местоположения ДО на основе анализа взаимных смещений эталонной и текущей карт местности мерного участка.

Управляют движением ДО путем коррекции его местоположения.

Недостатками [3] являются недостаточно широкие возможности способа - невозможность определения скорости и ускорения движущихся объектов.

Важно отметить, что на развитие систем навигации большое влияние оказывает сверхманевренность ДО, в частности летательных аппаратов [4], что вызывает необходимость определения скорости, изменения скорости (ускорения) и ее направления для ДО при соблюдении скрытности работы за счет пассивного режима работы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение возможностей способа навигации за счет определения скорости и ускорения движущихся объектов с сохранением помехоустойчивости способа при обеспечении скрытности навигации.

Технический результат достигается тем, что в способе навигации движущихся объектов, заключающемся в использовании эталонной карты местности, содержащей реперные объекты, координаты которых известны, выборе в пределах эталонной карты реперного объекта, получении одной текущей карты реперного объекта, преобразовании текущей карты реперного объекта в цифровое изображение, распознавании реперного объекта на цифровом изображении текущей карты, определении местоположения и пространственных параметров реперного объекта на цифровом изображении текущей карты, сравнении текущей и эталонной карт реперного объекта путем подгонки параметров реперного объекта на цифровом изображении текущей карты до совпадения с параметрами реперного объекта на цифровом изображении эталонной карты, определении координат реперного объекта, определении местоположения движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты, вычислении сигнала коррекции траектории движения и управлении движением движущегося объекта путем коррекции его местоположения, перед вычислением сигнала коррекции через интервал времени Δt после получения первой текущей карты реперного объекта получают вторую текущую карту реперного объекта, преобразуют вторую текущую карту реперного объекта в цифровое изображение второй текущей карты, распознают реперный объект на цифровом изображении второй текущей карты, определяют местоположение и пространственные параметры реперного объекта на цифровом изображении второй текущей карты, сравнивают вторую текущую и эталонную карты реперного объекта путем подгонки параметров реперного объекта на цифровом изображении второй текущей карты до совпадения с параметрами реперного объекта на цифровом изображении эталонной карты, определяют координаты реперного объекта, определяют второе местоположение движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты, определяют направление движения и скорость движущегося объекта, получают третью текущую карту реперного объекта через интервал времени Δt после получения второй текущей карты реперного объекта, преобразуют третью текущую карту реперного объекта в цифровое изображение третьей текущей карты, распознают реперный объект на цифровом изображении третьей текущей карты, определяют местоположение и пространственные параметры реперного объекта на цифровом изображении третьей текущей карты, сравнивают третью текущую и эталонную карты реперного объекта путем подгонки параметров реперного объекта на цифровом изображении третьей текущей карты до совпадения с параметрами реперного объекта на цифровом изображении эталонной карты, определяют координаты реперного объекта, определяют третье местоположение движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты, уточняют направление движения и скорость движущегося объекта, определяют ускорение движущегося объекта, вычисляют сигнал коррекции траектории движения и управляют движением движущегося объекта путем коррекции его местоположения.

Технический результат достигается тем, что при реализации способа навигации ДО кроме одной (первой) текущей карты местности получают через равные промежутки времени вторую и третью текущие карты, по которым определяют первое, второе и третье местоположения движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты для определения скорости (второе местоположение) и ускорения (третье местоположение) и направления движения ДО.

Способ навигации ДО поясняют следующие чертежи:

- на фигуре 1 представлена первая карта мерного участка и указаны плановые координаты точки (x1, y1), соответствующие первому местоположению движущегося объекта в плановых координатах мерного участка эталонной карты в момент времени t1 (момент получения первой текущей карты реперного объекта); направление движения ДО;

- на фигуре 2 представлена вторая карта мерного участка, на которой указаны плановые координаты точек (x1, y1) и (x2, y2), соответствующие первому и второму местоположению движущегося объекта в плановых координатах мерного участка эталонной карты в моменты времени t1 и t2=t1+Δt (моменты получения первой и второй текущих карт реперного объекта); направление движения ДО;

- на фигуре 3 представлена третья карта мерного участка, на которой указаны плановые координаты точек (x1, y1), (x2, y2) и (x3, y3), соответствующие первому, второму и третьему местоположению движущегося объекта в плановых координатах мерного участка эталонной карты в моменты времени t1, t2=t1+Δt и t3=t2+Δt (моменты получения первой, второй и третьей текущих карт реперного объекта); и уточненное направление движения ДО;

- на фигуре 4 показано изменение размеров РО при изменении угла визирования к линии горизонта на угол θ=30°;

- на фигуре 5 показано изменение размеров РО при изменении угла визирования в азимутальной плоскости на угол α=30°;

- на фигуре 6 показано изменение размеров РО при изменении угла визирования в радиальной плоскости на угол β=30°;

- на фигуре 7 показано изменение размеров РО при уменьшении масштаба приближения.

Для определения скорости можно использовать изменение доплеровской частоты [4, 5]. Однако в общем случае применимы любые методы определения скорости и в способе не используется доплеровская частота.

Значение скорости и ускорения используют для коррекции навигационной системы, что позволяет повысить точность определения местоположения ДО.

Способ навигации ДО осуществляется следующим образом.

Используют информацию эталонной карты местности о навигационном поле Земли, содержащую цифровую информацию о местоположении и пространственных параметрах РО.

Выбирают участок местности на эталонной карте, который представляет собой мерный участок.

Выбирают на мерном участке РО, плановые координаты и пространственные параметры которого известны с наибольшей точностью. Используют эталонную карту мерного участка с выбранным РО.

Измеряют инерциальным способом текущие значения углов крена и тангажа и курса.

Получают первую текущую карту РО (область РО) при движении ДО над мерным участком в виде первого изображения мерного участка в одном или нескольких диапазонах длин волн в пассивном режиме работы.

Преобразуют первую текущую карту РО в цифровое изображение области РО.

Распознают РО на цифровом изображении области РО.

Определяют параметры РО на цифровом изображении области РО.

Сравнивают эталонную и первую текущую карты РО путем их совмещения. Сравнение эталонной и текущей карт РО проводят путем подгонки параметров РО на цифровом изображении области РО до совпадения с параметрами РО на цифровом изображении эталонной карты РО. Сравнение выполняется с учетом информации об углах крена, тангажа и курса.

Определяют пространственное смещение РО на цифровом изображении области РО по отношению к РО на цифровом изображении эталонной карты РО.

Определяют первое местоположение ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты.

Получают вторую текущую карту РО (область РО) через интервал времени Δt после получения первой текущей карты РО при движении ДО над мерным участком в виде второго изображения мерного участка в одном или нескольких диапазонах длин волн в пассивном режиме работы.

Преобразуют вторую текущую карту РО во второе цифровое изображение области РО.

Распознают РО на втором цифровом изображении области РО.

Определяют параметры РО на втором цифровом изображении области РО.

Сравнивают эталонную и вторую текущую карты путем их совмещения. Сравнение эталонной и текущей карт РО проводят путем подгонки параметров РО на цифровом изображении области РО до совпадения с параметрами РО на цифровом изображении эталонной карты РО. Сравнение выполняется с учетом информации об углах крена, тангажа и курса.

Определяют пространственное смещение РО на втором цифровом изображении области РО по отношению к РО на цифровом изображении эталонной карты РО.

Определяют второе местоположение ДО в плановых координатах мерного участка.

Определяют направление и скорость V=V1 движения ДО на основе анализа пройденного за время Δt расстояния между найденными первым и вторым местоположениями ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты.

Получают третью текущую карту РО (область РО) через интервал времени Δt после получения второй текущей карты РО при движении ДО над мерным участком в виде третьего изображения мерного участка в одном или нескольких диапазонах длин волн в пассивном режиме.

Преобразуют третью текущую карту РО в третье цифровое изображение области РО.

Распознают РО на третьем цифровом изображении области РО.

Определяют параметры РО на третьем цифровом изображении области РО.

Сравнивают эталонную и третью текущую карты РО путем их совмещения. Сравнение эталонной и третьей текущей карт РО проводят путем подгонки параметров РО на третьем цифровом изображении области РО до совпадения с параметрами РО на цифровом изображении эталонной карты РО. Сравнение выполняется с учетом информации об углах крена, тангажа и курса.

Определяют пространственное смещение РО на третьем цифровом изображении области РО по отношению к РО на цифровом изображении эталонной карты РО.

Определяют третье местоположение ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты.

Уточняют направление и скорость (среднюю) V=Vср движения ДО на основе анализа пройденного за время 2Δt расстояния между найденными первым и третьим местоположениями ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты.

Определяют ускорение a движения ДО на основе анализа изменения за время Δt значения скорости от V1 до V2. Скорость V2 движения ДО определяют на основе анализа пройденного за время Δt расстояния между найденными вторым и третьим местоположениями ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты.

Вычисляют сигнал коррекции местоположения ДО на основе анализа полученной информации.

Управляют движением ДО путем коррекции его местоположения.

Способ навигации ДО реализуется следующим образом.

Используют информацию эталонной карты местности, установленной на ДО до начала движения, о навигационном поле Земли, содержащую цифровую информацию о местоположении и пространственных параметрах РО. Каждый из РО является пространственно-распределенным или состоит из нескольких пространственно-распределенных объектов.

Выбирают на эталонной карте мерный участок, размеры которого определяются величиной допустимых отклонений ДО по плановым координатам.

Выбирают на мерном участке РО, плановые координаты и пространственные параметры которого известны с наибольшей точностью. Используют эталонную карту мерного участка с выбранным РО.

Измеряют инерциальным способом текущие значения углов крена и тангажа и курса.

Получают первую текущую карту РО при движении ДО над мерным участком в виде одного изображения мерного участка в одном или нескольких диапазонах волн, таких как в инфракрасном, видео- или радиодиапазонах (по одному изображению в каждом диапазоне) с помощью пассивных методов [6]. В радиодиапазоне, например, при помощи радиовидения [7]. Принимая излученный сигнал одного или нескольких диапазонов длин волн, получают первую текущую карту РО.

Получают через временной интервал Δt после получения первой текущей карты РО вторую текущую карту РО при движении ДО над мерным участком. Получают через временной интервал Δt после получения второй текущей карты РО третью текущую карту РО при движении ДО над мерным участком.

Интервал времени Δt выбирают из условия

где tMIN определяют, исходя из условия необходимости прохождения не менее двух ячеек эталонной карты (не менее удвоенной погрешности определения местоположения РО) при движении ДО с минимально допустимой скоростью. При погрешности определения местоположения РО, равной одной ячейке эталонной карты, tMIN определяют, исходя из условия необходимости прохождения двух ячеек эталонной карты.

tMAX определяют, исходя из условия необходимости нахождения ДО в пределах мерного участка при движении ДО с максимально допустимой скоростью за время 2Δt.

Рассмотрим алгоритм определения местоположения ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты на примере алгоритма обработки первой текущей карты РО.

Преобразуют первую текущую карту РО в первое цифровое изображение области РО. Алгоритм преобразования включает следующие операции:

- совмещение центра цифрового изображения области РО с осью приемника ДО (направлением, перпендикулярным плоскости приемника, обеспечивающим прием сигнала с наибольшим значением);

- выбор размера цифрового изображения области РО, равного полю зрения приемника ДО;

- определение размера каждого пиксела цифрового изображения области РО как отношения размера поля зрения приемника к числу пикселов по плановым координатам (x, y).

Выбор алгоритма преобразования в указанном виде позволяет получить однозначное соответствие местоположения каждого пиксела первого цифрового изображения области РО его угловому положению относительно оси приемника.

Преобразование РО на первом цифровом изображении области РО в соответствии с измеренными текущими значениями углов крена, тангажа и курса производят следующим образом:

- по значению текущих углов крена, тангажа и курса в момент получения первой текущей карты РО определяют смещение оси приемника ДО относительно вертикали, с помощью которого получают текущую карту РО (центра цифрового изображения области РО);

- совмещают центр первого цифрового изображения области РО с вертикалью оси приемника путем переноса центра цифрового изображения области РО в точку, соответствующую проекции вертикали на цифровом изображения области РО;

- уточняют размеры распознанного РО, вызванные текущими значениями углов крена, тангажа и курса;

- уточняют координаты центра тяжести распознанного РО в плановой системе координат (xC, yC) в соответствии с формулой (2), а также пространственную ориентацию и размеры распознанного РО.

Определение координат центра тяжести РО в плановой системе координат проводят с использованием выражений

где i, j - абсцисса и ордината РО, S - площадь РО, hij - параметр, который равен единице, если точка принадлежит РО, и равен нулю, если точка не принадлежит ему.

Уточнение размеров распознанного РО, необходимое для учета текущих значений углов крена, тангажа и курса, производят следующим образом.

Изменение крена (угла визирования θ к линии горизонта) моделируют вращением РО в плоскости изображения. Для этого сначала производят перенос начала координат в центр описывающего РО прямоугольника (точка пересечения его диагоналей). Затем производят преобразование поворота. После чего производят возврат начала координат в первоначальную точку. Для уменьшения числа вычислений данное преобразование производится с помощью матриц преобразований. Поэтому сначала рассчитывают матрицу преобразования, а затем для каждой точки в описывающем прямоугольнике производят вычисление произведения вектора координат на матрицу преобразования

Здесь (x', y', w') - однородные трехмерные координаты точки на плоскости после преобразования; (x, y, w) - однородные трехмерные координаты точки на плоскости до преобразования; M - матрица преобразования в виде

Изменение размеров РО при изменении угла визирования к линии горизонта на угол θ=30° показано на фиг.4, на которой пунктиром показаны первоначальные размеры изображения РО, сплошной линией - размеры РО после преобразования.

Изменение курса (угла визирования α в азимутальной плоскости) моделируют трапециевидной деформацией РО с уменьшением правой или левой стороны при увеличении размеров РО по оси X, большем чем по оси Y. Размеры описывающего четырехугольника при этом определяются по следующим формулам

где dα - коэффициент деформации, определяемый как ,

Здесь H' - размеры боковых сторон, a W' - нижней стороны четырехугольника, описанного вокруг РО, после преобразования (в пикселях); H - размеры боковых сторон, a W - нижней стороны четырехугольника, описанного вокруг РО, до преобразования (в пикселях). ; - размер левой и правой боковых сторон четырехугольника соответственно.

Изменение размеров РО при изменении угла визирования в азимутальной плоскости на угол α=30° показано на фиг.5, на которой пунктиром показаны первоначальные размеры изображения РО, сплошной линией - размеры РО после преобразования.

Изменение тангажа (угла визирования β в радиальной плоскости) моделируют трапециевидной деформацией РО с уменьшением верхней или нижней стороны при увеличении размеров РО по оси Х, большем чем по оси Y. Размеры описывающего четырехугольника определяют в виде

где dβ - коэффициент деформации, определяемый как .

; - размер верхней и нижней сторон четырехугольника соответственно.

Изменение размеров РО при изменении угла визирования в радиальной плоскости на угол β=30° показано на фиг.6, на которой пунктиром показаны первоначальные размеры изображения РО, сплошной линией - размеры РО после преобразования.

Распознают РО на первом цифровом изображении области РО. Распознавание производят с помощью трехэтапной обработки цифрового изображения области РО. На первом этапе (этап сегментации) осуществляют разбиение области РО на составляющие его образы. На втором этапе (этапе формирования аналитического описания) для каждого образа рассчитывают набор классификационных признаков. На третьем этапе (этапе классификации) на основе полученных наборов классификационных признаков производят распознавание (классификацию) РО с учетом его пространственной ориентации.

Определяют местоположение и пространственные параметры РО на первом цифровом изображении области РО.

Определяют координаты центра тяжести РО в плановой системе координат (xC, yC) первого цифрового изображения области РО для расчета параметров его местоположения.

Определяют пространственную ориентацию РО посредством построения большой и малой главных осей распознанного РО, проведенных через его центр тяжести. Угловое положение РО определяют посредством построения большой и малой главных осей в плановой системе координат цифрового изображения области РО. Размеры РО определяют посредством измерения длины большой и малой главных осей распознанного РО.

Определяют параметры РО на первом цифровом изображении области РО.

Сравнивают эталонную и первую текущую карты РО путем их совмещения. Совмещение эталонной и текущей карт (подгонку параметров РО на цифровом изображении области РО до совпадения с параметрами РО на цифровом изображении эталонной карты РО) производят следующим образом:

- преобразуют РО на цифровом изображении области РО (местоположение, пространственная ориентация и размеры РО) в соответствии с измеренными текущими значениями углов крена, тангажа и азимута;

- масштабируют РО (изменяют масштаб приближения к РО) на цифровом изображении области РО по отношению к РО на цифровом изображении эталонной карты РО;

- совмещают по пространственной ориентации (по пространственным параметрам) РО на цифровом изображении области РО и на цифровом изображении эталонной карты РО;

- совмещают по местоположению (по плановым координатам) РО на цифровом изображении области РО и на цифровом изображении эталонной карты РО.

Масштабирование РО на цифровом изображении области РО по отношению к РО на цифровом изображении эталонной карты РО производят равномерным увеличением размеров РО по осям х и у (большой и малой главных осей распознанного РО), причем одновременно выполняются следующие условия

Здесь H' - размер боковой стороны, a W' - нижней стороны четырехугольника, описанного вокруг РО, после преобразования (в пикселях); H - размер боковой стороны, а W - нижней стороны четырехугольника, описанного вокруг РО, до преобразования (в пикселях); Dx и Dy - коэффициенты масштабирования (оба больше единицы).

Изменение размеров РО при уменьшении масштаба приближения показано на фиг.7, на которой пунктиром показаны первоначальные размеры изображения РО, сплошной линией - размеры РО после преобразования.

Совмещение по пространственной ориентации (по пространственным параметрам) РО производят совмещением (поворотом) РО (большой и малой главных осей распознанного РО) на цифровом изображении области РО с РО (большой и малой главными осями РО) на цифровом изображении эталонной карты РО.

Совмещение по местоположению (по плановым координатам) РО производят следующим образом:

- уточняют координаты центра тяжести распознанного РО в плановой системе координат в соответствии с формулой (1);

- совмещают местоположение РО (координаты центра тяжести распознанного РО) на цифровом изображении области РО с РО (координаты центра тяжести РО) на цифровом изображении эталонной карты РО.

Указанные преобразования обеспечивают совмещение эталонной и текущей карт - подгонку параметров РО на цифровом изображении области РО до совпадения с параметрами РО на цифровом изображении эталонной карты РО.

Определяют по результатам совмещения пространственное смещение РО на первом цифровом изображении области РО по отношению к РО на цифровом изображении эталонной карты РО и смещение местоположения ДО в плановых координатах мерного участка.

Аналогичные операции проводят для второй и третьей текущих карт.

Определяют направление и скорость V1 движения ДО после нахождения второго местоположения ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты (фиг.1 - фиг.2).

Скорость V1 движения ДО определим как

где ΔS1 - расстояние между точкой с координатами (x1, y1) на эталонной карте (первым местоположением ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты) и точкой с координатами (x2, y2) на эталонной карте (вторым местоположением ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты); Δt1=Δt - временной интервал между моментом времени t1, в который была получена первая текущая карта РО и моментом времени t2=t1+Δt, в который была получена вторая текущая карта РО.

Направление движения ДО определим как направление вектора скорости из точки с координатами (x1, y1) в точку с координатами (x2, y2) в плановых координатах мерного участка эталонной карты.

Уточняют направление и скорость движения ДО после нахождения третьего местоположения ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты и определяют ускорение движения ДО (фиг.1 - фиг.3).

Скорость V2 движения ДО определим как

где ΔS2 - расстояние между точкой с координатами (x2, y2) на эталонной карте (вторым местоположением ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты) и точкой с координатами (x3, y3) на эталонной карте (третьим местоположением ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты); Δt2=Δt - временной интервал между моментом времени t2, в который была получена вторая текущая карта РО, и моментом времени t3=t2+Δt, в который была получена третья текущая карта РО.

Уточненную (среднюю) Vсp скорость движения ДО определим как

Уточненное направление движения ДО определим как направление вектора скорости из точки с координатами (x1, y1) в точку с координатами (x3, y3) в плановых координатах мерного участка эталонной карты.

Ускорение a движения ДО определим как

где ΔV=V2-V1 - приращение скорости за интервал времени Δt.

Вычисляют сигнал коррекции местоположения ДО на основе анализа полученной информации.

Управляют движением ДО путем коррекции его местоположения.

Таким образом, предлагаемый способ навигации движущихся объектов обладает рядом значительных преимуществ перед известными способами навигации, поскольку позволяет определить на основе трех текущих карт местоположение, направление, скорость и ускорение движения ДО, что существенно дополняет возможности способа навигации и позволяет повысить точность определения поправок местоположения ДО.

Отметим, что предлагаемый способ навигации движущихся объектов обладает рядом преимуществ перед известными способами навигации, поскольку позволяет повысить помехоустойчивость. Эти существенные отличия обеспечиваются за счет определения поправок местоположения ДО только по трем цифровым изображениям распознанного реперного объекта, а также путем использования только пассивных методов получения текущих карт реперного объекта.

Кроме этого способ основан на использовании только цифровых карт и цифровых методов обработки информации и изображений.

ЛИТЕРАТУРА

1 Патент №2247921 РФ. МПК F41G 3/00, G01S 5/02. Способ ориентирования на местности и устройство для его осуществления / Анцыгин А.В. // Ретроспективный комплект описаний изобретений за 2005 г. на DVD.

2 Цыпкин Я.З., Попков Ю.С. Теория нелинейных импульсных систем. - М.: Наука, 1973.

3 Патент №2406071 РФ. МПК G01C 21/30 (2006.01). Способ навигации движущихся объектов / Хрусталев А.А., Кольцов Ю.В., Ляпин А.И. // Изобретения. Полезные модели. - 2010. - Опубл. 10.12.2010. - Бюл. №34 (прототип).

4 Оценивание дальности и скорости в радиолокационных системах. Ч.1 / Под ред. А.И.Канащенкова, В.И.Меркулова. - М.: Радиотехника, 2004. - 312 С (С.137, 242).

5 Авиационные системы радиоуправления. Т.2. Радиоэлектронные системы самонаведения / Под ред. А.И.Канащенкова, В.И.Меркулова. - М.: Радиотехника, 2003. - 392 С (С.175, 214).

6 Алексеев Е.Г., Банкгальтер Р.И., Курилкин В.В., Моченов В.А. Оценка качества функционирования интегральной оптико-радиолокационной головки самонаведения // Радиотехника. - 2004. - N11. - С.3-11.

7 Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. - М.: Радиотехника, 2005.

Способ навигации движущихся объектов, заключающийся в использовании эталонной карты местности, содержащей реперные объекты, координаты которых известны, выборе в пределах эталонной карты реперного объекта, получении одной текущей карты реперного объекта, преобразовании текущей карты реперного объекта в цифровое изображение, распознавании реперного объекта на цифровом изображении текущей карты, определении местоположения и пространственных параметров реперного объекта на цифровом изображении текущей карты, сравнении текущей и эталонной карт реперного объекта путем подгонки параметров реперного объекта на цифровом изображении текущей карты до совпадения с параметрами реперного объекта на цифровом изображении эталонной карты, определении координат реперного объекта, определении местоположения движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты, вычислении сигнала коррекции траектории движения и управлении движением движущегося объекта путем коррекции его местоположения, отличающийся тем, что перед вычислением сигнала коррекции через интервал времени Δt после получения первой текущей карты реперного объекта получают вторую текущую карту реперного объекта, преобразуют вторую текущую карту реперного объекта в цифровое изображение второй текущей карты, распознают реперный объект на цифровом изображении второй текущей карты, определяют местоположение и пространственные параметры реперного объекта на цифровом изображении второй текущей карты, сравнивают вторую текущую и эталонную карты реперного объекта путем подгонки параметров реперного объекта на цифровом изображении второй текущей карты до совпадения с параметрами реперного объекта на цифровом изображении эталонной карты, определяют координаты реперного объекта, определяют второе местоположение движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты, определяют направление движения и скорость движущегося объекта, получают третью текущую карту реперного объекта через интервал времени Δt после получения второй текущей карты реперного объекта, преобразуют третью текущую карту реперного объекта в цифровое изображение третьей текущей карты, распознают реперный объект на цифровом изображении третьей текущей карты, определяют местоположение и пространственные параметры реперного объекта на цифровом изображении третьей текущей карты, сравнивают третью текущую и эталонную карты реперного объекта путем подгонки параметров реперного объекта на цифровом изображении третьей текущей карты до совпадения с параметрами реперного объекта на цифровом изображении эталонной карты, определяют координаты реперного объекта, определяют третье местоположение движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты, уточняют направление движения и скорость движущегося объекта, определяют ускорение движущегося объекта, вычисляют сигнал коррекции траектории движения и управляют движением движущегося объекта путем коррекции его местоположения.



 

Похожие патенты:

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 различных системах локации, предназначенных для определения местоположения движущихся объектов (ДО).

Изобретение относится к навигации транспортных средств. .

Изобретение относится к области контроля транспортных средств с помощью спутниковой навигационной системы. .

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА) преимущественно при полетах в сложных метеоусловиях. .

Изобретение относится к навигационным системам для прокладки маршрута к по меньшей мере одному объекту инфраструктуры. Технический результат заключается в обеспечении возможности нахождения объектов инфраструктуры, не находящихся на пути следования маршрута. Получают данные о точке отсчета, не зависимые от маршрута следования, для выявления по меньшей мере одного объекта инфраструктуры. Получают по меньшей мере один параметр поиска для поиска указанного по меньшей мере одного объекта инфраструктуры относительно указанной точки отсчета. Получают критерии сортировки для сортировки объектов инфраструктуры, где критерии сортировки содержат по крайней мере один из критериев: потребительский рейтинг, цена, время, алфавитный порядок или обратный алфавитный порядок. Выявляют указанный по меньшей мере один объект инфраструктуры на основе параметров поиска, критериев сортировки и точки отсчета. Получают выбранный по меньшей мере один объект инфраструктуры, отсортированный на основе критериев сортировки. Рассчитывают маршрут следования к выбранному по меньшей мере одному объекту инфраструктуры с учетом выбора. Демонстрируют маршрут следования. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх