Способ измерения положения дорожно-строительной машины

Авторы патента:

Бондарев Валерий Георгиевич (RU)

Бондарева Татьяна Михайловна (RU)

Сербин Евгений Михайлович (RU)

G01S11/00 - Системы для определения дальности или скорости без использования отражения или вторичного излучения (пеленгаторы G01S 3/00; определение местоположения путем сопоставления двух или более результатов определения дальности G01S 5/00)

Владельцы патента RU 2521972:

Бондарева Татьяна Михайловна (RU)
Бондарев Валерий Георгиевич (RU)
Сербин Евгений Михайлович (RU)

Изобретение относится к определению местоположения с использованием нескольких разнесенных источников излучения. Достигаемый технический результат - автоматизация процесса, повышение точности измерения. Указанный результат достигается за счет того, что по сигналам трех лазерных маяков, установленных вдоль профиля строящейся автотрассы, посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на раме дорожно-строительной машины и выполненных в виде фоточувствительных матриц, размещенных в фокальной плоскости фотообъектива, осуществляют обработку оцифрованного изображения, снимаемого с фоточувствительных матриц для определения координат изображений лазерных маяков, вычисляют координаты трех лазерных маяков относительно дорожно-строительной машины, а затем определяют положение дорожно-строительной машины относительно автотрассы. 1 ил.

Изобретение относится к навигации и может быть использовано для автоматического управления движением дорожно-строительной машины (ДСМ).

Оптические устройства дистанционного определения ориентации подвижных объектов содержат размещаемые на подвижном объекте реперные источники излучения (РИ) и оптико-локационные блоки (ОЛБ), размещаемые на базовом (неподвижном) основании, относительно которого производится определение ориентации подвижного объекта.

Оптико-локационные блоки определяют направления на отдельные РИ (углы-пеленги РИ), используя которые определяют ориентацию подвижных объектов. В ОЛБ широко используются двумерные анализаторы плоских изображений, например, на основе матричных фотодетекторов в сочетании с дальномерным устройством [1]. В классической стереоскопической схеме построения устройств определения ориентации подвижных объектов измеряют углы-пеленги РИ с двух точек, разнесенных на известное расстояние, затем определяют координаты РИ и ориентацию подвижного объекта.

Известен способ [2] локации источников излучения, описанный в патенте на изобретение GB №2002986 A, опубл. 28.02.1979., размещаемых на подвижных объектах, в котором предусматривается использование двух цилиндрических объективов-анаморфотов для формирования изображений РИ в плоскости линейки фотодетекторов. Определив координату изображения РИ и зная фокусное расстояние цилиндрического объектива, определяют угол-пеленг РИ. Используя полученные данные, зная расстояние между формирователями изображения (точками, относительно которых производятся отсчеты углов-пеленгов), вычисляют координаты РИ.

Измерение ориентации подвижного объекта производится в три этапа:

определение углов-пеленгов;

вычисление координат РИ;

вычисление ориентации подвижного объекта с использованием полученных значений координат РИ.

Недостатком такого способа является размещение ОЛБ на неподвижном основании (что соответствует размещению на земле применительно к задаче определения положения ДСМ относительно автотрассы), а также недостаточная информативность, связанная с измерением только угловых координат подвижного объекта.

Известен способ [3] определения местоположения и углов ориентации летательного аппарата (ЛА) относительно взлетно-посадочной полосы (ВПП), описанный в патенте на изобретение РФ №2378664, опубл. 10.01.2010., основанный на формировании области излучения посадочной траектории, приеме сигналов от источников излучения и определении местоположения ЛА относительно ВПП, в качестве источников излучения используют два одинаковых лазерных маяка, регистрируют излучение каждого из двух лазерных маяков с известными координатами, установленных вдоль ВПП на полосах безопасности, посредством двух разнесенных оптико-локационных блоков, установленных на борту ЛА и выполненных каждый в виде плоской фотоматрицы, размещенной в фокальной плоскости фотообъектива, осуществляют обработку оцифрованного изображения, снимаемого с фотоматрицы для определения координат изображений лазерных маяков, вычисляют координаты двух лазерных маяков относительно ЛА.

Недостатками этого способа являются:

низкая точность измерения вертикальной координаты и угла тангажа ЛА (при поперечном размещении маяков относительно оси ВПП) либо низкая точность измерения угла крена (при осевом расположении маяков), что обусловлено применением двух маяков.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения местоположения ДСМ относительно профиля автотрассы. Технический результат при использовании заявляемого изобретения заключается в повышении точности и информативности определения местоположения ДСМ относительно профиля автотрассы и углов его ориентации, достигаемые за счет использования высокоточных измерителей первичной навигационной информации (фоточувствительные матрицы (ФМ) цифровых фотокамер) и вычислителя, алгоритм которого не содержит упрощений, приводящих к методическим погрешностям измерений.

Единый технический результат изобретения достигается тем, что в способе определения местоположения и углов ориентации ДСМ относительно профиля автотрассы, основанном на приеме сигналов от источников излучения и определении местоположения ДСМ относительно профиля автотрассы, в качестве источников излучения используют три лазерных маяка, регистрируют излучение каждого из трех лазерных маяков с известными координатами, установленных вдоль профиля автотрассы, посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на раме ДСМ и выполненных в виде фоточувствительных матриц (ФМ), размещенных в фокальной плоскости фотообъектива, осуществляют обработку оцифрованного изображения, снимаемого с фоточувствительных матриц для определения координат изображений лазерных маяков, вычисляют координаты трех лазерных маяков относительно ДСМ,

$X_{O M_{i}} = F (\frac{B}{Z_{2 i} - Z_{1 i}} + 1),$ $Y_{O M_{i}} = \frac{Y_{1 i} B}{Z_{1 i} - Z_{2 i}}$ , $Z_{O M_{i}} = \frac{B}{2} \frac{Z_{1 i} + Z_{2 i}}{Z_{1 i} - Z_{2 i}}$ ,

где Y_1i, Z_1i, Y_2i, Z_2i - координаты изображений S_1i, S_2i лазерных маяков M_i на фоточувствительной матрице, первый индекс обозначает номер фоточувствительной матрицы, второй индекс i=1…3 - номер лазерного маяка, B - расстояние между центрами фоточувствительных матриц, F - фокусное расстояние фотообъективов,

вычисляют матрицу

где $X_{M_{1}}^{(1)}$ , $Y_{M_{1}}^{(1)}$ , $Z_{M_{1}}^{(1)}$ , $X_{M_{2}}^{(1)}$ , $Y_{M_{2}}^{(1)}$ , $Z_{M_{2}}^{(1)}$ , $X_{M_{3}}^{(1)}$ , $Y_{M_{3}}^{(1)}$ , $Z_{M_{3}}^{(1)}$ - координаты лазерных маяков в системе O⁽¹⁾ X⁽¹⁾ Y⁽¹⁾ Z⁽¹⁾, α_nm - коэффициенты матрицы (A) (n, m=1…3 номера строк и столбцов),

вычисляют углы ψ, υ, γ ориентации дорожно-строительной машины относительно автотрассы

ψ=-arctg(α₁₃/α₁₁),

υ=arcsinα₁₂,

γ=-arctg(α₃₂/α₂₂),

вычисляют координаты $X_{0}^{(1)}$ , $Y_{0}^{(1)}$ , $Z_{0}^{(1)}$ дорожно-строительной машины относительно автотрассы

Существенными отличительными признаками от прототипа является следующая совокупность действий:

определение координат изображений трех лазерных маяков на фоточувствительных матрицах;

вычисление координат трех лазерных маяков в системе координат, связанной с ДСМ;

вычисление значений углов ориентации ДСМ относительно автотрассы; вычисление координат ДСМ относительно автотрассы. На фиг.1 показана схема измерения положения ДСМ относительно автотрассы.

Способ реализуется следующим образом. Пусть горизонтальная система координат O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾Z⁽¹⁾ связана с профилем автотрассы (фиг.1), точка O⁽¹⁾ совпадает с направлением движения ДСМ, ось O⁽¹⁾X⁽¹⁾ - с осью автотрассы, ось O⁽¹⁾Y⁽¹⁾ - нормаль к поверхности профиля автотрассы. В окрестности профиля автотрассы установлено три одинаковых лазерных маяка M₁, M₂ и M₃, координаты которых $X_{M_{1}}^{(1)}$ , $Y_{M_{1}}^{(1)}$ , $Z_{M_{1}}^{(1)}$ , $X_{M_{2}}^{(1)}$ , $Y_{M_{2}}^{(1)}$ , $Z_{M_{2}}^{(1)}$ , $X_{M_{3}}^{(1)}$ , $Y_{M_{3}}^{(1)}$ , $Z_{M_{3}}^{(1)}$ в системе O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾Z⁽¹⁾ известны.

Система координат OXYZ связана с системой технического зрения (СТЗ), которая, в свою очередь, установлена на ДСМ, точка O совпадает с центром отрезка, соединяющего геометрические центры ФМ, ось OX (продольная ось ДСМ) направлена параллельно оптическим осям фотообъективов, а ось OZ (поперечная ось ДСМ) совпадает с линией, проходящей через геометрические центры ФМ, ось OY добавляет другие оси до правой системы координат. Известны расстояние B между центрами ФМ и фокусные расстояния фотообъективов F₁=F₂=F.

Работа бортовой системы технического зрения сводится к определению координат маяков в системе координат OXYZ, которые вычисляются следующим образом:

$X_{O M_{i}} = F (\frac{B}{Z_{2 i} - Z_{1 i}} + 1), Y_{O M_{i}} = \frac{Y_{1 i} B}{Z_{1 i} - Z_{2 i}}, Z_{O M_{i}} = \frac{B}{2} \frac{Z_{1 i} + Z_{2 i}}{Z_{1 i} - Z_{2 i}}, (1)$

Рассмотрим очевидное векторное равенство

$\vec{O^{(1)} O} = \vec{O^{(1)} M} + \vec{M O} = \vec{O^{(1)} M} - \vec{O M}$ .

Перепишем это равенство в матричной форме в проекциях на оси системы координат O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾Z⁽¹⁾.

${(\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix})}^{T} = {(\begin{matrix} X_{O^{(1)} M_{i}}^{(1)} & Y_{O^{(1)} M_{i}}^{(1)} & Z_{O^{(1)} M_{i}}^{(1)} \end{matrix})}^{T} - (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{i}} & Y_{O M_{i}} & Y_{O M_{i}} \end{matrix})}^{T}, (2)$

где вектор ${(\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix})}^{T}$ , характеризующий положение ДСМ в системе координат O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾Z⁽¹⁾, матрица направляющих косинусов

$(A) = (\begin{matrix} \cos ψ \cos υ & \sin υ & - \sin ψ \cos υ \\ \sin ψ \sin γ - \sin υ \cos ψ \cos γ & \cos γ \cos υ & \cos ψ \sin γ + \sin ψ \sin υ \cos γ \\ \sin ψ \cos γ + c o p s ψ \sin υ \sin γ & - \cos υ \sin γ & \cos ψ_{Л} \cos γ - \sin ψ \sin υ \sin γ \end{matrix})$ - матрица преобразования координат, углы ψ, υ, γ (при горизонтальном расположении плоскости O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾ совпадают с углами поворота относительно вертикальной, продольной и поперечной оси ДСМ).

Применим соотношение (2) для трех маяков

${(\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix})}^{T} = {(\begin{matrix} X_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} & Y_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} & Z_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} \end{matrix})}^{T} - (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{1}} & Y_{O M_{1}} & Y_{O M_{1}} \end{matrix})}^{T}$ ,

${(\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix})}^{T} = {(\begin{matrix} X_{O^{(1)} M_{2}}^{(1)} & Y_{O^{(1)} M_{2}}^{(1)} & Z_{O^{(1)} M_{2}}^{(1)} \end{matrix})}^{T} - (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{2}} & Y_{O M_{2}} & Y_{O M_{2}} \end{matrix})}^{T}$ ,

${(\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix})}^{T} = {(\begin{matrix} X_{O^{(1)} M_{3}}^{(1)} & Y_{O^{(1)} M_{3}}^{(1)} & Z_{O^{(1)} M_{3}}^{(1)} \end{matrix})}^{T} - (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{3}} & Y_{O M_{3}} & Y_{O M_{3}} \end{matrix})}^{T}$ .

Совокупность трех последних векторных равенств представляет собой систему 9 нелинейных алгебраических уравнений относительно шести неизвестных $\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix}$ , ψ, υ, γ, то есть их следует отнести к переопределенным. Решение таких систем находят специальными численными методами, но для бортового алгоритма этот путь не является наилучшим. Поэтому воспользуемся тем, что наши уравнения имеют особые свойства, в частности их структура определяется присутствием матрицы направляющих косинусов (A) и это позволяет найти аналитическое решение системы.

Вычитая из второго соотношения первое, а из третьего второе, получим

$\begin{array}{l} (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}} & Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}} & Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}} \end{matrix})}^{T} = \\ = {(\begin{matrix} X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} \end{matrix})}^{T}, \end{array}$

$\begin{array}{l} (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}} & Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}} & Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}} \end{matrix})}^{T} = \\ = {(\begin{matrix} X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} \end{matrix})}^{T} . \end{array}$

Запишем также соотношение, описывающее преобразование координат вектора равного векторному произведению этих векторов

$(A) (\begin{matrix} \begin{array}{l} (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) - \\ - (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ \begin{array}{l} (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}}) - \\ - (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ \begin{array}{l} (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) - \\ - (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) \end{array} \end{matrix}) = (\begin{matrix} \begin{array}{l} (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) - \\ - (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ \begin{array}{l} (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}}) - \\ - (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ \begin{array}{l} (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) - \\ - (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) \end{array} \end{matrix}) .$

Три последних соотношения используем для записи матричного соотношения, в котором матрицы-столбцы занимают место столбцов в блочных матрицах, такая запись следует из правила умножения матриц

$\begin{array}{l} (A) (\begin{matrix} X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}} & X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) - \\ - (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}} & Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}}) - \\ - (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}} & Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) - \\ - (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) \end{array} \end{matrix}) = \\ = (\begin{matrix} X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) - \\ - (Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{^{(1)} O M_{2}}}^{(1)}) \end{array} \\ Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) - \\ - (X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) \end{array} \\ Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) - \\ - (X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{^{(1)} O M_{2}}}^{(1)}) (Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) \end{array} \end{matrix}) \end{array}$

Из последнего матричного равенства выразим искомую матрицу (а) путем умножения справа обеих частей равенства на матрицу обратную сомножителю матрицы (а). Отметим, что определитель этой матрицы не равен нулю, поскольку три вектора, координаты которых записаны в столбцах матрицы, являются линейно независимыми и, следовательно, обратная матрица существует.

$\begin{array}{l} (A) = (\begin{matrix} X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) - \\ - (Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{^{(1)} O M_{2}}}^{(1)}) \end{array} \\ Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) - \\ - (X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) \end{array} \\ Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) - \\ - (X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{^{(1)} O M_{2}}}^{(1)}) (Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) \end{array} \end{matrix}) \times \\ \times {(\begin{matrix} X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}} & X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) - \\ - (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}} & Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}}) - \\ - (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}} & Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) - \\ - (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) \end{array} \end{matrix})}^{- 1} . (3) \end{array}$

Поскольку векторы ${\bar{O M}}_{i}$ , ${(\begin{matrix} X_{O M_{i}}, & Y_{O M_{i}}, & Y_{O M i} \end{matrix})}^{T}$ в системе координат OXYZ непосредственно измеряются с помощью СТЗ, а вектор положения маяков в системе координат O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾Z⁽¹⁾ ${(\begin{matrix} X_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} & Y_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} & Z_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} \end{matrix})}^{T}$ известен по условию задачи, то соотношение (2) можно использовать для вычисления координат ДСМ, относительно профиля автотрассы, предварительно вычислив матрицу (а) посредством соотношения (3).

Последнее выражение дает возможность вычислить углы поворота относительно вертикальной, поперечной и продольной оси

$ψ = - a r c t g (α_{13} / α_{11}), (3)$

$υ = \arcsin α_{12}, (4)$

$γ = - a r c t g (α_{32} / α_{22}), (5)$

где α_nm - коэффициенты матрицы (a) (n, m=1…3 номера строк и столбцов).

Таким образом, задача об определении координат ДСМ $X_{0}^{(1)}$ , $Y_{0}^{(1)}$ , $Z_{0}^{(1)}$ решается путем применения совокупности трех наземных маяков и бортовой системы технического зрения, при этом алгоритм вычисления состоит в последовательном применении соотношений (1), (2), (3), (4), (5) и (6).

Источники информации:

1. Техническое зрение роботов. Под общ. ред. Ю.Г.Якушенкова. - М.: Машиностроение, 1990. - с.168.

2. Патент на изобретение GB №2002986 A, опубл. 28.02.1979. (аналог).

3. Патент РФ на изобретение №2378664, опубл. 10.01.2010. (прототип).

Способ измерения положения дорожно-строительной машины, основанный на использовании в качестве источников излучения двух одинаковых лазерных маяков, регистрации излучения каждого из двух лазерных маяков с известными координатами посредством двух разнесенных оптико-локационных блоков и вычислении координат положения, отличающийся тем, что в качестве источников излучения используют три лазерных маяка, регистрируют излучение каждого из трех лазерных маяков с известными координатами, установленных вдоль профиля автотрассы, посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на дорожно-строительной машине и выполненных каждая в виде фоточувствительной матрицы, размещенной в фокальной плоскости фотообъектива, осуществляют обработку оцифрованного изображения, снимаемого с фоточувствительных матриц для определения координат изображений лазерных маяков в системе координат OXYZ,

где Y_1i, Z_1i, Y_2i, Z_2i - координаты изображений S_1i, S_2i лазерных маяков M_i на фоточувствительной матрице, первый индекс обозначает номер фоточувствительной матрицы, второй индекс i=1…3 - номер лазерного маяка, B - расстояние между центрами фоточувствительных матриц, F - фокусное расстояние фотообъективов,
вычисляют матрицу

где $X_{M_{1}}^{(1)}$ , $Y_{M_{1}}^{(1)}$ , $Z_{M_{1}}^{(1)}$ , $X_{M_{2}}^{(1)}$ , $Y_{M_{2}}^{(1)}$ , $Z_{M_{2}}^{(1)}$ , $X_{M_{3}}^{(1)}$ , $Y_{M_{3}}^{(1)}$ , $Z_{M_{3}}^{(1)}$ - координаты лазерных маяков в системе O⁽¹⁾ X⁽¹⁾ Y⁽¹⁾ Z⁽¹⁾, α_nm - коэффициенты матрицы (A) (n, m=1…3 номера строк и столбцов), вычисляют углы ψ, υ, γ ориентации дорожно-строительной машины относительно автотрассы

вычисляют координаты $X_{0}^{(1)}$ , $Y_{0}^{(1)}$ , $Z_{0}^{(1)}$ дорожно-строительной машины относительно автотрассы

Устройство относится к радиотехнике, а именно к антенно-фидерным устройствам СВЧ бортового радиооборудования самолетов. Техническим результатом является обеспечение кругового обзора пространства приемопередатчиком и тремя радиоприемными устройствами с трехантенной системой и улучшение энергетических характеристик коммутационно-разделительного устройства.

Способ измерения времени прихода сигнала и устройство для его реализации // 2483318

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в приемниках для измерения времени прихода сигналов с двухпозиционной угловой манипуляцией. .

Цифровой временной дискриминатор // 2445728

Способ измерения координат объекта и устройство для его осуществления // 2438142

Изобретение относится к навигации, а именно к системам определения положения объекта без использования отражения или вторичного излучения, и может быть использовано для коррекции инерциальных навигационных систем летательных аппаратов, систем прицеливания и предупреждения столкновений.

Способ контроля скорости транспортного средства на повороте // 2407032

Изобретение относится к системам, устанавливаемым на транспортных средствах, в которых используют трехмерную локацию точек, внешних относительно объекта, например поверхности автодороги, а именно к системам определения положения объекта без использования отражения или вторичного излучения.

Способ обнаружения скрытых радиопередатчиков // 2402788

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам обнаружения радиопередатчиков, несанкционированно установленных в помещении. .

Способ измерения координат объекта и устройство для его осуществления // 2401436

Изобретение относится к навигации и может быть использовано для коррекции инерциальных навигационных систем летательных аппаратов, систем прицеливания и предупреждения столкновений.

Способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям // 2381521

Изобретение относится к информационно-измерительному телевидению и предназначается для решения задач измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным (ТВ) изображениям, формируемых с помощью монокулярных черно-белых, цветных, спектрозональных ТВ камер.

Способ обнаружения и идентификации радиопередатчика по его излучению в ближайшей зоне и устройство для его осуществления // 2364885

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения и идентификации радиопередатчика по его излучению в ближней зоне и, в частности, в поисково-обнаружительных системах обнаружения.

Способ пассивного определения дальности до инфракрасного источника с известной температурой и устройство для его осуществления // 2341812

Изобретение относится к области инфракрасной (ИК) техники и может быть использовано для расширения функциональных возможностей (пассивное определение дальности до объектов с известной температурой) тепловизионных наблюдательных приборов (ТНП), работающих на трассах класса «земля - земля».

Способ измерения времени прихода сигнала и устройство для его реализации // 2524843

Изобретение относится к средствам для измерения времени прихода сигналов с двухпозиционной угловой манипуляцией на приемной позиции. Техническим результатом изобретения является повышение вычислительной эффективности и повышение точности измерения. Данный технический результат достигается за счет исключения неопределенности частоты приема, позволяющего исключить необходимость двумерного поиска аргументов максимума двумерной дискретной кросс-корреляционной функции (ДККФ) для сигнала с двухпозиционной угловой манипуляцией и обойтись, таким образом, поиском аргумента максимума одномерной ДККФ. Формируют двухуровневый модулирующий сигнал и дифференциально декодируют. Отображают каждый символ дифференциально декодированного сигнала на соответствующее количество отсчетов преобразованного в цифровую форму принятого сигнала относительно шкалы времени приемной позиции путем повтора значений дифференциально декодированного сигнала с повышением его частоты выборки до частоты выборки преобразованного в цифровую форму принятого сигнала. Формируют второй цифровой поток данных, который преобразуют с использованием БПФ в значения второго спектра. 2 н.з. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Многопозиционный комплекс с автономными радиолокационными терминалами и гидроакустическими зондами для мониторинга надводного, подводного и воздушного пространства акваторий // 2558666

Изобретение относится к области радиолокации. Техническим результатом является повышение функциональности, автономности, защищенности и надежности работы. Указанный технический результат достигается совокупностью отличительных признаков, а именно снабжением комплекса базовым надводным гидроакустическим терминалом (БНГАТ) с устройством связи (УСБНГАТ) и источником электропитания (ИЭП) и, по меньшей мере, двумя автономными гидроакустическими зондами (АГАЗ) с гидроакустическими антеннами (ГАА), приемопередающими устройствами (ППУАГАЗ) и устройствами связи (УСАГАЗ), снабжением каждого автономного радиолокационного терминала (APT) устройством связи с базовым радиолокационным терминалом (БРТ) и другими APT и приемопередающей аппаратурой государственного опознавания и автоматической идентификации судов (ПЛАТО и АИС), снабжением БРТ устройством освещения текущей обстановки (УОТО) с экраном и базой данных (БД), устройством государственного опознавания (УГО) с шифрующим-дешифрующим блоком (ШДБ) и блоком оценки (БО), устройством автоматической идентификации судов (У АИС) и устройством гидроакустического обнаружения (УГАО) с ШДБ и БО, а также устройством управления и функционального контроля (УУФК) APT, УГО, УАИС, УГАО и АГАЗ. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ имитации квадратурных опорных сигналов // 2568277

Изобретение относится к средствам проектирования объектов самонаведения, стабилизированных вращением с многими неизвестными. Технический результат заключается в моделировании в реальном времени как цифровых, так и аналоговых форм квадратурных опорных сигналов. В способе в условиях изменения источников излучения своих геометрических размеров и форм производят настройку модели как систему отсчета координат в режиме вращения. Синхронно по частоте и фазе имитируемого вращения формируют два сигнала "развертки-свертки" линий синуса и косинуса единичной тригонометрической окружности, сопоставляют по первому каналу сигнал "развертки-свертки" линии синуса, а по второму - линии косинуса, с полем переменных опорных уровней, при котором позиции поля уровней и переменный шаг квантования выбирают с учетом приближения к исходным единичным синусно-косинусным функциям метода аппроксимации, а в моменты пересечений сигналами "развертки-свертки" каждого уровня формируют квадратичные опорные сигналы в виде последовательности счетных импульсов, кодирующих синусно-косинусные функции унитарным число-импульсным кодом в виде двоичного числа, а также в виде параллельного дополнительного двоичного кода и в аналоговой форме. 6 ил.

Способ определения погрешностей при траекторных измерениях межпланетных космических аппаратов за счет распространения радиосигналов в ионосфере земли и межпланетной плазме // 2578003

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано в навигации космического аппарата (КА). Принимают измерительные сигналы с КА и квазара, обеспечивают минимальный сдвиг по времени между измерениями с КА и квазара, выбирают проекцию углового положения квазара, максимально приближенную к положению КА, и с совпадением трасс прохождения сигналов от КА и квазара к измерительной станции, определяют двухчастотным методом смещение частот сигналов, определяют погрешность в измерениях скорости КА, определяют интегральную ионизацию трассы квазар-измерительная станция, вычисляют временную задержку прохождения сигнала, равную погрешности измерения дальности, передают полученные данные в баллистический центр совместно с результатами траекторных измерений КА для расчета траектории КА. Изобретение позволяет измерить погрешность траекторных изменений КА, вызываемых распространением измерительных радиосигналов через ионизированную среду. 2 ил.

Способ адаптивного формирования единой системы траекторий движения железных дорог россии по глобальным координатам в новой трехмерной прямоугольной системе координат непосредственно на эллипсоиде // 2580436

Изобретение относится к навигации подвижных железнодорожных объектов. Техническим результатом является обеспечение самокалибровки и самонастройки навигационных систем локомотивов. В способе на протяжении всех магистралей устанавливают единую систему ортогональных координат непосредственно на эллипсоиде, определяют глобальные трехмерные координаты оси пути измерительно-вычислительным комплексом, с интервалом 1 м, получают линейные метровые метрические графы, совпадающие с метровыми векторами или линейными метровыми сплайнами, представляющими собой непрерывные функции. 3 ил.

Способ определения дальности и высоты короткоимпульсного высотного источника рентгеновского излучения с помощью наземного фотоприёмного устройства // 2586890

Изобретение относится к разностно-дальномерным способам определения координат импульсных источников ионизирующих и электромагнитных излучений. Достигаемый технический результат - упрощение осуществления способа. Указанный результат достигается за счет того, что при помощи наземного фотоприемного устройства регистрируют импульсы от оптического флуоресцентного излучения, которое возникает в результате воздействия рентгеновского излучения от источника на атмосферу. Фотоприемное устройство позволяет регистрировать время и направление прихода оптического импульса в направлении на источник. При этом измеряется зенитный угол источника. Кроме того, при помощи фотоприемного устройства регистрируют время прихода импульса оптического флуоресцентного излучения, приходящего из зенита. По измеренной разности времен прихода оптических импульсов из зенита и в направлении на источник и по измеренному зенитному углу источника определяют дальность до источника рентгеновского излучения и его высоту. 1 ил.

Способ пассивной однопозиционной угломерно-разностно-доплеровской локации перемещающегося в пространстве радиоизлучающего объекта и радиолокационная система для реализации этого способа // 2617830

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в системах пассивной радиолокации, радиопеленгации и радиотехнического наблюдения для однопозиционного определения направления и скорости движения в пространстве радиоизлучающих объектов (РИО), селекции их по скорости, а также определения местоположения и траекторий движения. Достигаемый технический результат изобретения - возможность измерения направления движения РИО (курсового угла), величины модуля линейной скорости, наклонной дальности и траектории движении РИО. Указанный результат достигается за счет того, что восстанавливают, зная вид модуляции, несущую частоту принятого сигнала, формируют в соответствующие моменты времени и запоминают значения ее отсчетов, представляют результаты в виде соответствующей зависимости от времени, фильтруют полученную зависимость для уменьшения ошибок измерений, получая усредненную зависимость, выбирают из зависимости и фиксируют в заданные моменты времени требуемые для вычислений значения несущей частоты сигнала, интерполируют полученные усредненные угловые зависимости азимута и угла места, вычисляют интервалы времени прохождения объектом соответствующих азимутальных секторов, вычисляют приращения доплеровских сдвигов частоты принимаемых сигналов, вычисляют интерполированные и экстраполированные значения дальностей на интервале наблюдения, определяют критерий сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО, определяют наклонные дальности и высоты по соответствующим формулам, на основании соответствующих вычислений строят траекторию движения РИО в пространстве на интервале наблюдения, проверяя справедливость гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО, при этом устройством, реализующим способ, является угломерно-разностно-доплеровская радиолокационная система, выполненная определенным образом. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ обеспечения посадки вертолета // 2621215

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для автоматизации процесса измерения параметров положения вертолета на посадке и оценить пригодность подстилающей земной поверхности для безопасной посадки в автоматическом режиме. Технический результат – повышение безопасности полетов. Для этого осуществляют излучение по меньшей мере четырех разнесенных искусственных световых контрастов, создаваемых бортовыми лазерными узконаправленными источниками излучения, установленными на стабилизированной платформе, регистрируют посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на стабилизированной платформе, определяют координаты изображений искусственных световых контрастов на фотоматрицах, вычисляют их координаты в системе координат, связанной с стабилизированной платформой. Вычисляют высоту вертолета, углы ориентации земной поверхности относительно горизонта и определяют углы, характеризующие неровность поверхности в окрестности точки посадки, что обеспечивает обоснованный выбор места для безопасной посадки. 2 ил.

Устройство определения дальности и направления // 2625098

В устройстве определения дальности и направления осуществляется его упрощение без уменьшения точности определения направлении благодаря введению повернутой узконаправленной антенны, отражателя, второго приемника, амплитудного селектора, блока определения малого временного интервала, вычислителя и датчика расстояния между антенной с отражателем, при этом повернутая узконаправленная антенна жестко связана с широконаправленной антенной, имеет электромагнитный вход, связанный с электромагнитным выходом отражателя, и имеет выход, соединенный через второй приемник, амплитудный селектор с первым входом блока определения малого временного интервала, имеющего второй вход и группу выходов, соответственно соединенные с выходом приемника и с первой группой входов вычислителя, имеющего вторую группу входов, соединенную с группой выходов преобразователя дальности, и имеющего третью группу входов, соединенную с группой выходов датчика расстояния между отражателем и повернутой узконаправленной антенной, и имеющего группу выходов, соединенную с группой входов индикатора. 1 ил.

Способ определения местоположения короткоимпульсного высотного источника рентгеновского излучения с помощью средств космического базирования // 2626016

Изобретение относится к разностно-дальномерным способам определения координат импульсных источников ионизирующих и электромагнитных излучений. Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения источника рентгеновского излучения, устранение зависимости измерений от метеоусловий. Способ заключается в том, что при помощи устройств, установленных на космическом аппарате (спутнике), регистрируют импульсы рентгеновского излучения от источника и оптического флуоресцентного излучения, приходящего из направления в надир. Оптическое флуоресцентное излучение возникает в результате воздействия рентгеновского излучения от источника на атмосферу. Регистрируют время и направление прихода рентгеновского импульса и время прихода оптического импульса из надира. При этом измеряют угол между направлениями на источник и надиром. Измеряют разность времен прихода импульсов из направления на источник и из надира. По измеренной разности времен и по измеренному углу между направлениями на источник и в надир при известной высоте орбиты космического аппарата определяют высоту источника и дальность между космическим аппаратом и источником. 1 ил.