Способ определения местоположения объекта



Способ определения местоположения объекта
Способ определения местоположения объекта
Способ определения местоположения объекта

 


Владельцы патента RU 2484494:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") (RU)

Изобретение относится к области радионавигации с использованием радиоволн и может быть использовано в транспортной навигации для определения местоположения объекта в условиях высоких широт и при наличии полярных сияний. Изобретение может быть также использовано для освоения природных ископаемых шельфа северных морей. Сущность способа заключается в том, что проводят прием радиосигналов от нескольких навигационных космических аппаратов (НКА), их обработку, выбор оптимального рабочего созвездия НКА, вычисление пространственных координат объекта. Дополнительно используют оптическое излучение полярных сияний. Одновременно с этим осуществляют видеонаблюдение за полярными сияниями и определяют область их распространения. Блокируют радиосигналы от НКА с траекториями трасс, которые проходят через область полярных сияний. Достигаемый технический результат - повышение точности определения местоположения объекта. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области радионавигации с использованием радиоволн и может быть использовано в транспортной навигации для определения местоположения объектов в условиях высоких широт и при наличии полярных сияний, а также для освоения природных ископаемых шельфа северных морей.

Введение в эксплуатацию спутниковых радионавигационных систем NAVSTAR(GPS)/ГЛОНАСС обеспечило возможность широкому кругу потребителей определять свое положение на земной поверхности, в Мировом океане и в околоземном пространстве с точностями, ранее доступными только с использованием сложнейших экспериментальных технических средств.

В настоящее время в реальных условиях на дальнейшее повышение точности определения местоположения объектов влияет множество факторов, вносящих погрешности, которые требуют устранения.

Известны дифференциальные способы (Фирсов Ю.Г. Применение спутниковых радионавигационных систем в гидрографии. - СПб.: Изд. ГМА им. С.О.Макарова, 2004, с.35), компенсирующие погрешности. В основе этих дифференциальных способов лежит относительное постоянство значительной части погрешностей измерения псевдодальности в пространстве и времени. Дифференциальный режим работы предполагает наличие как минимум двух комплектов навигационной аппаратуры, расположенных в различных точках пространства. Причем один комплект должен быть расположен в точке с известными пространственными координатами (дифференциальная станция), а второй - на допустимом удалении (роверная станция). Дифференциальная станция должна быть максимально возможно точно привязана к пространственной системе координат. Разности измеренных псевдодальностей до каждого комплекта и дальностей, рассчитанных по известным координатам дифференциальной станции, представляют собой дифференциальные поправки.

Недостатками известных способов являются усложнение эксплуатации и работы радионавигационных систем за счет расширения комплексов аппаратных устройств потребителей и сокращенной дальности действия на расстояние от дифференциальных станций от 30 до 200 км. Известные способы в условиях высоких широт, в удалении от дифференциальных станций, не могут применяться в системах ГЛОНАСС/GPS при определении местонахождения с повышением точности определения местоположения.

Известен способ обнаружения ионосферного возмущения и определения местоположения его источника (пат. РФ №2189051, опубл. 10.09.2002). Способ позволяет выявлять вносимые погрешности в работу ГЛОНАСС/GPS, возникающие на трассах распространения сигнала, которые могут быть учтены при применении системы GPS для определения местонахождения в высоких широтах. Способ основан на анализе данных, полученных в результате обработки сигналов, принятых двухчастотными приемниками радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS, расположенных в узлах решетки, при количестве приемников много больше 3 с дополнительной комплексной математической обработкой данных.

Недостатками такого способа являются усложнение эксплуатации и работы, использование расширенного количества аппаратных устройств, разнесенных для создания узлов решетки, и создание дополнительной системы связи между ними. Известный способ в условиях высоких широт из-за недостаточного насыщения региона приемными устройствами радиосигналов от навигационных космических аппаратов (НКА), вычислителей для обработки сигнала и выделения навигационной информации для работы в системе измерительной решетки не может применяться в системах ГЛОНАСС/GPS при определении местонахождения с повышением точности его позиционирования.

Известен способ избыточных одночастотных измерений, включающий проведение измерений по нескольким (более 8) НКА, осуществление усреднения пространственных характеристик ионосферы, выбор оптимального рабочего созвездия НКА (Яценков B.C. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005, с.104-107). Способ частично учитывает не поддающиеся прогнозированию погрешности, возникающие на трассах распространения в высоких широтах в периоды полярных сияний и связанные с ними непредсказуемые ионосферные неоднородности. Данный способ наиболее близок к предлагаемому способу и принят за прототип.

Недостатком известного способа является усреднение пространственных характеристик ионосферы по трассам распространения от рабочего созвездия по нескольким навигационным космическим аппаратам (НКА) с учетом неблагоприятных трасс, увеличивающих составляющую погрешности.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении точности определения местоположения объектов, находящихся в высоких широтах в периоды полярных сияний.

Для достижения указанного технического результата в способе определения местоположения объекта, включающем прием радиосигналов от навигационных космических аппаратов (НКА), их обработку, выбор оптимального рабочего созвездия НКА, вычисление пространственных координат объекта, дополнительно используют оптическое излучение полярных сияний и одновременно осуществляют видеонаблюдение за полярными сияниями, определяют их область распространения, блокируют радиосигналы от НКА с траекториями радиотрасс, проходящих через область полярных сияний.

Отличительными признаками предлагаемого способа определения местоположения объекта от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются следующие:

- дополнительное использование оптического излучения полярных сияний;

- одновременное осуществление видеонаблюдения за полярными сияниями,

- определение их области распространения,

- блокирование радиосигналов от НКА с траекториями радиотрасс, проходящих через область полярных сияний.

Благодаря наличию этих признаков снижаются погрешности и повышается точность определения местоположения объекта.

Указанный технический результат достигается тем, что согласно заявляемому способу определения местоположения объекта, находящегося в высоких широтах, для повышения точности определения его местоположения снижают влияние ионосферных неоднородностей на трассах распространения, связанных с полярными сияниями. При применении способа используют космический сегмент, радиочастотный тракт для приема радиосигналов от навигационных космических аппаратов (НКА) и вычислитель для обработки сигналов и выделения навигационной информации, производят выбор оптимального рабочего созвездия НКА. При этом дополнительно используют оптическое излучение полярных сияний и одновременно осуществляют видеонаблюдение за ними, определяют их области распространения. Блокируют радиосигналы от навигационных космических аппаратов (НКА) с траекториями радиотрасс, проходящих через области полярных сияний, выявленных при использовании оптического видеонаблюдения, и используют только радиосигналы от навигационных космических аппаратов (НКА) с траекториями радиотрасс вне этих областей.

Предлагаемый способ определения местоположения объекта иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 представлен график изменения Н-компоненты напряженности геомагнитного поля во времени, данные зарегистрированы на норвежской станции Бьёрноя, на фиг.2 - график изменения точности определения местоположения объекта во времени на станции Мурманск, на фиг.3 - кеограмма камеры всего неба в Соданкюля (Норвегия).

Способ осуществляется следующим образом.

Для приема радиосигналов от навигационных космических аппаратов (НКА) используют радиочастотный тракт, в котором происходит прием радиосигналов и их первичная обработка, вычислитель для вторичной обработки сигналов и выделения навигационной информации. Производят выбор оптимального рабочего созвездия НКА и вычисление пространственных координат и вектора скорости объекта с последующим определением его географических координат. В высоких широтах ионосферные неоднородности трасс распространения, связанные с полярными сияниями, вносят основные непредсказуемые погрешности, значительно снижая точность определения географических координат объекта. Для исключения влияния этих ионосферных неоднородностей, связанных с полярными сияниями, и повышения точности определения местоположения объекта дополнительно используют оптическое излучение полярных сияний и одновременно осуществляют их видеонаблюдение для определения областей распространения полярных сияний. Затем производят выбор оптимального рабочего созвездия НКА и вычисляют пространственные координаты объекта. При этом блокируют радиосигналы от НКА с траекториями радиотрасс, проходящих через области полярных сияний, таким образом снижаются погрешности и повышается точность определения местоположения объекта. Проведенные экспериментальные исследования изменения точности определения местоположения объекта с помощью GPS во время развития авроральных возмущений, часть результатов которых представлена на фиг.1-3, подтверждают достижение технического результата с использованием предлагаемого способа.

Во время экспериментов навигационный приемник работал в режиме полного обзора неба и принимал навигационную информацию от достаточно большого (избыточного) количества (как правило, от двенадцати) НКА, что гарантировало возможность выбирать для обработки оптимальное рабочее созвездие НКА. Радиосигналы этих спутников распространялись через ионосферу авроральной зоны и полярной шапки, которая практически постоянно возмущена. На фиг.1 приведен график изменения Н компоненты напряженности геомагнитного поля во времени, данные зарегистрированы на норвежской станции Бьёрноя в интервале времени с 18 ч 01 мин по 24 ч 01 мин 25 марта. На фиг.2 представлен график изменения точности определения местоположения объекта в направлении Север-Юг с помощью GPS в интервале времени с 18 ч 01 мин по 24 ч 01 мин 25 марта. Анализ данных, представленных на фиг.1, 2, показывает, что в отдельные моменты точность определения местоположения объекта в меридиональном направлении снижалась. В период времени с 21:26 UT (универсальное время) до 22:54 UT (универсальное время) навигационный приемник переставал нормально функционировать, что совпало во времени с резкой отрицательной бухтой в Н компоненте поля на станции Бьёрноя (Bjornoya). На фиг.3 приведена кеограмма камеры всего неба в Соданкюля, на ней отображены появления дискретных форм, которые отражают ход полярных сияний. Анализ всех фиг.1, 2, 3 показывает, что максимальные погрешности, наблюдаемые около 21 ч 00, а также полное нарушение работы системы в период с 22 ч 20 мин до 22 ч 40 мин совпадали с появлением дискретных форм полярных сияний. Сравнительный анализ полученных в эксперименте материалов дает основания полагать, что амплитуда вариаций геомагнитного поля гораздо менее информативна в качестве диагностического признака ошибок определения местоположения объекта с помощью GPS в высоких широтах, чем пространственно-временные вариации интенсивности форм полярных сияний.

Для использования способа определения местоположения объекта в высоких широтах дополнительно необходимо использовать камеру видеонаблюдения, регистрирующую полярные сияния, с полем зрения 180 градусов и традиционное средство обработки и передачи информации по областям распространения ионосферных неоднородностей. В периоды полярных сияний от камеры видеонаблюдения информационные сигналы по областям их распространения используют для блокирования радиосигналов от навигационных космических аппаратов (НКА) с траекториями радиотрасс, проходящих через области полярных сияний, при выборе оптимального рабочего созвездия НКА и вычисления пространственных и географических координат повышенной точности.

1. Способ определения местоположения объекта, включающий прием радиосигналов от навигационных космических аппаратов (НКА), их обработку, выбор оптимального рабочего созвездия НКА, вычисление пространственных координат объекта, отличающийся тем, что дополнительно используют оптическое излучение полярных сияний и одновременно осуществляют видеонаблюдение за полярными сияниями, определяют их область распространения, блокируют радиосигналы от НКА с траекториями радиотрасс, проходящих через область полярных сияний.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно используют камеру видеонаблюдения с полем зрения 180°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах, предназначенных для контроля воздушного, надводного и наземного пространства и основанных на технологии скрытного обнаружения и слежения за подвижными объектами с использованием прямых и рассеянных подвижными объектами сигналов, излучаемых множеством неконтролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к устройству контроля за местонахождением лиц в системах туннелей. .

Изобретение относится к области радиолокационного приборостроения и может быть использовано при построении различных радиолокационных или аналогичных систем, предназначенных для навигации летательных аппаратов (ЛА) путем определения местоположения и управления движением ЛА.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к устройствам связи, и может быть использовано для определения местоположения устройства связи. .

Изобретение относится к области построения систем навигации, использующих технологии сотовых сетей мобильной связи. .

Изобретение относится к навигации и определению местоположения устройства. .

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для повышения точности определения местоположения наземных источников радиоизлучений (ИРИ) в пассивных режимах работы радиолокационных станций (РЛС) или станций радиотехнической разведки (СРТР).

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для приема навигационных сигналов от спутников ГЛОНАСС, GPS и GALILEO. .

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может найти применение в системах спутниковой навигации и геодезии

Использование: изобретение относится к области звуколокации и радиолокации и может быть использовано для решения научных и прикладных задач, в частности для обнаружения подводных объектов. Сущность: в некоторой точке океана располагается надводный или подводный корабль, который излучает звуковую волну с мощностью Iизл=5*105 Вт/м2, на частоте fзвук=10 кГц. Это излучение распространяется во все стороны и на расстоянии Lдет=30 км от корабля создает звуковое давление порядка p1=17 Вт/м2. Звуковая волна, отражаясь от подводного объекта с коэффициентом отражения котр=10-2, за счет сжимаемости воды создает дифракционную решетку, соответствующую цилиндрической звуковой волне. Высокочастотные генераторы, с мощностью Рген=500 МВт, работающие на частоте fрадио=108 Гц, расположенные на одной группе самолетов, облучают отдельные участки поверхности воды узким лучом радиоволн. Отражение в первом порядке от дифракционной решетки, созданной цилиндрической звуковой волной приводит к появлению отраженных волн. Приемники распространяющегося в узком луче излучения, расположенные на другой группе самолетов, с чувствительностью 3*10-21 Вт, при площади антенн Sант=700 м2, регистрируют мощность принимаемого излучения ~10-19 Вт. Благодаря тому, что рассеяние происходит на бегущей решетке, отраженная от нее электромагнитная волна оказывается Допплеровски сдвинутой на величину δf=100 Гц. По зарегистрированному ифракционному излучению определяют координаты подводного объекта. Технический результат: увеличения дальности обнаружении подводных объектов. 1 ил.

Изобретение относится к области космической радионавигации и может быть использовано для повышения помехоустойчивости интегрированной системы ориентации и навигации (ИСОН) объекта. Достигаемым техническим результатом изобретения является отбраковка сигналов от различных источников помех, идущих вместе с навигационными сигналами, принимаемыми от произвольного количества навигационных спутников (от одного и более). Способ повышения помехоустойчивости интегрированной системы ориентации и навигации, установленной на подвижном объекте, заключается в том, что принимают на подвижном объекте навигационный сигнал, излучаемый спутником, извлекают из него информацию о координатах спутника, посредством сигналов, поступающих от спутника на разнесенные антенны, вычисляют угол между базой разнесенных антенн и направлением на спутник β, определяют координаты подвижного объекта посредством бесплатформенной инерциальной навигационной системы, используя информацию о координатах спутника и координатах подвижного объекта вычисляют угол между базой разнесенных антенн и направлением на спутник β*, вычисляют разницу между β и β*, при ее величине больше допустимой величины погрешности принятый навигационный сигнал, излученный спутником, считают сигналом помехи и его исключают из дальнейшей обработки. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и касается акустооптического интерферометра. Акустооптический интерферометр состоит из антенной решетки, источника когерентного излучения, коллиматора, акустооптического модулятора с четырьмя пьезопреобразователями, фурье-линзы, матричного фотоприемника и цифрового процессора. Антенная решетка содержит две пары ненаправленных приемных элементов, расположенных в одной плоскости так, что линии, соединяющие приемные элементы каждой пары, перпендикулярны друг другу. Выходы первой пары приемных элементов антенной решетки соединены с первой парой пьезопреобразователей непосредственно, а выходы второй пары приемных элементов антенной решетки соединены со второй парой пьезопреобразователей через фазовращатели на 90°. Технический результат заключается в увеличении сектора однозначно определяемых углов прихода радиоизлучения до 360 градусов. 3 ил.

Способ обнаружения радиоизлучения в ближней зоне источника предназначен для выявления факта скрытой установки источников радиоизлучения в пределах охраняемой территории с помощью обнаружителя, работающего в статическом режиме. Антенная система обнаружителя состоит из трех взаимно ортогональных датчиков электрической компоненты поля и трех взаимно ортогональных датчиков магнитной компоненты поля. По данным с выходов датчиков формируется набор из девяти сигналов межкомпонентной корреляции, из которого с помощью двух различных преобразований получают выходной и пороговый сигналы обнаружителя. Технический результат - улучшение характеристик обнаружения скрытых источников радиоизлучения в условиях воздействия помех в виде сигналов удаленных источников радиоизлучения и априорной неопределенности относительно несущей частоты искомого источника.

Изобретение предназначено для определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ). Достигаемый технический результат - повышение точности определения координат местоположения ИРИ. Способ основан на использовании измерений на радиоконтрольных постах значений уровней сигналов (УС) на каждой из выбранных частот и обратно пропорциональной зависимости отношений расстояний от поста до ИРИ и соответствующих им УС, на которых усредняют полученные значения и вычисляют текущую дисперсию УС на каждой из выбранных частот до тех пор, пока текущая дисперсия не станет больше предыдущей, затем усредненные значения УС передают на базовый пост, где получают их отношения и составляют три уравнения, каждое из которых описывает окружность с центрами местоположения постов и радиусами обратно пропорциональными УС и является линией положения, а также определитель Кэли-Менгера, по которому и отношениям усредненных значений УС определяют расстояние от ИРИ до постов, а по двум любым парам составленных уравнений определяют текущее среднее значение широты и долготы местоположения ИРИ как координаты точки пересечения радикальных осей окружностей, то есть как координаты радикального центра линий положения. Текущее среднее значение широты и долготы местоположения ИРИ определяют до тех пор, пока разность двух смежных значений текущих сумм дисперсий широты и долготы местоположения ИРИ не изменит свой знак, после чего усредненные значения координат местоположения ИРИ фиксируют как окончательные. 1 ил.

Использование: изобретение относится к области горно-экологического мониторинга земной поверхности в зонах геодинамического риска и горно-геологического обоснования застройки месторождений полезных ископаемых. Сущность: в способе обнаружения зон геодинамического риска на основе данных радиолокационного зондирования земной поверхности, путем использования многовременных архивных и планируемых радиолокационных изображений среднего и высокого пространственного разрешения, выполняют интерферометрическую обработку точечных амплитудно-фазовых измерений радиолокационного, отраженного от стабильных отражающих объектов на земной поверхности, анализируют скорости смещений и временные ряды смещений, полученные по результатам обработки, и определяют зоны наибольших просадок при геодинамическом мониторинге зданий, сооружений и разрабатываемых месторождений полезных ископаемых. Способ позволяет увеличить среднюю точность скоростей смещений за счет исключения точек с высокой погрешностью; выделить группы объектов, движущихся однонаправленно и передающих общее движение участка земной поверхности. Технический результат: повышение точности расчета смещений и определения группы объектов, движущихся однонаправленно. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ближней локации. Достигаемый технический результат - повышение точности фиксации дальности до распределенного или слабоконтрастного точечного объекта, а также обеспечение высокой помехоустойчивости за пределами рабочей дальности и инвариантности работы автономной информационной системы (АИС) по отношению к типу цели. Указанный результат достигается наличием новых относительно прототипа элементов: генератора шума, сигнал которого складывается с пилообразным модулирующим сигналом, и устройства предельной регрессионной обработки в качестве анализатора, которое повышает точность фиксации дальности, а также обеспечивает отсечку функции чувствительности за пределами рабочей дальности и инвариантность работы АИС по отношению к типу цели. 4 ил.

Изобретение может быть использовано при построении различных радиолокационных или аналогичных систем, предназначенных для определения местоположения летательного аппарата (ЛА). Достигаемый технический результат изобретения - повышение точности навигации ЛА. Способ навигации ЛА заключается в использовании эталонной карты местности; выборе мерного участка местности, находящегося в пределах эталонной карты; составлении первой текущей карты мерного участка и, через равные промежутки времени, второй и третьей текущих карт мерного участка путем измерений наклонных дальностей с помощью многолучевого режима измерения при помощи радиоволн; определении разности результатов многолучевых измерений по первой, второй и третьей текущим картам; сравнении первой текущей и эталонной карт, второй текущей и эталонной карт, третьей текущей и эталонной карт в пределах первого, второго и третьего квадратов неопределенностей соответственно, причем размеры второго и третьего квадратов неопределенности значительно меньше размеров первого квадрата неопределенности; определении координат (плановых координат и высоты) первого, второго и третьего местоположений ЛА в плановых координатах эталонной карты; сравнении координат первого, второго и третьего местоположений ЛА; определении направления, скорости и ускорения движения ЛА; вычислении сигнала коррекции траектории движения и управлении движением ЛА. 3 ил.

Изобретение относится к способам обработки радиолокационных изображений (РЛИ). Достигаемый технический результат - повышение быстродействия обработки РЛИ. Сущность изобретения состоит в следующем. При зондировании участка земной поверхности с помощью радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА), установленного на носителе в виде ЛА, получают отраженный сигнал от земной поверхности, одновременно с получением сигнала определяют с помощью навигационной системы ЛА пространственное положение фазовых центров антенн (ФЦА) и запоминают его. Полученный сигнал на входе РСА представляют в виде суммы радиоизображений объекта, фона и шума наблюдения. При этом фон, на котором расположен объект в совокупности с шумами наблюдения, рассматривают как некоторый эквивалентный шум. Для совместного различения и оценки параметров (координат) используют байесовский метод, предполагающий совместную оптимизацию этих двух операций. В соответствии с байесовским правилом оптимальности необходимо минимизировать апостериорный риск по двум параметрам: оценке дискретного параметра неопределенности i - определить объект, и оценке параметров (координат) объекта, где i - тип объекта. Совместная минимизация риска может быть выполнена в два этапа: сначала по условной оценке параметров (координат) объекта при фиксированном значении i, а затем по всем i. Определение параметров (координат) образа объектов в данном алгоритме предшествует различению самих объектов, однако байесовская оценка формируется после определения i-го объекта. Условную оценку координат объекта получают по методике, приведенной с использованием эталонных моделей объектов, формируемых предварительно. Для различения объектов необходимо выполнить минимизацию апостериорного риска по всем возможным i-типам объектов. При этом алгоритм различения сводится к сравнению усредненных отношений правдоподобия с набором пороговых значений, которые формируются предварительно для всех типов объектов. 1 ил.
Наверх