Система локального позиционирования объектов

Изобретение относится к области обработки данных и может быть использовано для создания систем локального позиционирования объектов, в частности для определения местонахождения оборудования и людей в помещениях и на прилегающих площадках. Достигаемый технический результат - повышение точности позиционирования системы. Указанный результат достигается за счет того, что система локального позиционирования объектов содержит идентификаторы и устройство контроля, при этом в устройство контроля входит блок контроля, приемо-передающие устройства, расположенные на известном расстоянии друг от друга, вычислительное устройство. Идентификаторы установлены на объектах и соединены по радиоканалу приема и ультразвуковому каналу передачи с приемо-передающими устройствами, которые по шине управления и шине данных соединены с вычислительным устройством. Местоположение объектов определяется по времени задержки распространения ультразвукового сигнала относительно радиосигнала. 1 ил.

 

Изобретение относится к области обработки данных и может быть использовано для создания систем локального позиционирования объектов, в частности для определения местонахождения оборудования и людей в помещениях и на прилегающих площадках, наблюдения за их перемещением.

Известно, что вблизи и внутри зданий затруднительно применение спутниковых навигационных систем в качестве мобильных устройств позиционирования. Это связано с затуханием и отражением спутникового сигнала при прохождении через металлосодержащие конструкции. Существуют локальные системы позиционирования, основанные на сигналах мобильных сетей связи, точность позиционирования которых во многом зависит от плотности распределения сотовых станций. Работа систем локального позиционирования, основанных на беспроводных Интернет-сетях, таких как Wi-Fi, зависит от плотности распределения точек доступа.

Известна интеллектуальная система безопасности и мониторинга объектов угледобывающих предприятий, содержащая блок информационных и исполнительных элементов, контроллер, модуль цифрового видеонаблюдения, устройство контроля и управления, группу радиочастотных идентификаторов и группу радиочастотных считывателей [RU 98836 U1, G08B 19/00, G08B 21/22, G08B 23/00, 27.10.2010].

Недостатком данной системы является относительно низкая точность позиционирования объектов, поскольку для этого используется информация только о положении самих радиочастотных считывателей, которые получили сигнал от радиочастотных идентификаторов. Следовательно, точность позиционирования определяется суммарной областью чувствительности всех радиочастотных считывателей, которые получили сигнал от соответствующих радиочастотных идентификаторов.

Также известна локальная система позиционирования и управления перемещением объектов, содержащая вычислители положения, ультразвуковые приемники, не менее трех ультразвуковых излучателей и не менее одного ультразвукового приемника корректирующего канала [RU 2011146813 A, G01S 5/18, 27.05.2013].

Установка вычислителей положения на объектах неизбежно ведет к необходимости передачи данных от отдельных вычислителей в единый вычислитель положения всех объектов для создания общей картины событий. Это приводит к усложнению и утяжелению конструкции и, как следствие, возрастанию энергопотребления на объектах, связанного с вычислениями координат и передачей данных.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является система локального позиционирования персонала на крупных техногенных объектах. Система содержит устройство контроля, группу радиомаяков-идентификаторов, по крайней мере три измерительных приемо-передающих устройства, соединенных по радиоканалу приема с группой радиомаяков-идентификаторов, а по каналу передачи - с устройством контроля, измерительные приемо-передающие устройства измеряют расстояние до соответствующих радиомаяков-идентификаторов по уровню принимаемого от них сигнала, устройство контроля определяет местоположение персонала на объекте, причем по крайней мере три измерительных приемо-передающих устройства разнесены по площади объекта, а радиомаяки-идентификаторы установлены на персонале [RU 108184 U1, G08B 19/00, G06K 7/10, 10.09.2011].

Точность такой системы локального позиционирования весьма низкая. Дело в том, что сила сигнала радиопередатчика падает нелинейно при увеличении расстояния. На малых расстояниях разность в силе сигнала велика, но с увеличением расстояния разность в силе сигнала снижается и становится сравнимой с ошибкой измерений. Таким образом, для систем, построенных на измерении силы сигнала, требуется высокая плотность расстановки оборудования. При этом для определения координат необходимы хотя бы три точки приема сигнала, значительно разнесенные в контролируемом пространстве.

Требуемый технический результат заключается в повышении точности позиционирования системы.

Задача, решаемая разработчиками для достижения требуемого технического результата, - переход от определения расстояния до объекта по уровню принимаемого радиосигнала к определению расстояния по задержке распространения ультразвукового сигнала относительно радиосигнала. Использование ультразвукового сигнала, имеющего меньшую скорость распространения в среде по сравнению с радиосигналом, позволяет более точно определить расстояние, пройденное сигналом за промежуток времени. Радиосигнал в этом случае можно использовать для задания момента формирования ультразвукового сигнала. Учитывая, что ультразвуковой сигнал плохо проходит через заграждения, между ультразвуковым передатчиком и ультразвуковым приемником не должно быть препятствий для прохождения ультразвуковой волны (идентификаторы должны находиться в прямой видимости от приемопередатчиков). Учитывая затухание ультразвукового сигнала при распространении, то есть то, что уровень принятого сигнала будет зависеть от пройденного им пути, приемо-передающие устройства должны адаптироваться к условиям приема. Упростить им эту задачу можно, сконцентрировав приемопередатчики в одном месте на известном расстоянии друг от друга, например в устройстве контроля, что обеспечит практически одинаковый уровень принимаемых сигналов. Использование ультразвукового сигнала позволит с высокой точностью без использования сложных устройств определить местоположение объекта в пространстве по данным о расстоянии от объекта до нескольких точек, расположенных на сравнительно малом и известном расстоянии друг от друга.

Известно, что расстояние до объекта S пропорционально скорости распространения ультразвукового сигнала V и времени задержки распространения ультразвукового сигнала относительно радиосигнала Δt:

S≈V⋅Δt.

Технический результат достигается за счет того, что система локального позиционирования объектов, содержащая идентификаторы, установленные на объектах, приемо-передающие устройства и устройство контроля, причем идентификаторы соединены по радиоканалу приема и по ультразвуковому каналу передачи с приемо-передающими устройствами, которые по шине управления и шине данных соединены с входящим в устройство контроля вычислительным устройством и также входят в устройство контроля, располагаясь в нем на известных расстояниях друг от друга, при этом устройство контроля находится в прямой видимости от объектов и находящееся в нем вычислительное устройство определяет местоположение объектов по времени задержки распространения ультразвукового сигнала относительно радиосигнала, идентификаторы активируются персональными кодовыми радиосигналами, а блок контроля, входящий в устройство контроля, проверяет правильность функционирования всей системы в целом.

На чертеже представлена функциональная схема системы локального позиционирования объектов.

Система локального позиционирования объектов содержит идентификаторы - 1 (1-1 - 1-n) и устройство контроля - 2, содержащее вычислительное устройство - 3 и блок контроля - 4. Идентификаторы - 1 (1-1 - 1-n) установлены на объектах и соединены по радиоканалу приема - 5 и по ультразвуковым каналам передачи - 6 с приемопередающими устройствами - 7 (7-1 - 7-m), которые по шине управления - 8 и шине данных - 9 соединены с входящим в устройство контроля - 2 вычислительным устройством - 3 и также входят в устройство контроля - 2, располагаясь в нем на известных расстояниях друг от друга. Устройство контроля - 2 находится в прямой видимости от объектов (идентификаторов). Вычислительное устройство - 3 определяет местоположение объекта по времени задержки распространения ультразвукового сигнала относительно радиосигнала. При этом идентификаторы - 1 (1-1 - 1-n) активируются персональными кодовыми радиосигналами. В устройство контроля - 2 входят приемо-передающие устройства - 7 (7-1 - 7-m).

Система локального позиционирования объектов работает следующим образом.

Определение местоположения объекта сводится к определению расстояния до известных точек. Для этого контрольное устройство 2 формирует на приемо-передающих устройствах 7 радиосигнал по радиоканалу 5, предназначенный для идентификатора 1-1, который регистрирует этот сигнал и формирует сигнал по ультразвуковому каналу передачи 6. Ультразвуковой сигнал достигает приемо-передающих устройств 7 (7-1 - 7-m), которые по шине управления 8 и шине данных 9 соединены с вычислительным устройством 3, с разной задержкой, так как приемо-передающие устройства 7 (7-1 - 3-m) установлены в устройстве контроля 2 на известном расстоянии друг от друга. По этим задержкам относительно радиосигнала и определяется местоположение объекта с установленным идентификатором

Далее, входящее в контрольное устройство 2 вычислительное устройство 3 формирует на приемо-передающих устройствах 7 сигнал по радиоканалу 5, предназначенный для идентификатора 1-2, который регистрирует этот сигнал и формирует сигнал по ультразвуковому каналу 6. Ультразвуковой сигнал достигает приемо-передающих устройств 7 (7-1 - 7-m), которые регистрируют его, и вычислительное устройство 3 определяет местоположение объекта с установленным идентификатором 1-2.

И так далее по очереди. После того как местоположение объекта с установленным идентификатором 1-n определено, вычислительное устройство 3 устройства контроля 2 возвращается к формированию радиосигнала для идентификатора 1-1. Блок контроля 4 устройства контроля 2 проверяет правильность функционирования всей системы в целом.

Ультразвуковой сигнал имеет меньшую относительно радиосигнала скорость распространения, что позволяет более точно определить расстояния до объектов, так как расстояния определяются по времени распространения, а оно значительно увеличивается по сравнению с радиосигналом. Равному промежутку времени соответствует меньшее расстояние, следовательно, равная ошибка в определении интервалов времени имеет меньшее влияние на вычисления расстояний.

Таким образом, благодаря решению поставленной задачи по переходу на определение расстояния до объекта по задержке распространения ультразвукового сигнала относительно радиосигнала достигнут требуемый технический результат. Точность системы локального позиционирования объектов значительно повысилась.

Система локального позиционирования объектов, содержащая идентификаторы, установленные на объектах, приемо-передающие устройства и устройство контроля, отличающаяся тем, что идентификаторы соединены по радиоканалу приема и по ультразвуковому каналу передачи с приемо-передающими устройствами, которые по шине управления и шине данных соединены с входящим в устройство контроля вычислительным устройством и также входят в устройство контроля, располагаясь в нем на известных расстояниях друг от друга, при этом устройство контроля находится в прямой видимости от объектов и находящееся в нем вычислительное устройство определяет местоположение объектов по времени задержки распространения ультразвукового сигнала относительно радиосигнала, идентификаторы активируются персональными кодовыми радиосигналами, а блок контроля, входящий в устройство контроля, проверяет правильность функционирования всей системы в целом.



 

Похожие патенты:

Способ коррекции линейных и угловых координат заключается в том, что на шлеме оператора в реперных точках размещают четыре нашлемных ультразвуковых приемников, а в кабине над шлемом оператора в связанной системе координат кабины - четыре ультразвуковых излучателя.

Изобретение относится к системам дистанционного управления подводными объектами. Надводный носитель выпускает подводный аппарат (ПА) и вместе с ним буй-ретранслятор, оборудуемый антенной приема команд и передатчиком-ретранслятором.

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники. Достигаемый технический результат - высокая разрешающая способность, обеспечивающая определение моментов встречи с преградой нескольких объектов испытания, а также простота и компактность используемых средств.

Изобретение относится к гидроакустическим разностно-дальномерным навигационным системам. .

Изобретение относится к мишенным средствам для определения координат положения в пространстве и во времени пуль и снарядов в различных средах с возможностью восстановления их траектории при стрельбе в тире или на полигоне.

Изобретение относится к области жизненных потребностей человека, а более конкретно - к способам и устройствам для спасения жизни людей, терпящих бедствие на море, в том числе - людей, катапультировавшихся с летательных аппаратов, и может быть использовано для поиска и спасения этих людей в сложных гидрометеорологических условиях - низкой облачности, тумане, в условиях полярной ночи, и при отсутствии у этих людей возможности определения своих координат, а также в условиях отсутствия прямой связи (радиосвязи) со спасателями.

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, в частности к акустической локации, и позволяет определить координаты и вектор скорости объекта, движущегося со сверхзвуковой скоростью.

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники и позволяет определять координаты объекта в характерных точках траектории движения или на местности.

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники. .

Изобретение относится к области морской навигации, в частности к способу использования навигационной гидроакустической системы для определения мест автономных подводных аппаратов относительно точки на дне моря, например, при выполнении научно-исследовательских, поисковых и других работ под водой.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к определению местоположения стрелка на местности с использованием звуковых волн. .Достигаемый технический результат – повышение точности определения координат стрелка. Указанный результат достигается за счет расположения трех датчиков, включая базовый, на одной прямой линии в горизонтальной плоскости на известных расстояниях одного от другого и одного датчика на вертикали от базового датчика также на определенном, известном расстоянии, при этом измерение промежутков времени рассогласования прихода звуковой волны до базового датчика и всех остальных датчиков позволяет сформировать три линейных уравнения и рассчитать координаты точки местонахождения стрелка по звуку выстрела за счет решения этой системы уравнений. 3 ил..

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Предложено устройство для определения местоположения источника сигналов, содержащее персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ), а также первый и второй идентичные каналы, каждый из которых включает первый блок магнитных антенн и последовательно соединенные первый усилитель и первый фильтр, дополнительно содержит подключенные к ПЭВМ блок системы единого времени и блок связи с абонентами, последовательно соединенные второй блок магнитных антенн, первый блок усилителей, первый пороговый блок, первый блок схем ИЛИ, первый таймер, первую схему И и первый блок счетчиков, последовательно соединенные приемник радиации, второй усилитель и первый пороговый элемент, последовательно соединенные блок приемников температуры, второй блок усилителей, второй пороговый блок и первый блок схем И, а также первый тактовый генератор, подключенный ко второму входу первой схемы И и первый блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП), подключенный входами к первому и второму блокам усилителей, а выходами подключенный к ПЭВМ, причем выход первого таймера подключен к ПЭВМ и ко вторым входам первого блока схем И, выходы первого блока схем И подключены ко входам останова первого блока счетчиков, выход первого порогового элемента подключен к первому блоку схем ИЛИ и к ПЭВМ, выходы первого и второго пороговых блоков, выходы первого блока счетчиков, третьи входы первого блока схем И, управляющие входы первого и второго блоков усилителей, второго усилителя, первого и второго пороговых блоков, первого порогового элемента и первого таймера подключены к ПЭВМ, а в каждом канале дополнительно содержатся последовательно соединенные блок датчиков света, третий блок усилителей, первый блок фильтров, четвертый блок усилителей, третий пороговый блок и второй блок схем ИЛИ, последовательно соединенные пятый блок усилителей, второй блок фильтров, шестой блок усилителей, четвертый пороговый блок и третий блок схем ИЛИ, последовательно соединенные первый блок цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и первый блок калибраторов, последовательно соединенные второй блок ЦАП и второй блок калибраторов, последовательно соединенные первый ЦАП, первый калибратор и сейсмометр, последовательно соединенные третий усилитель, второй фильтр, второй пороговый элемент и вторую схему И, последовательно соединенные второй таймер, третью схему И и счетчик, последовательно соединенные второй ЦАП и второй калибратор, последовательно соединенные блок микробарометров, седьмой блок усилителей, третий блок фильтров, восьмой блок усилителей, четвертый блок фильтров, пятый пороговый блок и второй блок схем И, последовательно соединенные третий таймер, четвертую схему И и второй блок счетчиков, а также АЦП и второй блок АЦП, подключенные входами соответственно к первому фильтру и третьему блоку фильтров, а выходами подключенные к ПЭВМ, третий и четвертый блоки АЦП, подключенные входами соответственно к первому и ко второму блокам фильтров, а выходами подключенные к ПЭВМ, четвертый и пятый таймеры, подключенные выходами соответственно ко вторым входам второй схемы И и второго блока схем И, а входами запуска и управляющими входами подключенные к ПЭВМ, второй тактовый генератор, подключенный выходом ко вторым входам третьей и четвертой схем И, схему ИЛИ, подключенную входами ко второму пороговому элементу и к первому блоку ИЛИ, а выходом подключенную к третьему таймеру, и пятую схему И, подключенную первым и вторым входами соответственно к третьему таймеру и к первому блоку ИЛИ, инверсным входом подключенную ко второму таймеру, а выходом подключенную к управляющим входам второго и третьего таймеров. Причем выходы первого блока магнитных антенн подключены к пятому блоку усилителей, выходы первого и второго блоков калибраторов подключены соответственно к первому блоку магнитных антенн и к блоку датчиков света, входы первого и третьего усилителей подключены соответственно к сейсмометру и к первому фильтру, входы останова счетчика и второго блока счетчиков подключены к выходам соответственно второй схемы И и второго блока схем И, выходы второго и третьего таймеров подключены соответственно к третьим входам второй схемы И и второго блока схем И, входы блока микробарометров акустически связаны со вторым калибратором, входы обнуления счетчика и второго блока счетчиков подключены к выходу пятой схемы И, выходы счетчика и второго блока счетчиков, второго и третьего таймеров, третьего, четвертого и пятого пороговых блоков, второго порогового элемента, входы первого и второго блоков ЦАП, входы первого и второго ЦАП, а также управляющие входы второго и третьего таймеров, всех усилителей, фильтров, пороговых элементов, пороговых блоков, блоков усилителей и блоков фильтров подключены к ПЭВМ, выходы второго и третьего блоков схем ИЛИ подключены к первому блоку схем ИЛИ, выход первого блока схем ИЛИ подключен ко второму таймеру, а первый блок магнитных антенн выполнен в виде трех взаимно перпендикулярных магнитных антенн, второй блок магнитных антенн выполнен в виде трех взаимно перпендикулярных низкочастотных магнитных антенн, блок датчиков света выполнен в виде трех взаимно перпендикулярных оппозитных пар датчиков света, блок приемников температуры выполнен в виде 2n (n≥2) размещенных равномерно по окружности в горизонтальной плоскости теплоизолированных друг от друга приемников температуры, второй блок усилителей, второй пороговый блок, первый блок схем И и первый блок счетчиков выполнены 2n-канальными, первый блок АЦП выполнен (2n+3)-канальным, блок микробарометров выполнен в виде 2m (m≥2) размещенных равномерно по окружности в горизонтальной плоскости акустически изолированных друг от друга микробарометров, седьмой и восьмой блоки усилителей, третий и четвертый блоки фильтров, пятый пороговый блок, второй блок схем И, второй блок АЦП и второй блок счетчиков выполнены 2m-канальными, первый, третий, четвертый, пятый и шестой блоки усилителей, первый и второй блоки фильтров, первый, третий и четвертый пороговые блоки, первый и второй блоки калибраторов, третий и четвертый блоки АЦП и первый и второй блоки ЦАП выполнены трехканальными, второй и третий блоки схем ИЛИ выполнены с тремя входами и одним выходом, первый блок схем ИЛИ выполнен с восемью входами и одним выходом, пороговые блоки, первый, второй и третий пороговые элементы выполнены с управлением по порогу, усилители и блоки усилителей выполнены с управлением по фазе, полосе пропускания и чувствительности, таймеры выполнены с управлением по длительности выходного сигнала, и фильтры и блоки фильтров выполнены с управлением по полосе пропускания. Технический результат - уменьшение погрешности при использовании устройства на ближних расстояниях и повышение помехоустойчивости устройства. 1 ил.

Изобретение относится к области способов и устройств акустической пассивной локации и может быть использовано в системах управления огнем артиллерии. Изобретение относится к методам и средствам прицеливания и наводки. Определение местоположения наземной и надводной артиллерии противника осуществляется путем точной регистрации времени прихода звука выстрела на каждый датчик звука (микрофон), которых должно быть не менее трех. По известной скорости звука, расстояниям между датчиками и их месторасположениям вычисляется местоположение артиллерии противника. Устройство для определения местоположения артиллерии противника относится к области артиллерийской разведки и предназначено для фиксации местоположения каждого орудия противника, произведшего выстрел. Предлагаемое устройство осуществляет измерение и оцифровывание сигналов с датчиков звука и затем преобразовывает их в Фурье-образы (амплитуды, фазы и частоты гармоник сигнала). Фурье-образы звука выстрела сравниваются с базовыми Фурье-образами звука выстрела известных типов орудий, с различными уровнями достоверности оценки. По выявленному базовому Фурье-образу и определяется тип орудия, произведшего выстрел, с соответствующей достоверностью оценки. В устройстве также вычисляется точное местоположение данного орудия противника и проводятся необходимые статистические исследования. Предлагаемое устройство может использоваться также для определения местоположения снайперов противника и подводных целей. 2 н.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к области подводной навигации и может быть использовано для определения координат группы подводных объектов, преимущественно подводников и подводных пловцов при отработке совместных действий в бассейне или водолазной башне. Достигаемый технический результат - идентификация и непрерывное определение координат и параметров движения группы подводных объектов, в том числе и при частичном взаимном перекрытии объектов Указанный результат достигается тем, что на каждом из объектов устанавливают оптические маяки, количество которых и места их расположения на подводном объекте выбирают из условия обеспечения непрерывного наблюдения по крайней мере двумя видеокамерами. Фиксируют излучения оптических маяков объектов с помощью четырех видеокамер, расположенных на концах взаимно перпендикулярных осевых линий горизонтального сечения контролируемого объема. Инициацию излучения оптических маяков осуществляют с помощью излучаемого четырьмя излучателями-инициаторами в оптическом диапазоне волн сигнала, длительность которого равна длительности видеокадра Δt, период следования которого равен T=Δt*(N+1), где N - количество объектов в группе, а начало излучения синхронизировано с импульсами кадровой синхронизации видеокамер. В качестве идентифицирующего признака объекта используют предустановленный номер видеокадра, в котором оптический маяк данного объекта излучает сигнал. Выделяют видеопоследовательности в видеокадрах, соответствующих каждому идентифицированному объекту, по которым вычисляют координаты и параметры движения каждого объекта. Обработку видеоинформации с видеокамер производят на вычислительном комплексе, размещенном на пункте контроля за действиями подводных объектов вне контролируемого водного объема. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к средствам для определения позиции микрофона. Технический результат заключается в повышении точности определения позиции микрофона. Устройство содержит приемник (203), принимающий многоканальный сигнал, содержащий два канала для воспроизведения первым динамиком (101) в первой позиции и вторым динамиком (103) во второй позиции соответственно. Первый генератор (207) сигналов генерирует коррелированный сигнал и второй генератор (209) сигналов генерирует некоррелированный сигнал из многоканального сигнала, причем сигналы содержат соответственно коррелированные и некоррелированные компоненты сигнала для каналов. Приемник (201) принимает сигнал микрофона от микрофона (107). Первое средство (213) корреляции определяет первый корреляционный сигнал из корреляции сигнала микрофона и коррелированного сигнала, и второе средство (215) корреляции определяет второй корреляционный сигнал из корреляции сигнала микрофона и некоррелированного сигнала. Средство (219) оценки позиции оценивает позицию микрофона из первого и второго корреляционных сигналов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области обработки данных и может быть использовано для создания систем локального позиционирования объектов, в частности для определения местонахождения оборудования и людей в помещениях и на прилегающих площадках. Достигаемый технический результат - повышение точности позиционирования системы. Указанный результат достигается за счет того, что система локального позиционирования объектов содержит идентификаторы и устройство контроля, при этом в устройство контроля входит блок контроля, приемо-передающие устройства, расположенные на известном расстоянии друг от друга, вычислительное устройство. Идентификаторы установлены на объектах и соединены по радиоканалу приема и ультразвуковому каналу передачи с приемо-передающими устройствами, которые по шине управления и шине данных соединены с вычислительным устройством. Местоположение объектов определяется по времени задержки распространения ультразвукового сигнала относительно радиосигнала. 1 ил.

Наверх