Автоматизированная система навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем по информации механического и доплеровского датчиков скорости

Авторы патента:

Наркевич Александр Владимирович (RU)

G01C23/00 - Комбинированные приборы, определяющие более чем одну навигационную величину, например для авиации; комбинированные устройства для измерения двух и более параметров движения, например расстояния, скорости, ускорения

Владельцы патента RU 2640312:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Военно-воздушных сил" Министерства обороны Российской Федерации ФГБУ "ЦНИИ ВВС" Министерства обороны РФ (RU)

Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств, а именно к комплексной навигационной аппаратуре на основе аппаратуры счисления координат и спутниковой навигационной системы. Технический результат – расширение функциональных возможностей. Для этого автоматизированная система навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем по информации механического и доплеровского датчиков скорости состоит из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), оснащенной датчиком скорости механическим (ДСМ), датчиком скорости доплеровским (ДСД) и барометрическим высотомером (БВ), спутниковой навигационной аппаратуры (СНА), бортовой ЭВМ, выносного комплекса спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), устройства контроля качества (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации. Бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, а в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы (ЛГ) и кварцевые акселерометры (КА). Спутниковая навигационная аппаратура (СНА), основой которой является приемоиндикатор (ПИ), оснащена антенной системой (АС), состоящей из четырех антенных модулей (AM). Бортовая ЭВМ связана с барометрическим высотомером (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления (ИЦАД) и блока обработки данных (БОД), а через блок согласования (БС) - с датчиком скорости механическим (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским (ДСД). Кроме того, она оснащена периферийными устройствами: клавиатурой (К), видеомонитором (ВМ), устройством документирования (УД), манипулятором графической информации (МГИ). Выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), состоящий из носимого приемоиндикатора (НПИ) и антенны геодезической (АГ), оснащен переносным накопителем навигационной информации (ННИ). Бортовая ЭВМ связана по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно - с аппаратурой передачи данных (АПД). Отличительной особенностью от прототипа является наличие схемы разрешения использования сигналов спутников (СРИСС) на основе алгоритма контроля целостности навигационного обеспечения спутниковых радионавигационных систем. В ее состав входят сумматор, пороговое устройство (ПУ) и ключевое устройство (КУ). В результате при осуществлении изобретения обеспечивается формирование автоматизированной системы навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковой навигационной аппаратуры за счет введения схемы разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры, которая позволяет выявить факт неправильного функционирования спутниковых радионавигационных систем и изолировать выдачу данных от спутниковой навигационной аппаратуры, таким образом повышая целостность системы. 1 ил.

Существуют системы (см. патент RU №2195632 C2, опубл. 27.12.2002), реализующие принципы построения навигационных комплексов на основе инерциальных навигационных систем и спутниковой навигационной аппаратуры. Комплексная аппаратура счисления координат (КАСК) включает в свой состав путевую систему (ПС1), курсовую систему (КС2), вычислитель координатных скоростей (ВКС3), интегратор (И4), сумматор (5), блок ввода начальных координат (БВНК6), позиционную навигационную аппаратуру (ПНА7), блоки сравнения параметров (БСП8, БСП9), блоки ввода поправки или коррекции (БВПК10, БВПК11) и фильтры (Ф12, Ф13), а для обеспечения точной работы устройства в паузах работы ПНА7 в него введены преобразователи плановых координат в радиальные (ППКР14, ППКР15), преобразователь радиальных координат в приращения плановых координат (ПРКППК16), формирователь приращений позиционных координат (ФППК17) ПНА, блок режима начальной установки (БРНУ18) и блок дифференцирования (БД19) с фильтром (Ф20).

Недостатком представленного устройства является то, что применение систем, основанных на приеме сигналов от спутников, требует дополнительно решения задачи обеспечения целостности навигационных данных, что и отсутствует в аналоге. Нарушение целостности навигационных данных связано с нарушением целостности радиосигналов навигационных спутников и проявляется в виде наличия резко выделяющихся из ряда измерений параметров этих сигналов. Причиной этого может быть сбой или искусственный ввод неточных данных о координатах навигационных космических аппаратов, что приводит к существенным ошибкам определения текущих координат местоположения.

Автоматизированная система навигации и топопривязки (см. патент RU №2439497 C1, опубл. 10.01.2012) принята за прототип. Автоматизированная система навигации и топопривязки (АСНТ) состоит из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система 1 (БИНС), оснащенной датчиком скорости механическим 2 (ДСМ), датчиком скорости доплеровским 3 (ДСД) и барометрическим высотомером 4 (БВ), спутниковой навигационной аппаратуры 5 (СНА), бортовой ЭВМ 6, выносного комплекса спутниковой навигационной аппаратуры 7 (ВК СНА), устройства контроля качества 8 (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации. Бесплатформенная инерциальная навигационная система 1 (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров 9 (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, а в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы 10 (ЛГ) и кварцевые акселерометры 11 (КА). Спутниковая навигационная аппаратура 5 (СНА), основой которой является приемоиндикатор 12 (ПИ), оснащена антенной системой 13 (АС), состоящей из четырех антенных модулей 14 (AM). Бортовая ЭВМ 6 связана с барометрическим высотомером 4 (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры 15 (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления 16 (ИЦАД) и блока обработки данных 17 (БОД), а через блок согласования 18 (БС) - с датчиком скорости механическим 2 (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским 3 (ДСД). Кроме того, она оснащена периферийными устройствами: клавиатурой 19 (К), видеомонитором 20 (ВМ), устройством документирования 21 (УД), манипулятором графической информации 22 (МГИ). Выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры 7 (ВК СНА), состоящий из носимого приемоиндикатора 23 (НПИ) и антенны геодезической 24 (АГ), оснащен переносным накопителем навигационной информации 25 (ННИ). Бортовая ЭВМ 6 связана по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно - с аппаратурой передачи данных 26 (АПД).

Недостатком представленной системы является отсутствие алгоритма контроля целостности навигационного обеспечения спутниковых радионавигационных систем, что может сказаться на ошибочном определении координат вследствие неверных данных от спутниковой навигационной системы.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании автоматизированной системы навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковой навигационной аппаратуры за счет введения схемы разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры, которая позволяет выявить факт неправильного функционирования спутниковых радионавигационных систем и изолировать выдачу данных от спутниковой навигационной аппаратуры, таким образом повышая целостность системы.

Автоматизированная система навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем по информации механического и доплеровского датчиков скорости, представленная на фиг. 1, состоит из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система 1 (БИНС), оснащенной датчиком скорости механическим 2 (ДСМ), датчиком скорости доплеровским 3 (ДСД) и барометрическим высотомером 4 (БВ), спутниковой навигационной аппаратуры 5 (СНА), бортовой ЭВМ 6, выносного комплекса спутниковой навигационной аппаратуры 7 (ВК СНА), устройства контроля качества 8 (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации. Бесплатформенная инерциальная навигационная система 1 (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров 9 (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, а в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы 10 (ЛГ) и кварцевые акселерометры 11 (КА). Спутниковая навигационная аппаратура 5 (СНА), основой которой является приемоиндикатор 12 (ПИ), оснащена антенной системой 13 (АС), состоящей из четырех антенных модулей 14 (AM). Бортовая ЭВМ 6 связана с барометрическим высотомером 4 (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры 15 (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления 16 (ИЦАД) и блока обработки данных 17 (БОД), а через блок согласования 18 (БС) - с датчиком скорости механическим 2 (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским 3 (ДСД). Кроме того, она оснащена периферийными устройствами: клавиатурой 19 (К), видеомонитором 20 (ВМ), устройством документирования 21 (УД), манипулятором графической информации 22 (МГИ). Выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры 7 (ВК СНА), состоящий из носимого приемоиндикатора 23 (НПИ) и антенны геодезической 24 (АГ), оснащен переносным накопителем навигационной информации 25 (ННИ). Бортовая ЭВМ 6 связана по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно - с аппаратурой передачи данных 26 (АПД). Отличительной особенностью от прототипа является наличие схемы разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры 30 (СРИИСНА) на основе алгоритма контроля целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем. В ее состав входят вычитающее устройство (ВУ) 27, пороговое устройство 28 (ПУ) и ключевое устройство 29 (КУ).

Автоматизированная система навигации и топопривязки (АСНТ) работает следующим образом. Работа АСНТ построена на обработке входных данных с БИНС 1, ДСМ 2, ДСД 3, БВ 4, СНА 5, ВК СНА 7, УКК 8, АПД 26. Обработка данных осуществляется аппаратно-программными средствами, в которые входят бортовая ЭВМ 6 с периферийными устройствами К 19, ВМ 20, УД 21, МГИ 22, БС 18.

Для осуществления контроля целостности навигационных данных используется значение скорости объекта V_{ДСМ, ДСД}, определяющееся по сигналам ДСМ и ДСД после обработки в БС 18, которое можно представить в виде V_{ДСМ, ДСД}=V_ИСТ+ΔV, где V_ИСТ - истинное значение скорости объекта, ΔV - случайная ошибка измерения, и сигнал на выходе бортовой ЭВМ 6 V_{ДСМ, ДСД}, который получается в результате совместной обработки информации, поступающей на ее вход. Случайная ошибка измерения ΔV БС18 обычно не превышает некоторого максимально допустимого значения ΔV_МАКС, определяемого типом используемых датчиков скорости. Сигналы с выходов поступают в схему разрешения использования информации спутниковой навигационной аппаратуры СРИИСНА 30. Схема включает в свой состав ключевое устройство КУ 29, пороговое устройство ПУ 28 и вычитающее устройство ВУ 27. В вычитающем устройстве из сигнала скорости объекта V_{ДСМ, ДСД} вычитается сигнал с выхода бортовой ЭВМ 6 V_{ДСМ, ДСД}

δV=V_{ДСМ, ДСД}-V=V_ИСТ-V+ΔV=ΔV₁+ΔV.

При совместной обработке информации нескольких измерителей, определяющих один и тот же параметр, ошибка определения этого параметра всегда меньше максимальной ошибки наименее точного измерителя. Так как точность определения скорости спутниковой навигационной аппаратурой СНА 5 в нормальном (без отказов, сбоев или искусственного ввода неточных данных о координатах навигационных космических аппаратов) режиме работы значительно выше точности значения скорости объекта V_{ДСМ, ДСД} в БС 18, то величина сигнала на выходе вычитающего устройства не должна превышать величины

δV<2ΔV

В случае отказов, сбоев или искусственного ввода неточных данных о координатах навигационных космических аппаратов спутниковая навигационная аппаратура СНА 5 будет выдавать информацию о скорости с ошибкой равной или большей, чем ошибка значения скорости объекта V_{ДСМ, ДСД} в БС 18. В этом случае

δV≥2ΔV

Полученный на выходе вычитающего устройства ВУ 27 сигнал поступает на пороговое устройство ПУ 28, имеющее порог 2ΔV_МАКС. Данное устройство управляет работой ключевого устройства КУ 29. Если δV<2ΔV_МАКС, то сигналы, поступающие с выхода спутниковой навигационной аппаратурой СНА 5, проходят через ключевое устройство КУ 29 на вход бортовой ЭВМ 6. Если δV≥2ΔV_МАКС, то сигналы с выхода спутниковой навигационной аппаратурой СНА 5 не проходят через ключевое устройство КУ 29 на вход бортовой ЭВМ 6.

Автоматизированная система навигации с контролем целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем по информации механического и доплеровского датчиков скорости, состоящая из аппаратуры счисления координат, в качестве основного элемента которой используется бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), оснащенной датчиком скорости механическим (ДСМ), датчиком скорости доплеровским (ДСД) и барометрическим высотомером (БВ), спутниковой навигационной аппаратуры (СНА), бортовой ЭВМ, выносного комплекса спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), устройства контроля качества (УКК) навигационных полей спутниковых систем и формирования корректирующей информации, бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) оснащена вычислителем навигационных параметров (ВНП), выполненным с возможностью автоматического учета температурных поправок, а в качестве датчиков первичной информации БИНС используются инерциальные датчики: лазерные гироскопы (ЛГ) и кварцевые акселерометры (КА), спутниковая навигационная аппаратура (СНА), основой которой является приемоиндикатор (ПИ), оснащена антенной системой (АС), состоящей из четырех антенных модулей (AM), бортовая ЭВМ связана с барометрическим высотомером (БВ), состоящим, в свою очередь, из датчика температуры (ДТ), измерителя цифрового атмосферного давления (ИЦАД) и блока обработки данных (БОД), а через блок согласования (БС) - с датчиком скорости механическим (ДСМ) и датчиком скорости доплеровским (ДСД), кроме того, она оснащена периферийными устройствами: клавиатурой (К), видеомонитором (ВМ), устройством документирования (УД), манипулятором графической информации (МГИ), выносной комплекс спутниковой навигационной аппаратуры (ВК СНА), состоящий из носимого приемоиндикатора (НПИ) и антенны геодезической (АГ), оснащен переносным накопителем навигационной информации (ННИ), бортовая ЭВМ связана по соответствующим каналам обмена и управления с вышеперечисленной аппаратурой, дополнительно - с аппаратурой передачи данных (АПД), отличающаяся тем, что в ее состав дополнительно введена схема разрешения использования сигналов спутников (СРИСС), состоящая из вычитающего устройства (ВУ), порогового устройство (ПУ) и ключевого устройства (КУ), при этом ВУ включено в схему СРИСС с возможностью поступления на его вход сигналов с выходов БC и бортовой ЭВМ, ПУ включено в схему СРИСС с возможностью поступления на его вход сигнала с выхода упомянутого ВУ, КУ включено в схему СРИСС с возможностью поступления на его управляющий вход сигнала с выхода ПУ, дополнительно схема СРИСС установлена с возможностью передачи сигналов с выхода СНА через КУ на вход бортовой ЭВМ.

Изобретение относится к оборудованию стрелковых тиров, военных полигонов или как роботизированная платформа в составе перспективных охранных или тактических роботизированных разведывательно-боевых комплексах.

Комплекс бортового оборудования вертолетов и самолетов авиации общего назначения // 2640076

Комплекс бортового оборудования вертолетов и самолетов авиации общего назначения (АОН) содержит многофункциональный индикатор (МФИ), основной пилотажный прибор (ОПП), комбинированную курсовертикаль (КВ), приемники воздушных давлений, приемник температуры торможений, блок преобразования сигналов, интегрированную систему радиосвязи (ИСР), систему табло аварийной и уведомляющей сигнализации, комплект внутреннего светотехнического и светосигнального оборудования, устройство беспроводной загрузки пользовательских данных, ответчик системы управления воздушным движением, аварийно-спасательный радиомаяк, малогабаритный бортовой регистратор, радиовысотомер, автоматический радиокомпас, транспондер автоматического зависимого наблюдения, комплект аппаратуры ближней навигации и посадки VOR/ILS/маркерного приемника/автоматического радиокомпаса, автопилот, соединенные определенным образом с помощью канала информационного обмена.

Трехосный микромеханический блок чувствительных элементов // 2639285

Трехосный микромеханический блок чувствительных элементов содержит корпус в виде шестигранного куба с базовыми поверхностями на боковых гранях, электронные субблоки в виде печатных плат с крышками.

Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков // 2635846

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в одноосных и трехосных измерителях угловых скоростей и линейных ускорений, используемых в инерциальных навигационных системах и в пилотажных системах управления подвижными объектами в качестве датчиков первичной информации.

Способ выставки бинс ла корабельного базирования и устройство для его осуществления // 2635398

Изобретения относятся к области систем навигации летательных аппаратов (ЛА) и могут быть использованы при выставке бесплатформенных инерциальных навигационных систем летательного аппарата (БИНС ЛА) корабельного базирования.

Усовершенствованная система с вращающимся безелем // 2635334

Изобретение относится к часовому устройству, содержащему среднюю часть (30), закрытую задней крышкой и стеклом, указанная средняя часть (30) содержит окружный заплечик (34), в котором имеется канавка (37), указанная канавка расположена на поверхности заплечика, параллельно центральной оси (С) средней части, указанное часовое устройство содержит систему (20) с вращающимся безелем, вращательно установленную в указанном окружном заплечике, характеризующуюся тем, что указанная система с вращающимся безелем включает в себя безельное кольцо (40, 41) по меньшей мере с одной первой выемкой (46), расположенной на поверхности безеля, которая должна быть обращена в сторону указанной канавки после того, как указанная система (20) с вращающимся безелем установлена в средней части, указанная система (20) с вращающимся безелем помимо этого содержит пружинные средства (80), заходящие как в указанную по меньшей мере одну первую выемку (46) безеля, так и в канавку (37) в средней части, удерживая систему (20) с вращающимся безелем в средней части (30) часового устройства.

Система пассивной локации для определения координат летательного аппарата в ближней зоне аэродрома и на этапе захода на посадку с резервным каналом определения дальности // 2633380

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к методам и системам пассивной радиолокации, и может быть использовано для определения местоположения в трехмерном пространстве источника радиоизлучения (ИРИ), размещенного на летательном аппарате (ЛА) (самолет, вертолет и т.п.), за счет приема и последующей обработки электромагнитных волн, порожденных этим ИРИ.

Способ определения кинематических параметров движения гребной механической системы лодка-гребец-вёсла и сил на её элементах // 2621380

Изобретение относится к способам определения кинематических параметров гребной механической системы и сил, приложенных к ее элементам. При реализации предложенного способа осуществляют прямые измерения ускорения и скорости лодки вдоль ее продольной оси и угол поворота весла в вертлюге вокруг вертикальной оси.

Способ оптимальной привязки к подвижной наземной цели и прогноза её параметров на основе субоптимальной процедуры углового сопровождения // 2621374

Изобретение относится к области измерительных систем и комплексов боевых летательных аппаратов (ЛА). Технический результат - повышение точности оценивания и краткосрочного прогноза параметров движения цели на основе субоптимальной процедуры ее углового сопровождения в обеспечение эффективного применения неуправляемых авиационных средств поражения (АСП).

Способ восстановления параметров движения летательного аппарата // 2620786

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может найти применение для восстановления фактических (опытных) параметров движения при проведении летных испытаний летательного аппарата (ЛА).

Способ высокоточного определения навигационных элементов движения судна // 2643072

Изобретение относится к способу высокоточного определения навигационных элементов движения судна. Для определения навигационных элементов, а именно: вектор скорости носовой и кормовой оконечностей судна, положение точки вращения судна, значения угловой скорости поворота судна, отклонения центра тяжести судна от заданной траектории, расстояния от носовой и кормовой оконечностей судна до левой и правой бровки канала, параметров движения характерных точек, вычисляют навигационные параметры спутниковыми навигационными системами и бортовой инерциальной навигационной системой с учетом поправок береговой локальной контрольно-корректирующей станции. Вычисляют следующие навигационные параметры, а именно: текущее расстояние от точек носовых и кормовых обводов судна до опасной изобаты, скорости сближения точек носовых и кормовых обводов судна с опасной изобатой, поперечных составляющих носовой и кормовой оконечностей судна, векторов носовой и кормовой скоростей судна, угловой скорости вращения судна относительно полюса вращения. Вычисленные навигационные параметры используются электронно-картографической навигационно-информационной системой определенным образом. Обеспечивается надежность проводки судна в стесненных условиях и при ограниченной видимости. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Малогабаритный навигационный комплекс // 2644632

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА) с использованием комплексного способа навигации, функционально объединяющего инерциальный способ навигации, спутниковый способ навигации и воздушно-скоростной способ навигации, а также к навигационным приборам для контроля и управления летательными аппаратами. Предлагаемый малогабаритный навигационный комплекс содержит приемник спутниковой навигационной системы (СНС), интегрированный блок датчиков, система воздушных сигналов (СВС), трехкомпонентный магнитометрический датчик (МД), концевой выключатель обжатия стойки шасси, блок определения достоверности сигналов СНС, вычислительный блок, блок определения коэффициентов девиации МД, блок определения курса ЛА, блок резервной навигации, блок адаптации к турбулентности. Технический результат, достигаемый от реализации заявленного изобретения, заключается в сокращении времени начальной выставки, повышении надежности и повышении точности определения истинного курса. 1 табл., 1 ил.

Видеосистема для регистрации нештатных ситуаций на судоходных реках // 2645425

Изобретение относится к устройствам для видеоконтроля водных акваторий с обеспечением регистрации нештатных ситуаций, связанных с движением судов по несанкционированным курсам или их нахождением в запретных зонах. Заявленная видеосистема для регистрации нештатных ситуаций на судоходных реках содержит установленные, по меньшей мере, на одной опоре поворотные видеокамеры видимого диапазона с Ethernet-интерфейсом и ПЗС-матрицей, стандартные сетевые устройства для архивации и обработки видеоданных, обнаружения, идентификации и распознавания объектов оператором, а также малогабаритные лазерные источники света для создания светящихся реперных точек, образующих опорную сетку для определения координат наблюдаемых объектов. При этом на опоре дополнительно установлена лазерно-акустическая система для получения видеоданных подводной части наблюдаемого объекта относительно оси судового хода наблюдаемого объекта. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Система индикации взлета и посадки летательных аппаратов // 2647344

Система индикации взлета и посадки содержит командно-пилотажный индикатор, информационно-измерительную систему (ИИС), бортовую цифровую вычислительную систему, систему автоматического управления, систему единой индикации с отображением на экране набора определенных индикационных маркеров. ИИС содержит радиоэлектронный комплекс командно-информационного взаимодействия навигации и посадки, инерциальную навигационную систему, курсоглиссадную систему, спутниковую навигационную систему, оптическую локационную систему. Обеспечивается увеличение осведомленности летчика о параметрах полета и повышение безопасности и точности пилотирования в сложных метеоусловиях. 3 з.п. ф-лы, 16 ил.