Арктическая система вождения и навигационного обеспечения наземного транспорта

Изобретение относится к области систем управления наземными транспортными средствами в арктических условиях. Технический результат – расширение функциональных возможностей. Для этого система обеспечивает вождение объектов и субъектов навигации по арктическим дорогам магистрального и регионального назначения, в том числе дорогам, соединяющим отдельные острова и архипелаги с континентальными участками, при этом используется подземный токоведущий кабель, металломинерализированные грунтовые дорожки, бетонные плиты и покрытия с металлической арматурой, ориентированной вдоль дороги, обесточенные металлосодержащие кабели, металлическое трубопроводы и другие подземные металлосодержащие коммуникации, при этом покрытая дорога детектируется металлоискателем, например, локационного типа. В результате обеспечивается поддержка единой интегрированной системы навигационного обеспечения наземного транспорта в арктическом секторе, не зависящей от спутниковых и навигационных систем навигации, не подверженной средствам радиоэлектронного противодействия, надежно работающей в особых климатических и навигационных условиях высоких широт. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к системам управления вождением наземных транспортных средств в арктических условиях.

В дальнейшем, при характеристике разработанного технического решения, будет использован термин «металломинерализированные грунтовые дорожки». В контексте данной заявки он означает грунтовые дороги, в составе покрытия которых есть признаки любого детектируемого металла или металл в любом виде, например в виде гранул, обедненной металлосодержащей руды и т.д.

Арктический сектор РФ характеризуется тяжелыми метеоклиматическими и рельефно-почвенными условиями, а также сложностью навигационного обеспечения в высоких географических широтах. К этому следует добавить экстремально низкие температуры, длительные туманы, значительные снежные осадки и сильные ветры, при которых дороги и их обозначения становятся трудно различимыми, практически непригодными для эксплуатации в навигационном отношении. Эти обстоятельства, особенно в условиях малой населенности, существенно отягощаются в период полярной ночи при отсутствии средств навигации, коммуникации, инфраструктуры жизнеобеспечения.

Между тем, программа освоения арктического сектора РФ актуализирована и имеет целью развитие населенного жизнедеятельного пространства для эффективного использования значительной природно-ресурсной базы, а также в интересах повышения военно-оборонного потенциала.

Известна (RU патент 2515128, опубл. 10.05.2014) автоматизированная система на автотранспорте, включающая в себя устройство записи и воспроизведения информации на магнитных носителях, магнитофон, компьютер, жидкокристаллический монитор, звуковой динамик, ультракоротковолновый передатчик, причем в качестве магнитного носителя информации служит дорожное покрытие автодороги с ферромагнитным материалом, головка воспроизведения и обратная связь устанавливаются на автомобиле перпендикулярно дорожному покрытию и регистрируют изменение магнитного поля в момент движения автотранспорта по специально оборудованным участкам дороги с магнитным носителем, колебания магнитного поля, преобразованные электромагнитной головкой, поступают на микропроцессор, автотранспортное средство, двигаясь по дорожному покрытию с ферромагнитным наполнителем, считывает записанную на этом отрезке дороги информацию, обрабатывает ее и направляет к исполнительным устройствам автотранспортного средства, электронному датчику идентификационного кода (vin), устройствам оповещения, монитору и звуковому динамику, а также к бортовому компьютеру автотранспортного средства, информация, получаемая при движении автотранспортного средства согласно устанавливаемым алгоритмам программы, автоматически ограничивает скорость движения, делает невозможным выезд на полосу встречного движения, принудительно останавливает автотранспортное средство при проезде перекрестков и железнодорожных переездов на запрещающие сигналы светофора и идентифицирует автотранспортное средство.

Известная система сложна в изготовлении и обслуживании, используемое оборудование механически не прочно и требует дорожного покрытия высокого качества.

Известна (RU патент 2596244, опубл. 10.09.2016) арктическая подводная навигационная система для вождения и навигационного обеспечения надводных и подводных объектов навигации в стесненных условиях плавания, содержащая проложенный по дну ведущий кабель, береговой генератор тока и судовую аппаратуру, при этом дополнительно вдоль трассы кабеля установлены, по меньшей мере, два гидроакустических маяка с различающимися частотами излучения импульсных сигналов, синхронизированных по тому же кабелю, при этом судовая аппаратура выполнена с возможностью определения положения объекта вдоль кабеля по гиперболическим изолиниям, соответствующим измеренным разностям времен прохождения сигналов от пары гидроакустических маяков, координаты которых заведомо известны.

Недостатком известного технического решения следует признать узкую область применения - только судовождение.

Известна (RU заявка 2015139940, решение о выдаче патента от 13.02.2017) навигационная система маршрутного пилотирования летательных аппаратов в арктических акваториях, содержащая проложенный между взлетно-посадочными пунктами материково-островной акватории подводный токоведущий кабель низкой частоты питания, а на летательных аппаратах установлено забортное приемное устройство, состоящее, по меньшей мере, из трех ортогонально расположенных магнитоприемников, оси чувствительности которых направлены по трем главным осям летательного аппарата, и бортовое устройство регистрации параметров магнитной составляющей электромагнитного поля, генерируемого подводным токоведущим кабелем.

Недостатком известного технического решения следует признать узкую область применения - только летательные аппараты.

Техническая задача состоит в разработке транспортной системы вождения и навигационного обеспечения маршрутных дорог магистрального и регионального назначения, надежно функционирующей, всепогодной, круглогодичной, устойчивой к различным внешним воздействиям, к физическим полям естественной природы или искусственного их происхождения с целью противодействия, в частности, радиоэлектронными средствами, работающей автономно и не требующей спутниковых или других навигационных систем, например инерциальных.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанной системы, состоит в создании единой интегрированной системы навигационного обеспечения наземного транспорта в арктическом секторе РФ, не зависящей от спутниковых и навигационных систем навигации, не подверженной средствам радиоэлектронного противодействия, надежно работающей в особых климатических и навигационных условиях высоких широт.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную арктическую систему вождения и навигационного обеспечения наземного транспорта. Для навигационного обеспечения и вождения транспорта по магистральным дорогам она содержит подземный токоведущий кабель, подключенный к генератору переменного тока, причем указанный токоведущий кабель выполняет функцию навигационного обозначения трассы.

Дополнительно система содержит бортовую регистрирующую аппаратуру, включающую два ортогонально расположенных в горизонтальной плоскости транспортного средства индукционных магнитоприемника, и бортовое устройство регистрации параметров магнитной составляющей электромагнитного поля, генерируемого подземным токоведущим кабелем.

Для навигационного обеспечения и вождения транспорта по региональным дорогам она содержит расположенные вдоль дороги металломинерализированные грунтовые дорожки, железобетонные плиты с ориентированной вдоль дороги арматурой, обесточенные кабели и другие металлосодержащие подземные коммуникации, а также бортовую аппаратуру, содержащую детектор металлов, и бортовое устройство регистрации параметров детекции, подключенное к указанному детектору.

При реализации разработанной системы для группы островов архипелага, а также организации трассы между островами и материком, также использован токоведущий кабель, подключенный к генератору переменного тока и обеспечивающий вождение водоизмещающих транспортных средств типа амфибии, например, тягача с положительной плавучестью, а также неводоизмещающих транспортных средств, например экранопланов, при этом навигационное сопровождение дополнительно обеспечено телеметрической информацией обозначения.

В настоящее время основными средствами наземного транспорта Арктики являются вездеходы, снегоболотоходы, например легкие плавающие типа «Тайга» или ТТМ4902 в различных модификациях - пассажирские, грузовые, специализированные для обслуживания промышленных, производственных или военных объектов и другие. Их дополнительное оборудование бортовой регистрирующей аппаратурой, не содержащей уникальных узлов и блоков, достижимо.

Сущность изобретения состоит в том, что вождение и навигационное обеспечение арктического наземного транспорта магистрального назначения будет осуществляться по токоведущему подземному кабелю, а для региональных дорог - по дорожным «ведущим» полосам, выполненным вдоль дороги в виде траншей или каналов, засыпанных металломинерализованным грунтом, бетонным плитам с металлической арматурой, ориентированной вдоль дороги, подземным обесточенным кабелям и другим металлосодержащим подземным коммуникациям, которые детектируются по принципу «металлоискателя».

При этом по магистральной трассе дополнительно размещают датчики измерения толщины снежного покрова, а также датчики радиолокационного обзора и средства трансляции информации по кабельной линии связи в пункты управления и мониторинга.

Для навигационной ориентации на всей прилегающей прибрежной области континентальной Арктики, включая наземное и воздушное пространство со всеми объектами и субъектами навигации, по трассе ведущего кабеля устанавливают радиомаяки, координаты которых заведомо известны.

Кроме того, для обозначения объектов инфраструктуры, дорожных знаков предупреждения, навигационных ориентиров, например километровых отметок пройденного расстояния, станций технического обслуживания, топливозаправочных станций, мест отдыха и обогрева, а также и других обозначений используют установленные вдоль ведущего кабеля телеметрические датчики, соответствующая информация с которых попадает в блок управления бортового устройства для визуального отображения или звуко-голосового сопровождения навигации.

Для передачи экстренной телеметрической информации, например для связи с пунктами мониторинга и управления, или для приема предупреждений МЧС, а также для передачи прочей телеметрической информации используют модулированный в ведущем кабеле сигнал, информацию с которого передают для визуального отображения или звуко-голосового информирования.

На Фиг. 1 приведена функциональная блок-схема одного из вариантов выполнения приемного устройства для вождения по магистральным маршрутам и бортового прибора, содержащих индукционный приемник 1, предварительный усилитель 2, блок усилителей и преобразователей 3, модуль управления транспортом 4, преобразователь телеметрической информации 5, автомат предупреждения заноса 6, блок предупреждения о дорожных знаках и инфраструктуре 7, аппарат связи 8, интерфейс 9, вычислительное устройство 10, блок отображения информации 11 и блок питания 12, при этом выход индукционного приемника 1 через последовательно установленные предварительный усилитель 2 и блок усилителей и преобразователей 3 подключен к модулю управления транспортом 4, к которому также подключен автомат предупреждения заноса 6, к входу которого подключен модуль управления транспортом 4, к блоку отображения информации 11 подключены модуль управления транспортом 4, преобразователь телеметрической информации 5, блок предупреждения о дорожных знаках и инфраструктуре 7, интерфейс 9, вычислительное устройство 10, второй выход блока предупреждения о дорожных знаках и инфраструктуре 7 подключен к интерфейсу 9, второй выход интерфейса 9 подключен к вычислительному устройству 10, блок питания 12 подключен к блоку усилителей и преобразователей 3, модулю управления транспортом 4, преобразователю телеметрической информации 5, автомату предупреждения заноса 6, блоку предупреждения о дорожных знаках и инфраструктуре 7, аппарату связи 8, интерфейсу 9, вычислительному устройству 10, блоку отображения информации 11.

На Фиг. 2 приведена функциональная блок-схема одного из вариантов реализации приемного устройства и бортового прибора, содержащая излучатель электромагнитного поля 13, индукционные магнитоприемники 14 и 15, предварительные усилители 16 и 17, усилители 18 и 19, блоки преобразования 20 и 21, блок отображения информации 22 и блок питания 23, при этом индукционный магнитоприемник 14 через предварительный усилитель 16, усилитель 18 и блок преобразования 20 подключен к блоку отображения информации 22, а индукционный магнитоприемник 15 через предварительный усилитель 17, усилитель 19 и блок преобразования 21 также подключен к блоку отображения информации 22, излучатель электромагнитного поля 13, индукционные магнитоприемники 14 и 15, предварительные усилители 16 и 17, усилители 18 и 19, блоки преобразования 20 и 21 и блок отображения информации 22 подключены к блоку питания 23.

Излучатель 13 установлен на борту транспортного средства, он излучает электромагнитный сигнал, и в случае, если под излучателем расположена металлосодержащая поверхность (блоки с арматурой, обесточенный кабель и т.д.), приемник детектирует ответный сигнал от такой поверхности. По наличию ответного сигнала и по уровню сигнала и происходит вождение.

На фиг. 1 приведен вариант реализации разработанной системы для случая магистральной трассы с токоведущим кабелем, сигнал от которого детектируется бортовым устройством, и по этому сигналу и происходит вождение и навигационное обеспечение. На Фиг. 2 приведен вариант с региональной дорогой, где нет токоведущего кабеля, но есть металлосодержащая поверхность, бортовая аппаратура излучает сигнал, принимает ответный сигнал от поверхности и по этому сигналу и происходит вождение и навигационное обеспечение.

Осуществление изобретения и его практическое использование можно ожидать в следующих основных направлениях:

1. Проведение проектно-изыскательских работ по выбору и обоснованию магистральной трассы и региональных дорог маршрутного транспорта, включая и объекты инфраструктуры, а также разработка типовых проектов региональных и местных дорог для объектов и субъектов навигационного обеспечения.

2. Опытно-конструкторская разработка бортовой аппаратуры наземного транспорта и средств навигационной ориентации индивидуального или группового пользования.

3. Разработка модуля автоматизированного управления вождением маршрутного грузового транспорта по «ведущему кабелю» в виде опции для самостоятельной поставки.

4. Следует отметить перспективу создания единой интегрированной системы навигационного обеспечения наземного, надводного, подводно-подледного (RU патент 2596244 ,опубл. 10.09.2016) и воздушного пространства арктического сектора РФ (RU, заявка 2015139940, решение о выдаче патента от 13.02.2017) не зависящее от спутниковой навигационной системы, не подверженной средствам радиоэлектронного противодействия, надежно работающей в особых климатических и навигационных условиях высоких широт.

1. Арктическая система вождения и навигационного обеспечения наземного транспорта, характеризуемая тем, что для навигационного обеспечения и вождения транспорта по магистральным дорогам она содержит подземный токоведущий кабель, подключенный к генератору переменного тока, выполняющий функцию навигационного обозначения трассы, а также бортовую регистрирующую аппаратуру, включающую два ортогонально расположенных в горизонтальной плоскости транспортного средства индукционных магнитоприемника, и бортовое устройство регистрации параметров магнитной составляющей электромагнитного поля, генерируемого подземным токоведущим кабелем.

2. Арктическая система по п. 1, отличающаяся тем, что для навигационного обеспечения и вождения транспорта по региональным дорогам она содержит расположенные вдоль региональной дороги металломинерализированные грунтовые дорожки, железобетонные плиты с ориентированной вдоль региональной дороги металлической арматурой, обесточенные металлосодержащие кабели и другие металлосодержащие подземные коммуникации, а также бортовую аппаратуру, содержащую детектор металлов, и бортовое устройство регистрации параметров детекции, подключенное к указанному детектору.

3. Арктическая система по п. 1, отличающаяся тем, что при ее реализации для группы островов архипелага, а также организации трассы между островами и материком использован токоведущий кабель, подключенный к генератору переменного тока, обеспечивающий вождение водоизмещающих транспортных средств типа амфибии, например тягачи с положительной плавучестью, а также неводоизмещающих транспортных средств, например экранопланов, при этом навигационное сопровождение дополнительно обеспечено телеметрической информацией обозначения, например наименования островов или объектов инфраструктуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение в системах визуализации пространственного положения летательного аппарата.

Изобретение относится к области навигации по сигналам космических аппаратов (КА) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Достигаемый технический результат – повышение точности определения навигационных измерений и параметров.

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.
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.

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.

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.

Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств, а именно к комплексной навигационной аппаратуре на основе аппаратуры счисления координат и спутниковой навигационной системы.

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 (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 содержит корпус в виде шестигранного куба с базовыми поверхностями на боковых гранях, электронные субблоки в виде печатных плат с крышками.

Многофункциональный комплекс бортового оборудования вертолета содержит пульт-вычислитель навигационный с приемником спутниковой связи (1), систему автоматического управления (2), систему электронной индикации (3), навигационную систему (4), включающую в себя устройство определения крена, тангажа и курсоуказатель, вычислитель воздушных сигналов (5), радиотехническое оборудование (6), включающее в себя автоматический радиокомпас, аппаратуру навигации и посадки, радиосвязное оборудование (7), радиовысотомер малых высот (8), защищенный бортовой накопитель (9), метеонавигационную радиолокационную систему (11), генератор цифровых карт (13) и группу резервных приборов (10), включающую в себя указатель приборной скорости, два авиагоризонта, спутниковую антенну (14), обеспечивающую передачу сигнала на соответствующий вход пульта-вычислителя навигационного (1) и соответствующий вход генератора цифровых карт (13). В приемник спутниковой связи пульта-вычислителя навигационного введена схема дифференциальной коррекции. В вычислитель управления полетом системы автоматического управления введена схема резервного курсовоздушного счисления текущих координат местоположения вертолета и автоматического управления полетом по маршруту. Технический результат заключается в повышении точности определения координат летательного аппарата и одновременной надежности выполнения полетного задания. 14 з.п. ф-лы, 26 ил.

Изобретение относится к способу автономной ориентации подвижного объекта. Для автономной ориентации подвижного объекта измеряют проекции векторов напряженности результирующего магнитного поля трехосным блоком акселерометров, кажущееся ускорение объекта трехосным блоком акселерометров, абсолютную угловую скорость вращения объекта трехосным блоком гироскопов, выполняют предварительную метрологическую калибровку магнитометров, акселерометров и гироскопов, идентификацию и учет параметров внутренних и внешних помех объекта, алгоритмическую обработку сигналов магнитометров, акселерометров и гироскопов, коррекцию, учет относительных угловых скоростей вращения и редукцию показаний магнитометров, акселерометров и гироскопов, формируют информацию о совокупности базисов векторов геофизических полей и дополнительных векторов в неподвижном и связанном трехгранниках, вычисляют оценки направляющих косинусов и углов ориентации объекта в условиях функциональной избыточности информации, оценки угловых скоростей вращения объекта. Обеспечивается повышение точности автономной ориентации подвижных объектов. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для дистанционного контроля полета беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в режиме реального времени и приема команд управления. Технический результат – расширение функциональных возможностей за счет обеспечения надежности приема команд управления и уменьшения габаритов устройства. Для этого в устройстве применяют встроенный антенный модуль, состоящий из приемопередающей антенны телеметрии (ТЛМ) и командной радиолинии (КРЛ) и приемную антенну ГЛОНАСС и GPS, объединенные в один антенный модуль, навигационный приемный модуль ГЛОНАСС и GPS, передатчик квитанций принятых команд и навигационных координат, а также используют специальный алгоритм преобразования принимаемых сигналов КРЛ. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области систем управления наземными транспортными средствами в арктических условиях. Технический результат – расширение функциональных возможностей. Для этого система обеспечивает вождение объектов и субъектов навигации по арктическим дорогам магистрального и регионального назначения, в том числе дорогам, соединяющим отдельные острова и архипелаги с континентальными участками, при этом используется подземный токоведущий кабель, металломинерализированные грунтовые дорожки, бетонные плиты и покрытия с металлической арматурой, ориентированной вдоль дороги, обесточенные металлосодержащие кабели, металлическое трубопроводы и другие подземные металлосодержащие коммуникации, при этом покрытая дорога детектируется металлоискателем, например, локационного типа. В результате обеспечивается поддержка единой интегрированной системы навигационного обеспечения наземного транспорта в арктическом секторе, не зависящей от спутниковых и навигационных систем навигации, не подверженной средствам радиоэлектронного противодействия, надежно работающей в особых климатических и навигационных условиях высоких широт. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх