Способ позиционирования удаленного объекта с помощью дальномерно-угломерных приборов



Способ позиционирования удаленного объекта с помощью дальномерно-угломерных приборов
Способ позиционирования удаленного объекта с помощью дальномерно-угломерных приборов

 


Владельцы патента RU 2608176:

Акционерное общество "Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств" (RU)

Изобретение относится к области навигационных систем и может быть использовано для позиционирования удаленных объектов. Достигаемый технический результат - повышение точности и достоверности позиционирования объекта, а также упрощение процедуры прицеливания за счет уменьшения точек наблюдения, ввода критерия правильного выбора этих точек и критерия попадания лучей на объект. Указанный результат достигается тем, что способ позиционирования удаленного объекта осуществляется с помощью дальномерно-угломерных приборов для определения координат удаленных объектов, недоступных для непосредственного позиционирования, при этом с помощью разницы магнитных азимутов определяется правильность расположения позиций наблюдения, с помощью расстояний и углов подъема находятся координаты, с помощью сравнения разницы магнитных азимутов с расчетным углом сходимости проводится проверка попадания лучей на объект. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области навигационных систем и может быть использовано для позиционирования удаленных объектов на основе информации, получаемой от двух и более пространственно разнесенных дальномерно-угломерных узлов.

Как в военных, так и гражданских областях приходится решать задачи, основанные на определении координат удаленных объектов, недоступных для непосредственного позиционирования с помощью, например, спутникового навигационного приемника (СИП). Позиционирование удаленных объектов в гражданской сфере востребовано при проведении геологоразведочных и строительных работ в условиях труднодоступности в горной, лесистой или болотистой местности. В военной области поставленные задачи решаются в целях разведки и целеуказания, при этом особенно остро стоят проблемы удобства использования, точности и достоверности получаемой информации.

В настоящее время широкое применение получили индивидуальные дальномерно-угломерные приборы (ДУП), снабженные дальномером (как правило, лазерным) и средствами для измерения вертикальных и горизонтальных углов (обычно это магнитометры). Направив луч прибора на позиционируемый объект можно получить с его помощью сферические координаты объекта по отношению к точке наблюдения, где располагается ДУП (наклонную дальность, магнитный азимут и угол места). Для определения собственных координат (привязки к местности) ДУП может непосредственно включать либо подключаются к приборам, содержащим СНП.

Позиционирование объектов удобно проводить в связанной с поверхностью земли декартовой локальной системе координат (ЛСК), переведя в нее предварительно координаты пунктов наблюдения. Затем, при необходимости, можно провести обратные преобразования из ЛСК в используемую рабочую систему координат (СК), например в систему координат Гаусса-Крюгера либо геодезическую.

Чаще всего на практике используют способ позиционирования удаленных объектов методом прямой засечки, базирующимся на найденных координатах ДУП и определенных с его помощью сферических координатах объекта: наклонной дальности, магнитного азимута и угла подъема. В ЛСК «восток-север-верх» с началом в точке наблюдения, с учетом собственных координат ДУП и магнитного склонения ,координаты объекта могут быть определены по известным формулам преобразования сферических координат в декартовы:

где ρ - наклонная дальность, β - угол магнитного азимута, α - угол подъема объекта, λ - магнитное склонение в пункте наблюдения.

Далее, при необходимости, проводят преобразование координат в выбранную СК.

Способ прост в исполнении, но имеет ряд недостатков, таких как низкая точность из-за погрешности определения магнитного азимута и магнитного склонения, невозможность использования вблизи металлических конструкций и в зонах магнитных аномалий, возможность грубой ошибки позиционирования из-за отсутствия критерия попадания луча на удаленный объект (ошибка прицеливания).

Для позиционирования с помощью ДУП может быть использован способ (ангуляция), основанный на определении углов на объект с двух позиций (Дардари Д. Методы спутникового и наземного позиционирования. Перспективы развития технологий обработки сигналов. М.: Техносфера, 2012, с. 128, 129).

Позиция определяется в ходе решения треугольника, у которого найдено основание (расстояние между позициями наблюдения) и два прилежащих к нему угла на объект.

Данный способ исключает грубую ошибку прицеливания, но сохраняются и даже могут быть ухудшены за счет двойного использования угловых измерений остальные недостатки:

- низкая точность из-за погрешности определений магнитных азимутов и магнитных склонений;

- невозможность работы вблизи металлических конструкций и в зонах магнитных аномалий.

Наиболее близким к предлагаемому способу является латерационный (основанный на определении расстояний) способ позиционирования, при котором позицию объекта определяют пересечением сфер с центрами в трех либо более позициях наблюдения и с радиусами, найденными с помощью дальномера (Дардари Д. Методы спутникового и наземного позиционирования. Перспективы развития технологий обработки сигналов. М.:Техносфера, 2012, с. 126).

Для k точек наблюдения (k≥3), если координаты в ЛСК i-й точки наблюдения обозначить (xi, yi, zi), а расстояние от нее до объекта ρi, определить позицию объекта можно в ходе решения системы уравнений:

При k=3 помимо основного решения получают и побочное решение, которое должно быть выявлено и отброшено; при k>3 имеют избыточность данных, которая позволяет избавиться от неопределенности и уточнить позицию объекта.

Этот способ более универсален и обеспечивает более высокую по сравнению с предыдущими точность позиционирования объекта за счет более высокой точности измерения линейных расстояний по сравнению с измерением угловых параметров и за счет исключения из расчетов магнитного склонения.

Недостатками данного способа является то, что для позиционирования требуется не менее трех не расположенных на одной прямой точек наблюдения (четырех - если нет логической возможности отбросить побочное решение), точность позиционирования существенно зависит от взаимного расположения точек наблюдения (геометрический фактор), которое не всегда может быть обеспечено для достижения необходимой точности в условиях наземного позиционирования с относительно плоским расположением объектов и точек наблюдения (Генике А.А., Побединский Г.Г. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии. - М. - Картгеоцентр. - 2004. - с. 170-173), возможна грубая ошибка прицеливания из-за отсутствия критерия попадания луча ДУП на удаленный объект.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности позиционирования объекта, а так же упрощение процедуры прицеливания за счет уменьшения точек наблюдения, ввода критерия правильного выбора этих точек и критерия попадания лучей на объект.

Для достижения цели предложен способ пространственного позиционирования удаленного объекта с помощью дальномерно-угломерных приборов, заключающийся в том, что координаты удаленного объекта определяют с использованием нескольких, предварительно измеренных с помощью дальномерно-угломерных приборов расстояний до объекта, при этом в процессе определения расстояний лучи приборов наводятся на объект с точек наблюдения, координаты которых известны. Число необходимых точек наблюдения снижено до двух, используют измеренные с помощью приборов не только расстояния, но и угловые координаты объекта (магнитные азимуты и углы подъема) по отношению к точкам наблюдения, введен критерий выбора точек наблюдения, позволяющий обеспечить необходимую точность позиционирования, введен критерий попадания лучей дальномерно-угломерных приборов на объект в процессе измерений. При этом используют измеренные с помощью дальномерно-угломерных приборов углы подъема и два расстояния до объекта для определения его координат в плане (координат X, Y на горизонтальной плоскости), используют угол подъема и расстояние до объекта, измеренные с помощью дальномерно-угломерного прибора от одной из точек наблюдения, для определения высоты расположения объекта (координата Z), используют разность магнитных азимутов на объект измеренных с помощью дальномерно-угломерных приборов с обеих точек наблюдения для проверки возможности обеспечения необходимой точности позиционирования и (при необходимости) выдачи рекомендаций по смене точки наблюдения, используют измеренные с помощью дальномерно-угломерных приборов магнитные азимуты объекта с обеих точек наблюдения и угол подъема на объект с одной из точек наблюдения для проверки попадания лучей дальномерно-угломерных приборов на объект в процессе измерения и (при необходимости) выдачи предупреждения об ошибке измерения.

Способ вычисления координат удаленного объекта в ЛСК, центр которой совмещен с ближайшим к объекту пунктом наблюдения, состоит из следующих основных шагов (на фиг. 1 показана поясняющая схема пространственного позиционирования, а на фиг. 2 - ее горизонтальная проекция):

Шаг 1. Направляя лучи дальномерно-угломерного прибора на позиционируемый объект, с каждой из двух точек наблюдения получают два комплекта сферических координат объекта.

Шаг 2 (Предварительное позиционирование). Определяют декартовы координаты объекта методом прямой засечки (1) из ближайшего к объекту пункта наблюдения (Xп, Yп, Zп) (расчетная позиция в целях упрощения показана лишь на фиг. 2).

Шаг 3 (Проверка геометрического фактора и критерий выбора точек наблюдения). Определяют приближенный угол сходимости, как приведенной (по модулю 2π) абсолютной разности между магнитными азимутами на объект с обеих точек наблюдения (dm). Если dm выходит за обеспечивающий необходимую точность диапазон (для большинства задач этот диапазон находится в пределах 30÷150°), то выдается признак недостоверности позиционирования с рекомендацией по смене позиции наблюдения и с ориентировочными координатами прямой засечки: X=Xп, Y=Yп, Z=Zп. Прекращают процедуру вычислений.

Шаг 4. Проецируют на горизонтальную плоскость треугольник, образованный расстоянием между пунктами наблюдения (ρ0) и дистанциями от пунктов наблюдения до объекта (ρ1, ρ2):

Шаг 5. Определяют по трем сторонам полученного треугольника (r0, r1, r2) угол при вершине (фиг. 2):

Шаг 6 (критерий попадания лучей на объект). Проводят сравнение между полученным углом при вершине (В) и dm (см. шаг 2). Если сравниваемые значения отличаются друг от друга на допустимую пороговую величину, то осуществляют переход к следующему шагу, в противном случае выдается признак ошибочности засечки и процедуру вычислений прекращают.

Шаг 6. Пересечением окружностей определяют два варианта координат в плане (координат на горизонтальной плоскости) точки схода лучей (фиг. 2):

Из 2-х полученных в ходе решения системы уравнений (5) расчетных решений B(Xp1, Yp1), B'(Xp2, Yp2) оставляют вариант (X, Y), ближайший к точке (Xп, Yп). Фиксируют высоту объекта: Z=Zп. Процедуру вычислений заканчивают.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа позиционирования удаленного объекта является повышение точности и достоверности позиционирования объекта, а также упрощение процедуры позиционирования за счет уменьшения точек наблюдения, ввода критерия правильного выбора этих точек и критерия попадания лучей на объект в процессе измерения.

1. Способ позиционирования удаленного объекта с помощью дальномерно-угломерных приборов, заключающийся в том, что координаты удаленного объекта определяют с использованием нескольких, предварительно измеренных с помощью дальномерно-угломерных приборов расстояний до объекта, при этом в процессе определения расстояний лучи приборов наводятся на объект с точек наблюдения, координаты которых известны, отличающийся тем, что число необходимых точек наблюдения снижено до двух, используют измеренные с помощью приборов не только расстояния, но и угловые координаты объекта - магнитные азимуты и углы подъема, по отношению к точкам наблюдения, введен критерий выбора точек наблюдения, позволяющий обеспечить необходимую точность позиционирования, введен критерий попадания лучей дальномерно-угломерных приборов на объект в процессе измерений.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют измеренные с помощью дальномерно-угломерных приборов углы подъема и два расстояния до объекта для определения его плановых координат X, Y на горизонтальной плоскости.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют угол подъема и расстояние до объекта, измеренные с помощью дальномерно-угломерного прибора от одной из точек наблюдения, для определения высоты расположения объекта - координата Z.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют разность магнитных азимутов на объект измеренных с помощью дальномерно-угломерных приборов с обеих точек наблюдения для проверки возможности обеспечения необходимой точности позиционирования и (при необходимости) выдачи рекомендаций по смене точки наблюдения.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют измеренные с помощью дальномерно-угломерных приборов магнитные азимуты объекта с обеих точек наблюдения и угол подъема на объект с одной из точек наблюдения для проверки попадания лучей дальномерно-угломерных приборов на объект в процессе измерения и, при необходимости, выдачи предупреждения об ошибке измерения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для определения местоположения источников радиоизлучения при построении подсистемы определения местоположения пользовательского терминала спутниковой системы связи.

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в локальных навигационных системах и сетях для управления движением мобильных объектов в локальных зонах навигации.

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в локальных навигационных системах и сетях для управления движением мобильных объектов в локальных зонах навигации.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в радиотехнических системах. Достигаемый технический результат - увеличение точности определения дальности и направления до излучателей без увеличенных базовых расстояний.

Изобретение относится к способам определения координат летательных аппаратов. Для определения координат летательных аппаратов принимают и формируют информацию в пространственно разнесенных приемниках, одновременно регистрируют информацию на основе двух дирекционных углов и угла места летательного аппарата, обрабатывают ее в ЭВМ определенным образом, определяя координаты летательного аппарата в геодезической системе координат.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в навигационных и метеорологических системах. Достигаемый технический результат - определение дальности до молниевых разрядов без ухудшения точностных характеристик и без увеличения габаритов устройства.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к системам пеленгования источников радиоизлучения, и может найти применение в системах слежения за источниками радиоизлучения в целях контроля местоположения объектов, обеспечения устойчивости канала связи, в системах самонаведения.

Изобретение относится к области технических средств регистрации и контроля рейсов подвижных объектов. Технический результат - осуществление контроля за выполнением графика заданного маршрута движения.

Способ относится к радиолокации и радионавигации и предназначен для определения оценок местоположения подвижных источников радиосигнала на дорожной сети. Достигаемый технический результат - расширение возможностей обеспечения однозначного местоопределения подвижного объекта на множестве возможных конфигураций дорожной сети.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение в системах морской навигации. Технический результат - повышение быстродействия.

Изобретение относится к радиотехническим средствам определения местоположения источников электромагнитных сигналов. Детектор широкополосного СВЧ и УКВ сигналов включает контроллер обработки сигнала, содержащий узел СВЧ, содержащий последовательно соединенные антенну, логарифмический детектор и усилитель; узел УКВ, содержащий последовательно соединенные антенну, детектор и усилитель; узел управления, содержащий блоки АЦП, программной фильтрации, принятия решений, передачи данных и энергонезависимой памяти; модуль питающего напряжения, содержащий контроллер заряда, преобразователь напряжения и узел деления напряжения; модуль вторичных детекторов, содержащий чувствительный элемент, датчик касания, акселерометр и оптический датчик вскрытия; светозвуковую индикацию; модуль BlueTooth; модуль RS-485 и модуль USB; причем данные модули соединены с системой сбора и обработки информации; а модуль питающего напряжения соединен с элементом питания и внешним источником напряжения. Описан способ работы детектора широкополосного СВЧ и УКВ сигналов. Технический результат – повышение вероятности обнаружения активности радиоустройства, работающего на частотах стандарта GSM, 2G, 3G, CDMA, CDMA-450, Wi-Fi; снижение вероятности ложной сработки; повышение чувствительности; а также повышенная антивандальная защищенность и простота использования за счет автоматической настройки детектора. 2 н.и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области определения принадлежности точки кривой в многомерном пространстве с помощью компьютерных систем. Технический результат заключается в реализации назначения заявленного решения. Для этого посредством процессора электронного устройства осуществляют получение координат первой кривой, определяющих положение и форму первой кривой в многомерном пространстве, и генерацию второй кривой, являющейся аппроксимацией первой кривой. Затем определяют области многомерного пространства, охватывающие части первой кривой и связанные со второй кривой, и сохраняют на постоянном компьютерно-читаемом носителе координаты областей. Далее осуществляют анализ координат областей и координат точки и индикацию принадлежности точки первой кривой или индикацию отсутствия принадлежности точки первой кривой. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к способу и системе определения адреса. Технический результат – более точное определение физического положения электронного устройства (ЭУ). Способ определения адреса содержит в себе получение геолокационных данных от ЭУ, на основе которых обнаруживаются, по меньшей мере, два наиболее вероятных физических положения ЭУ, причем каждое из них соответствует физическому объекту (ФО), который выбран из предварительно определенного списка и связан с типом ФО. В отношении, по меньшей мере, двух ФО формируется история взаимодействия пользователя, на основе которой определяется специфичный для пользователя фактор вероятности (ФВ), указывающий на вероятность взаимодействия пользователя с каждым ФО. В отношении каждого ФО формируется неспецифичный для пользователя ФВ на основе статистической информации, представляющей предыдущие взаимодействия других пользователей и указывающей на вероятность взаимодействия других пользователей с каждым ФО. Для каждого ФО определяется общий ФО на основе специфичного и неспецифичного ФВ. ФО с наибольшим общим фактором вероятности принимается как наиболее вероятное физическое положения ЭУ и его адрес представляется на карте, отображаемой на ЭУ. 2 н. и 31 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх