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
Способ навигации движущихся объектов
Способ навигации движущихся объектов

 


Владельцы патента RU 2542720:

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

Изобретение относится к области навигации движущихся объектов и может быть использовано при построении различных систем локации, предназначенных для определения местоположения движущихся объектов (ДО), управления их движением и обеспечения навигации ДО. Технический результат состоит в обеспечении возможностей определения высоты движения ДО. Для этого выбирают на эталонной карте мерный участок с реперным объектом (РО), плановые координаты и пространственные параметры которого известны с наибольшей точностью. Получают первую текущую карту РО при движении ДО над мерным участком, которую преобразуют в цифровое изображение текущей карты РО. Распознают РО, определяют его местоположение и пространственные параметры. Сравнивают эталонную и первую текущую карты РО путем их совмещения. Определяют первое местоположение ДО в плановых координатах эталонной карты. Определяют второе местоположение ДО в плановых координатах эталонной карты. Определяют высоту движущегося объекта над эталонной картой путем определения взаимного смещения за время Δt первого и второго местоположений движущегося объекта в пикселах цифрового изображения текущей карты реперного объекта в направлении движения движущегося объекта. Для этого используют базу данных, установленную на движущемся объекте. Вычисляют сигнал коррекции местоположения ДО, который используют для управления движением ДО путем коррекции его местоположения для обеспечения навигации. 10 ил.

 

Изобретение относится к области навигации движущихся объектов и может быть использовано при построении различных систем локации, предназначенных для определения местоположения движущихся объектов, управления их движением и обеспечения навигации движущихся объектов.

Известны способы навигации движущихся объектов (ДО) [1], 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 получают во время движения 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 и обеспечения навигации.

Известен способ навигации движущихся объектов [2], заключающийся в подгонке контуров местности на основе определения местоположения ДО с использованием радиоволн, позволяющий снимать информацию в текущей точке.

Реализация способа [2] заключается в следующем.

Используют информацию эталонной карты местности о навигационном поле Земли.

Выбирают мерный участок местности на эталонной карте, который определяется величиной допустимых отклонений ДО по дальности.

Измеряют при помощи излучения и приема радиоволн плановые координаты xT и yT текущей карты местности.

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

Составляют для мерного участка текущую карту с учетом информации об углах крена, тангажа и курса на основе измерений xT и yT.

Определяют значение функции в точке xЭ и yЭ для эталонной карты местности после прохождения ДО мерного участка.

Совмещают реализации функций φ(xT, yT) текущей карты со значениями φ(xЭ, yЭ) эталонной карты, посредством обеспечения условий: xЭ⇒xT, yЭ⇒yT.

Сравнивают текущее φ(xT, yT) и эталонное φ(xЭ, yЭ) значения.

Вычисляют сигнал коррекции местоположения ДО.

Управляют движением ДО путем коррекции его местоположения для обеспечения навигации.

Недостатком способа [2] является отсутствие информации о высоте движения ДО и текущем местоположении ДО в процессе движения над мерным участком. Недостатком способа [2] также является низкая помехоустойчивость при воздействии искусственных помех, так как способ [2] относится к активным, поскольку используется излучение сигналов при навигации ДО.

Известен способ спутниковой радионавигации ГЛОНАСС [3] для определения координат местоположения, например ДО, на базе спутниковых радионавигационных систем, включающих навигационные спутники (НС) и наземный комплекс (НК), в составе наземной станции траекторных измерений и наземного вычислительного центра.

Реализация способа [3] заключается в следующем.

Используют несколько навигационных спутников (НС).

Формируют каждым НС сложный радиосигнал, который представляет собой гармоническое колебание с цифровой фазовой модуляцией.

Излучают сформированные НС сложные радиосигналы.

Принимают излученные сложные радиосигналы, используя НК.

Измеряют дальность до ДО с помощью принятых излученных сложных сигналов и доплеровское смещение частоты излученного сложного сигнала, используя НК (наземную станцию траекторных измерений).

Определяют (вычисляют) три пространственные координаты ДО (высота и плановые координаты) с помощью НК (наземного вычислительного центра).

Передают вычисленную информацию с НК на борт НС.

Принимают переданную вычисленную информацию на борту НС.

Запоминают принятую информацию от НК на борту НС.

Передают на ДО запомненную принятую информацию с борта НС в навигационном сообщении.

Принимают на ДО навигационное сообщение с борта НС и используют полученную информацию о местоположении ДО для управления движением ДО путем коррекции движения ДО для обеспечения навигации.

Недостатком способа [3] является низкая устойчивость работы при реализации способа за счет действия искусственных помех, которые нарушают работоспособность способа [3]. В результате, во время действия помех информация о местоположении ДО не поступает на его борт и ДО движется по изначальной траектории, а навигация ДО не обеспечивается.

Известен способ навигации [4], выбранный за прототип.

Реализация способа [4] заключается в следующем.

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 один РО, плановые координаты и пространственные параметры которого известны с наибольшей точностью. Реперный объект может быть как пространственно-распределенным, так и состоящим из нескольких пространственно-распределенных объектов. Используют эталонную карту мерного участка с выбранным РО.

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

Получают текущую карту 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 текущей карты РО.

Распознают РО на цифровом изображении текущей карты РО.

Определяют местоположение и пространственные параметры РО на цифровом изображении текущей карты РО.

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

Определяют местоположение ДО в плановых координатах эталонной карты.

Вычисляют сигнал коррекции траектории движения РО.

Управляют движением ДО путем коррекции его местоположения для обеспечения навигации.

Способ [4] имеет недостаток в том, что при определении местоположения ДО не получают значения высоты ДО при движении над мерным участком.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение возможностей способа навигации за счет определения высоты движения ДО над мерным участком с сохранением помехоустойчивости способа.

Технический результат достигается тем, что в способе навигации движущихся объектов, заключающемся в получении текущей карты реперного объекта и определении местоположения движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты, вычисляют сигнал коррекции траектории движения и управляют движением движущегося объекта путем коррекции его местоположения для обеспечения навигации движущихся объектов. Местоположение движущегося объекта определяют путем использования эталонной карты местности в плановых координатах эталонной карты, содержащей реперные объекты, координаты которых известны. Выбирают один реперный объект, находящийся в пределах эталонной карты и который является пространственно-распределенным или состоящим из нескольких пространственно-распределенных объектов. Получают текущую карту выбранного реперного объекта в одном или нескольких диапазонах длин волн. Преобразуют текущую карту реперного объекта в цифровое изображение текущей карты реперного объекта. Распознают реперный объект на цифровом изображении текущей карты реперного объекта. Определяют местоположение и пространственные параметры реперного объекта на цифровом изображении текущей карты реперного объекта. Сравнивают эталонную и текущую карту реперного объекта путем подгонки пространственных параметров реперного объекта на цифровом изображении текущей карты реперного объекта до совпадения с пространственными параметрами реперного объекта на цифровом изображении эталонной карты реперного объекта. Для вычисления сигнала коррекции получают вторую текущую карту реперного объекта через интервал времени Δt после получения первой текущей карты реперного объекта. Определяют второе местоположение движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты. Определяют местоположение движущегося объекта по высоте над эталонной картой в координатах эталонной карты путем измерения смещения в пикселах цифрового изображения текущей карты реперного объекта второго местоположения движущегося объекта относительно первого местоположения в плановых координатах эталонной карты за интервал времени Δt в направлении движения движущегося объекта, используя базу данных, установленную на движущемся объекте, в которой значениям смещения местоположения движущегося объекта в пикселах цифрового изображения текущей карты реперного объекта поставлены в соответствие значения высот движения движущегося объекта.

Технический результат достигается тем, что при реализации способа навигации ДО кроме одной (первой) текущей карты местности получают через время Δt вторую текущую карту, по которым определяют первое и второе местоположения движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты, а для определения местоположения движущегося объекта по высоте в координатах эталонной карты измеряют смещение местоположения ДО в пикселах цифрового изображения текущей карты реперного объекта второго местоположения ДО относительно первого местоположения в плановых координатах эталонной карты за интервал времени Δt в направлении движения.

Способ навигации ДО поясняют следующие чертежи:

- на фигуре 1 представлено первое местоположение ДО в плановых координатах эталонной карты;

- на фигуре 2 представлено второе местоположение ДО в плановых координатах эталонной карты;

- на фигуре 3 показано смещение Δ в пикселах цифрового изображения текущей карты второго местоположения ДО относительно первого в плановых координатах эталонной карты;

- 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;

- на фигуре 8 представлен пример зависимости размера пиксела δ цифрового изображения текущей карты РО на текущей карте РО от высоты Н движения ДО при фиксированном количестве пикселов в цифровом изображении текущей карты РО;

- на фигуре 9 представлен пример зависимости количества пикселов к цифрового изображения текущей карты РО в смещении Δ второго местоположения ДО относительно первого местоположения в плановых координатах эталонной карты от размера пиксела δ цифрового изображения текущей карты РО при фиксированном смещении Δ;

- на фигуре 10 представлен пример зависимости количества пикселов κ цифрового изображения текущей карты РО в смещении Δ второго местоположения ДО относительно первого местоположения в плановых координатах эталонной карты от высоты Н движения ДО.

На графиках: фиг.8, фиг.9, фиг.10 - величины размера пиксела δ цифрового изображения текущей карты РО и высоты Н движения ДО приведены в метрах.

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, тангажа и курса, а также скорости движения ДО.

Получают первую текущую карту 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 первое цифровое изображение первой текущей карты РО.

Распознают РО на первом цифровом изображении первой текущей карты РО.

Определяют местоположение и пространственные параметры РО на первом цифровом изображении первой текущей карты РО.

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

Определяют первое местоположение ДО в плановых координатах мерного участка эталонной карты (фиг.1).

Получают вторую текущую карту 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 текущей карты РО.

Распознают РО на втором цифровом изображении текущей карты РО.

Определяют местоположение и пространственные параметры РО на втором цифровом изображении текущей карты РО.

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

Определяют второе местоположение ДО в плановых координатах РО эталонной карты (фиг.2).

Определяют местоположение ДО по трем координатам (местоположение ДО по высоте в координатах эталонной карты и по плановым координатам эталонной карты). Местоположение ДО по высоте Н в координатах эталонной карты определяют путем измерения смещения Δ второго местоположения ДО относительно первого местоположения в плановых координатах эталонной карты (фиг.3) за время Δt в пикселах цифрового изображения к первой и второй текущих карт РО в направлении движения ДО. Значение высоты H получают при помощи базы данных, в которой значениям смещения Δ местоположения ДО в пикселах цифрового изображения текущей карты РО поставлены в соответствие значения высот Hi движения ДО (i=1, 2, 3, …) с учетом скорости движения ДО.

Вычисляют сигнал коррекции местоположения ДО на основе анализа полученной информации.

Управляют движением ДО путем коррекции его местоположения для обеспечения навигации.

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, тангажа, курса и скорости.

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 [5]. В радиодиапазоне, например, при помощи радиовидения [6]. Принимая излученный сигнал, например, в оптическом диапазоне 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.

Интервал времени Δt выбирают из условия

t M I N Δ t t M A X . ( 1 )

Значение tMIN определяют, исходя из условия необходимости прохождения не менее десяти ячеек эталонной карты (более чем на порядок больше 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 десяти ячеек эталонной карты.

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

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

Преобразуют текущую карту РО в цифровое изображение текущей карты РО. Алгоритм преобразования включает следующие операции:

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

- выбор размера цифрового изображения текущей карты РО равного полю зрения приемника ДО;

- определение размера каждого пиксела цифрового изображения текущей карты 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 текущей карты РО его угловому положению относительно оси приемника.

Преобразование РО на цифровом изображении текущей карты 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 текущей карты РО определяют смещение оси приемника ДО относительно вертикали, с помощью которого получают текущую карту РО (центра цифрового изображения текущей карты РО);

- совмещают центр цифрового изображения текущей карты РО с вертикалью оси приемника путем переноса центра цифрового изображения текущей карты РО в точку, соответствующую проекции вертикали на цифровом изображения текущей карты 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 (2), а также пространственную ориентацию и размеры распознанного РО.

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

x C = i j i h i j S , y C = i j j h i j S , ( 2 )

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

( x ' , y ' , w ' ) = ( x , y , w ) M . ( 3 )

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

M = [ 1 0 0 0 1 0 x c y c 1 ] [ cos θ sin θ 0 sin θ cos θ 0 0 0 1 ] [ 1 0 0 0 1 0 x c y c 1 ] . ( 4 )

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

{ W ' = W , H л е в а я ' = H cos α + d α s i g n ( α ) , H п р а в а я ' = H cos α d α s i g n ( α ) , ( 5 )

где dα - коэффициент деформации, определяемый как d α H 2 ( 1 cos α ) ,

s i g n ( x ) = { 1 , п р и x < 0 0 , п р и x = 0 1 , п р и x > 0 .

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 X большем, чем по оси Y. Размеры описывающего четырехугольника определяют в виде

{ H ' = H W в е р х н и й ' = W cos β + d β s i g n ( β ) , W н и ж н и й ' = W cos β d β s i g n ( β ) , , ( 6 )

где dβ - коэффициент деформации, определяемый как d β W 2 ( 1 cos β ) .

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 текущей карты РО. Распознавание производят с помощью трехэтапной обработки цифрового изображения текущей карты РО. На первом этапе (этап сегментации) осуществляют разбиение текущей карты 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 текущей карты РО.

Определяют координаты центра тяжести РО в плановой системе координат (xC, yC) первого цифрового изображения текущей карты 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 текущей карты РО. Размеры РО определяют посредством измерения длины большой и малой главных осей распознанного РО.

Определяют параметры РО на первом цифровом изображении текущей карты РО.

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

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

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

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

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

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

W ' = D x * W , H ' = D y * H . ( 7 )

Здесь W' и H' - ширина и высота прямоугольника, описанного вокруг РО, после преобразования (в пикселях); W и H - ширина и высота прямоугольника, 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 текущей карты 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 (2);

- совмещают местоположение РО (координаты центра тяжести распознанного РО) на цифровом изображении текущей карты 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 текущей карты РО до совпадения с параметрами РО на цифровом изображении эталонной карты РО.

Определяют по результатам совмещения пространственное смещение РО на первом цифровом изображении текущей карты РО по отношению к РО на цифровом изображении эталонной карты РО и смещение местоположения ДО в плановых координатах мерного участка (фиг.3).

Операции, аналогичные рассмотренным выше, проводят и для второй текущей карты РО.

Смещение Δ второго местоположения ДО относительно первого местоположения в плановых координатах эталонной карты за интервал времени Δt в пикселах цифрового изображения первой и второй текущих карт РО изменяется в зависимости от высоты движения ДО: чем больше высота движения H ДО над местностью, тем больше значение смещения Δ. Поэтому до начала движения составляют базу данных, в которой отражена связь высот Hi движения ДО и смещений Δi ДО: Н=ƒ(Δ). Одновременно в базе данных отражена связь скоростей Vi движения ДО и смещений Δi ДО: V=ƒ(Δ).

Значение высоты H движения ДО получают при помощи базы данных, используя зависимость вида H=ƒ(Δ). Причем при определении высоты H как функции смещения Δ (в пикселах) значение скорости V движения ДО используют для внесения соответствующей поправки в полученное значение высоты H.

Вычисляют сигнал коррекции местоположения ДО на основе анализа полученной информации.

Управляют движением ДО путем коррекции его местоположения.

Рассмотрим алгоритм определения местоположения ДО по высоте в координатах эталонной карты на примере обработки текущей карты РО в оптическом диапазоне длин волн при следующих условиях движения и характеристиках ДО.

Угол γ обзора приемного устройства постоянный. Размер матрицы цифрового изображения текущей карты РО b×b=1000×1000 пикселов (количество пикселов в цифровом изображении текущей карты РО - 1000×1000). Неопределенность по местоположению ДО перед проведением измерений по предлагаемому способу - 1000 м. Скорость движения ДО V=200 м/с, временной интервал получения изображений Δt=1 с. За это время ДО пройдет расстояние в 200 м. Диапазон возможных высот движения ДО выберем от 500 до 1500 м.

На основе рассмотренных исходных данных были получены следующие графики зависимостей:

- зависимость размера пиксела δ цифрового изображения текущей карты РО на текущей карте РО от высоты H движения ДО при фиксированном количестве пикселов в цифровом изображении текущей карты РО (фиг.8);

- зависимость количества пикселов κ цифрового изображения текущей карты РО в смещении Δ второго местоположения ДО относительно первого местоположения в плановых координатах эталонной карты от размера пиксела δ цифрового изображения текущей карты РО при фиксированном смещении Δ (фиг.9);

- зависимость количества пикселов κ цифрового изображения текущей карты РО в смещении Δ второго местоположения ДО относительно первого местоположения в плановых координатах эталонной карты от высоты H движения ДО (фиг.10).

На графиках: фиг.8, фиг.9, фиг.10 - величины размера пиксела δ цифрового изображения текущей карты РО и высоты H движения ДО приведены в метрах.

В таблице 1 приведен фрагмент базы данных, рассчитанной в соответствии с зависимостью количества пикселов κ цифрового изображения текущей карты РО в смещении Δ второго местоположения ДО относительно первого местоположения в плановых координатах эталонной карты от высоты H движения ДО, показанной на фиг.10.

Таблица 1
Количество пикселов в смещении, шт. Высота, м Количество пикселов в смещении, шт. Высота, м Количество пикселов в смещении, шт. Высота, м
400 500,0 393 513,0 386 526,0
399 502,0 392 515,0 385 528,0
398 503,7 391 516,7 384 529,7
397 505,7 390 518,7 383 531,3
396 507,3 389 520,3 382 533,0
395 509,3 388 522,3 381 535,0
394 511,3 387 524,3 380 536,7

Оценка данных, приведенных в таблице 1, показывает, что погрешность определения высоты по предложенному способу составляет единицы метров (по данным таблицы 1 - не более 2 м).

Результаты, представленные на графиках фиг.8, фиг.9 и фиг.10, получены для заданного значения скорости движения ДО. Это означает, что при наличии иной скорости движения ДО необходим пересчет значений количества пикселов в смещении для действующего значения скорости, то есть необходима коррекция значений смещения. Поэтому в базе данных отражена связь скоростей Vi движения ДО и количества пикселов κi в смещении Δi ДО: V=ƒ(κ).

Данная зависимость определяется выражением

κ к о р р = κ д е й с т в × V з а д а н / V д е й с т в , ( 8 )

где κкорр - скорректированное количество пикселов в смещении;

κдейств - количество пикселов в смещении для действующего значения скорости движения ДО;

Vзадан - заданное значение скорости движения ДО;

Vдейств - действующее значение скорости движения ДО.

Так, если действующее значение скорости движения ДО составило Vдейств=210 м/с, значение количества пикселов в смещении для действующего значения скорости составило κдейств=390 при заданном значении скорости движения ДО Vзадан=200 м/с, то скорректированное количество пикселов в смещении составит κкорр=312 (округление до ближайшего целого в большую сторону), которое и должно быть использовано для определения высоты H.

Таким образом, предлагаемый способ навигации движущихся объектов обладает рядом значительных преимуществ перед известными способами навигации, поскольку позволяет определить на основе двух текущих карт местоположение по трем координатам 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 двум цифровым изображениям распознанного реперного объекта, а также путем использования только пассивных методов получения текущих карт реперного объекта.

Отметим, что способ основан на использовании только цифровых карт и цифровых методов обработки информации и изображений.

Литература

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

2. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. - М.: Сов. радио, 1974.

3. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. - М.: Радиотехника, 2005. - 688 С.

4. Патент №2406071 РФ, МПК G01C 21/30 (2006.01). Способ навигации движущихся объектов / Хрусталев А.А., Кольцов Ю.В., Ляпин А.И. // Ретроспективный комплект описаний изобретений за 2010 г. на DVD (Опубл. 10.12.2010. - Бюл. №34) (прототип).

5. Алексеев Е.Г., Банкгальтер Р.И., Курилкин В.В., Моченов В.А. Оценка качества функционирования интегральной оптико-радиолокационной головки самонаведения // Радиотехника. - 2004. - №11. - С.3-11.

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

Способ навигации движущихся объектов, заключающийся в получении текущей карты 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 для обеспечения навигации движущихся объектов, причем определение местоположения движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты осуществляют путем использования эталонной карты местности, содержащей реперные объекты, координаты которых известны, выбора одного реперного объекта, находящегося в пределах эталонной карты, который является пространственно-распределенным или состоящим из нескольких пространственно-распределенных объектов, получения текущей карты выбранного реперного объекта в одном или нескольких диапазонах длин волн, преобразования текущей карты реперного объекта в цифровое изображение текущей карты реперного объекта, распознавания реперного объекта на цифровом изображении текущей карты реперного объекта, определения местоположения и пространственных параметров реперного объекта на цифровом изображении текущей карты реперного объекта, сравнения эталонной и текущей карт реперного объекта путем подгонки пространственных параметров реперного объекта на цифровом изображении текущей карты реперного объекта до совпадения с пространственными параметрами реперного объекта на цифровом изображении эталонной карты реперного объекта, отличающийся тем, что для вычисления сигнала коррекции получают вторую текущую карту реперного объекта через интервал времени Δt после получения первой текущей карты реперного объекта, определяют второе местоположение движущегося объекта в плановых координатах эталонной карты, определяют местоположение движущегося объекта по высоте над эталонной картой в координатах эталонной карты путем измерения смещения в пикселах цифрового изображения текущей карты реперного объекта второго местоположения движущегося объекта относительно первого местоположения в плановых координатах эталонной карты за интервал времени Δt в направлении движения движущегося объекта, используя базу данных, установленную на движущемся объекте, в которой значениям смещения местоположения движущегося объекта в пикселах цифрового изображения текущей карты реперного объекта поставлены в соответствие значения высот движения движущегося объекта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных систем, предназначенных для управления движением летательных аппаратов.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах мобильной связи. Технический результат состоит в повышении точности и надежности позиционирования внутри зданий, допускающего размещение внутри помещений большого количества позиционирующих передающих устройств, не требующего серьезных изменений спутниковых навигационных приемников или иных компонентов, содержащихся в мобильных устройствах, таких как, например, смартфон, а также в недопущении помех существующим навигационным приемникам.

Изобретение относится к области авиации и может быть использовано для поиска чёрного ящика после катастрофы самолета. Чёрный ящик (2) с сигнализацией содержит блок (5) генераторов звука и электромагнитных волн, блок (6) электропитания, рычаг-переключатель (7), камеру 8 сжатого воздуха, резиновую камеру (9), парашют (11), гибкую антенну (12), нишу (13), звукоизлучатель (14), кабель-трос (15), разъем (16), штепсель, розетку, строп, ручку крана и трубы воздухопровода.

Изобретение относится к области определения местоположения пользователя в беспроводной сети. Технический результат заключается в реализации назначения изобретения.

Изобретение относится к области маркшейдерско-геодезического мониторинга и может быть использовано для обеспечения безопасности разработки месторождений нефти и газа.

Изобретение относится к способам обработки радиолокационных изображений (РЛИ). Достигаемый технический результат - повышение быстродействия обработки РЛИ.

Изобретение может быть использовано при построении различных радиолокационных или аналогичных систем, предназначенных для определения местоположения летательного аппарата (ЛА).

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.

Использование: изобретение относится к области горно-экологического мониторинга земной поверхности в зонах геодинамического риска и горно-геологического обоснования застройки месторождений полезных ископаемых.

Изобретение предназначено для определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ). Достигаемый технический результат - повышение точности определения координат местоположения ИРИ.

Изобретение относится к поддержке определения местоположения, относящегося к мобильной станции. Технический результат состоит в более эффективном осуществлении поддержки определения местоположения, относящегося к мобильной станции, способной использовать множественные сети связи. Для этого на сервере безопасного размещения плоскости пользователя (SUPL) системы определения местоположения выполняется определение, к какой из двух сетей связи осуществляет доступ мобильная станция, на основании информации, указывающей точку доступа мобильной станции, причем эта точка доступа сообщается мобильной станцией, что позволяет затем передавать информацию с сервера SUPL на устройство администрирования информации о местоположении. В результате, на устройстве администрирования информации о местоположении прекращаются запросы к сети связи, к которой мобильная станция не осуществляет доступ, по поводу информации о местоположении для использования при определении местоположения мобильной станции. 4 н.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к сетям беспроводной связи. Технический результат состоит в устранении потерь ортогональности при передачах поднесущих. Для этого базовая станция передает опорный сигнал позиционирования (PRS) устройствам беспроводной связи по нисходящему каналу в системе беспроводной связи, кодируя PRS в первом наборе ресурсов передачи, кодируя другую информацию во втором наборе ресурсов передачи, мультиплексируя два набора ресурсов в субкадр так, что первый набор ресурсов мультиплексируется, по меньшей мере, в участок первого набора символов, мультиплексированных с ортогональным частотным разделением (OFDM), основываясь на идентификаторе, связанном с базовой станцией, и второй набор ресурсов мультиплексируется во второй набор символов OFDM. После приема субкадра устройство беспроводной связи определяет, какой набор ресурсов передачи содержит PRS, основываясь на идентификаторе, связанном с базовой станцией, которая передала субкадр, и обрабатывает набор ресурсов, содержащих PRS, чтобы оценить временную информацию, например, время прихода. 10 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного, наземного и морского пространства с использованием прямых и рассеянных подвижными объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Достигаемый технический результат изобретения - повышение вероятности обнаружения и правильной пространственной локализации далеких и слаборассеивающих объектов. Указанный результат достигается за счет применения новых операций адаптивной обработки с обратной связью по полезному радиосигналу, обеспечивающих повышение чувствительности и динамического диапазона при формировании компонент горизонтальной и вертикальной поляризации двухкомпонентного комплексного частотно-временного изображения радиосигналов, рассеянных объектами в анализируемой области доплеровских частот и временных задержек. 3 ил.

Изобретение относится к измерительным системам и может быть использовано для определения пространственной ориентации подвижного объекта. Достигаемый технический результат - повышение точности определения пространственной ориентации объекта путем использования всей энергии сигнала от каждого из N элементов антенной решетки на всем измерительном интервале за счет формирования единого группового сигнала. Указанный результат достигается за счет использования дополнительных модуляторов, сумматора и демодулятора, при этом производится дополнительная модуляция сигнала от каждого элемента антенной решетки своей кодовой модуляционной последовательностью и формирование в сумматоре единого, группового сигнала, обрабатываемого в едином приемном тракте, что исключает погрешности из-за неидентичности при использовании нескольких приемных каналов и нескольких аналого-цифровых преобразователей. Разделение группового сигнала на сигнал от каждого из N элементов антенной решетки происходит на низкой частоте в ходе цифровой обработки в демодуляторе, при этом происходит анализ принятых сигналов на наличие помех и их исключение из группового сигнала путем формирования минимальной чувствительности диаграммы направленности антенной решетки в направлении прихода помех. 1 ил.

Изобретение относится к мобильной связи. Технический результат заключается в обеспечении пользователя терминала информацией, позволяющей определить маршрут к месту назначения. Пользовательский терминал генерирует информацию положения пользовательского терминала, генерирует информацию распознавания места назначения, связывается с аналогичным терминалом и определяет, соответствует ли информация распознавания места назначения первой эталонной информации. В случае соответствия информации распознавания места назначения первой эталонной информации, пользовательский терминал передает информацию распознавания места назначения и информацию положения к аналогичному терминалу.7 з. п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к управлению помехами в беспроводных сетях связи и, более конкретно, к поддержке сигнализации, связанной с глушением опорных сигналов (RS) для снижения помех в беспроводных сетях связи, которые осуществляют передачу опорных сигналов, например, для измерения местоположения. Техническим результатом является упрощение сигнализации, требующейся для того, чтобы управлять или обозначать схему глушения, использующуюся в интересующих сотах, обеспечивают преимущественную основу для распространения схем глушения среди сот (20), устранить потребность в предварительно определенных схемах глушения и потребность обнаружения глушения вслепую устройствами (14) беспроводной связи, такими как UE. Настоящее изобретение обеспечивает схему глушения для передач опорных сигналов в виде алгоритма, определенного, по меньшей мере, комбинацией из последовательности глушения и опорной точки. События глушения для данной соты (20) беспроводной сети связи таким образом разграничиваются от другой соты путем использования другой последовательности глушения, другой опорной точки или обоих. Кроме этого, настоящее изобретение предусматривает использование общей последовательности глушения или опорной точки по всем сотам (20), причем события глушения разделяются между сотами (20) через использование различных опорных точек (в случае общей последовательности глушения) или через использование различных последовательностей глушения (в случае общей опорной точки) или различных последовательностей и различных опорных точек. 6 н. и 36 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к системам радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения. Достигаемый технический результат - определение пространственных координат местоположения стационарных источников радиоизлучений (ИРИ) одним стационарным и одним (или двумя) мобильным постом радиоконтроля. Способ основан на использовании измерений постами радиоконтроля значений уровней сигналов на каждой из назначенных частот в трех точках пространства и преобразовании в мультипликативные функции разностей их обратных отношений и разностей отношений расстояний от точек измерения до источника радиоизлучения. Для обработки составленных мультипликативных функций указанных разностей отношений рассмотрен дихотомический способ. В его основе лежит принцип последовательного определения параметров местоположения ИРИ: широты - Xi, долготы - Yi и высоты - Zi по критерию поиска минимума разностей отношений расстояний местоположения ИРИ до точек измерения, не расположенных на одной прямой, и соответствующих обратных отношений величин измеренных уровней сигналов. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к системам радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения. Достигаемый технический результат - определение пространственных координат местоположения стационарных источников радиоизлучений (ИРИ) одним мобильным постом радиоконтроля. Способ основан на использовании измерений мобильным постом радиоконтроля значений уровней сигналов на каждой из назначенных частот в трех точках пространства и преобразовании в попарную мультипликативную разность их обратных отношений и отношений расстояний от точек измерения до источника радиоизлучения. Для обработки составленных мультипликативных разностей указанных отношений предложен дихотомический способ. В его основе лежит принцип последовательного определения параметров местоположения ИРИ: широты - Xi, долготы - Yi и высоты - Zi по критерию поиска минимума разностей отношений расстояний местоположения ИРИ до точек измерения, не расположенных на одной прямой, и соответствующих обратных отношений величин измеренных уровней сигналов. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения местоположения источников импульсных радиоизлучений. Достигаемый технический результат - определение пространственных координат местоположения источников радиоизлучений (ИРИ) тремя стационарными постами. Способ основан на использовании измерений значений моментов прихода сигналов на три радиоконтрольных поста, два из которых являются стационарными, а один (или два) - мобильными. На основе измеренных моментов прихода сигналов вычисляют разности времени распространения сигналов от ИРИ, формируют определитель Кэли-Менгера размерностью 5×5, раскрывают его, получая полное уравнение четвертой степени. Численное решение этого уравнения дает значения расстояний от источника до постов и на основе пропорциональной зависимости отношений расстояний от поста до ИРИ и соответствующих им отношений величин запаздывания импульсных сигналов получить все сочетания мультипликативных разностей этих отношений. Обработка мультипликативных разностей отношений выполняется дихотомическим методом или методами ускоренного спуска. 5 ил.

Изобретение относится к области навигации движущихся объектов. Достигаемый технический результат - повышение точности навигации. Указанный результат достигается за счет того, что в способе используют эталонную карту местности как априорную информацию о навигационном поле, выбирают участок местности (мерный участок), находящийся в пределах эталонной карты, составляют текущую карту путем вычисления плановых координат мерного участка на основе измерений дальностей с помощью многолучевого режима измерения при помощи радиоволн, находящихся в двух ортогональных плоскостях и излучаемых в виде лучей, из которых первым излучают центральный, а потом - левые и правые боковые относительно центрального, при этом центральный луч перпендикулярен направлению движения движущихся объектов, плоскости лучей повернуты вокруг центрального луча на угол равный 45 градусов относительно направления движения движущихся объектов. Затем определяют разности результатов многолучевых измерений наклонных дальностей, определяют углы эволюции движущихся объектов по азимуту, крену и тангажу в динамике на основе анализа значений доплеровских частот, возникающих при измерениях дальностей по каждому лучу. Значение и знак углов азимута, крена и тангажа при каждом цикле измерений дальностей определяются изменением положения измеренного массива доплеровских частот относительно массива доплеровских частот, соответствующего нулевым значениям углов азимута, крена и тангажа. Вычисляют высоты движущихся объектов в координатах мерного участка в точке определения местоположения движущихся объектов в плановых координатах мерного участка. Сравнивают значения плановых координат текущей и эталонной карт. Вычисляют слагаемые показателя близости для всех возможных положений движущегося объекта. Проводят поиск экстремума показателя близости. Вычисляют сигнал коррекции траектории движения. Управляют движением движущихся объектов путем коррекции их местоположения по трем координатам эталонной карты (плановые координаты и высота) в координатах мерного участка за время движения движущихся объектов над мерным участком. 6 ил.
Наверх