Навигационный модуль
Техническое решение относится к средствам навигации и позиционирования подвижных объектов.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение точности позиционирования навигационного модуля при его нахождении в неподвижном состоянии.
Указанная цель достигается тем, что в навигационный модуль, содержащий антенну и навигационный приемник, введены фильтр данных, датчик движения, два конвертора формата данных, двоичный счетчик, устройство синхронизации, два распределителя импульсов, два элемента ИЛИ, два регистра сдвига, двоичный сумматор и двоичный делитель.
Повышение точности позиционирования в предлагаемом навигационном модуле основано на усреднении N некоррелированных измерений координат (широта, долгота, высота), определяемых навигационным приемником при его неизменном положении в пространстве.
Техническое решение относится к средствам навигации и позиционирования подвижных объектов.
В настоящее время наибольшее применение нашли средства навигации и позиционирования, в которых для определения координат местоположения подвижного объекта используются глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) ГЛОНАСС и GPS. В абонентских устройствах потребителей ГНСС в качестве навигационного модуля используется приемник спутниковых радиосигналов с антенной, с выхода которого навигационно-временная информация поступает для последующей обработки.
Известные навигационные модули отличаются друг от друга типом применяемого навигационного приемника и видом используемой антенны. В качестве прототипа выбрана схема навигационного модуля, приведенная в журнале «Вестник Электроники» 
4 (8), 2004 г., стр.22.
Недостатком модуля-прототипа является относительно низкая точность позиционирования в статическом (неподвижном) состоянии.
Целью предлагаемого технического решения является повышение точности позиционирования навигационного модуля при его нахождении в неподвижном состоянии.
Поставленная цель достигается тем, что в навигационный модуль, содержащий антенну и навигационный приемник, введены фильтр данных, датчик движения, два конвертора формата данных, двоичный счетчик, устройство синхронизации, два распределителя импульсов, два элемента ИЛИ, два регистра сдвига, двоичный сумматор и двоичный делитель, при этом выход навигационного приемника соединен с входом устройства синхронизации и входом фильтра данных, выход которого соединен с входом первого конвертора формата данных, к выходу которого подключен информационный вход первого регистра сдвига, выход устройства синхронизации соединен с синхронизирующими входами первого и второго распределителей импульсов, первый выход первого распределителя импульсов соединен с управляющим входом последовательной записи первого регистра сдвига, второй выход соединен с управляющим входом двоичного сумматора и информационным входом двоичного счетчика, первый и второй выходы второго распределителя импульсов соединены соответственно с управляющим входом двоичного делителя и управляющим входом параллельной записи второго регистра сдвига, третий выход второго распределителя импульсов соединен с одним из входов второго элемента ИЛИ и управляющим входом последовательного считывания второго регистра сдвига, один выход датчика движения соединен с запускающим входом первого распределителя импульсов, другой выход датчика движении соединен с входом обнуления двоичного счетчика, одним из входов первого и другим входом второго элементов ИЛИ, выход двоичного счетчика соединен с запускающим входом второго регистра сдвига и другим входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с блокирующим входом первого распределителя импульсов, выход второго элемента ИЛИ соединен с входами «Сброс» двоичного сумматора и двоичного делителя, выходы разрядов первого регистра сдвига соединены с соответствующими входами двоичного сумматора, выходы которого соединены с соответствующими входами двоичного делителя, к выходам которого подключены соответствующие разряды второго регистра сдвига, выход которого соединен с входом второго конвертора формата данных, выход которого является выходом навигационного модуля.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема навигационного модуля.
Навигационный модуль содержит антенну Ант., навигационный приемник 1, датчик движении 2, фильтр данных 3, двоичный счетчик 4, устройство синхронизации 5, первый 6 и второй 16 конверторы формата данных, первый 7 и второй 10 элементы ИЛИ, первый 9 и второй 8 распределители импульсов, первый 11 и второй 15 регистры сдвига, двоичный сумматор 12 и двоичный делитель 13.
Элементы навигационного модуля выполняют следующие функции.
Навигационный приемник 1 осуществляет прием радионавигационного сигнала и выдает навигационное сообщение для последующей обработки. Фильтр данных 3 предназначен для выделения из навигационного сообщения, регламентированного протоколом NMEA-0183, данных о местоположении навигационного модуля: горизонтальных (широта, долгота) и вертикальных (высота) координат. Конвертор формата данных 6 осуществляет преобразование навигационной информации в ASCII-коде, принятом в протоколе NMEA-0183, в двоичный код для последующей ее обработки элементами навигационного модуля (регистры сдвига 11 и 15, двоичный сумматор 12 и двоичный делитель 13), рассчитанными на работу с информацией, представленной в двоичном коде. Конвертор формата данных 16 производит обратное преобразование. Устройство синхронизации 5 обеспечивает синхронную работу распределителей импульсов 8 и 9 с поступающей с выхода навигационного приемника 1 информацией. Назначение распределителей импульсов 8 и 9 - формирование сигналов, управляющих работой регистров сдвига 11, 15, двоичного сумматора 12 и двоичного делителя 13. Распределитель импульсов 8 выполнен по разомкнутой схеме, в связи, с чем на его выходах управляющие сигналы после запуска появляются однократно. Распределитель импульсов 9 выполнен по замкнутой схеме, поэтому на его выходах управляющие сигналы после осуществления запуска появляются многократно до момента прихода сигнала, блокирующего работу распределителя до следующего запуска. Регистры сдвига 11, 12, двоичный сумматор 12 и двоичный делитель 13 выполнены в виде трех секций для раздельной, параллельной обработки навигационной информации о широте, долготе и высоте. Описываемая работа элементов модуля относится к обработке одного из указанных видов навигационной информации. Обработка двух других видов навигационной информации в навигационном модуле происходит аналогичным образом. Двоичный сумматор 12 накапливающего типа по команде, поступающей на управляющий вход, осуществляет сложение двоичного числа, хранящегося в регистре сдвига 11 с суммой, накопленной в двоичном сумматоре 12 в течении предыдущих тактов работы распределителя импульсов 9 и находящейся в регистре двоичного сумматора 12. Датчик движения 2 формирует на одном выходе сигнал при движении навигационного модуля, а на другом при его остановке. Двоичный счетчик 4 емкостью N подсчитывает количество принятых за время остановки навигационных сообщений. Двоичный делитель 13 по команде, поступающей на управляющий вход, осуществляет деление в N раз накопленной в двоичном сумматоре 12 суммы.
Работа навигационного модуля происходит следующим образом. При переходе навигационного модуля из динамического состояния (состояние движения) в статическое (неподвижное) на одном из выходов датчика движения 2 появляется сигнал, поступающий на запускающий вход первого распределителя импульсов 9. Этим сигналом осуществляется запуск первого распределителя импульсов 9, на выходах которого последовательно формируются управляющие сигналы. Сигналом с первого выхода первого распределителя импульсов 9, поступающего на управляющий вход последовательной записи первого регистра сдвига 11, в регистр сдвига 11 производится запись навигационной информации, прошедшей с выхода навигационного приемника 1 через последовательно включенные фильтр данных 3 и конвертор формата данных 6. По сигналу на втором выходе первого распределителя импульсов 9, поступающему на управляющий вход двоичного сумматора 12, осуществляется сложение двоичного числа, хранящегося в регистре сдвига 11, с суммой, накопленной в двоичном сумматоре 12. Так как до момента перехода навигационного модуля в неподвижное состояние он находился в процессе движения, то по сигналу с датчика движения 2, поступившему через второй элемент ИЛИ 10 на вход «Сброс» двоичного сумматора 12 было осуществлено первоначальное обнуление двоичного сумматора 12. Поэтому первая операция суммирования сводится к перезаписи двоичного числа из первого регистра сдвига 11 в память двоичного сумматора 12. На последующих тактах происходит суммирование двоичного числа, хранящегося в регистре сдвига 11, с суммой, накопленной в двоичном сумматоре 12. Описанный выше процесс повторяется до тех пор, пока двоичный счетчик 4 полностью не заполнится и на его выходе не появится сигнал, фиксирующий окончание процесса счета. Этот сигнал через первый элемент ИЛИ 7 поступает на блокирующий вход первого распределителя импульсов 9 и останавливает его работу. Одновременно этот же сигнал поступает на запускающий вход второго распределителя импульсов 8 и запускает его работу. По сигналу с первого выхода второго распределителя импульсов 8, поступающего на управляющий вход двоичного делителя 13, выполняется операция деления на число N накопленной в двоичном сумматоре 12 суммы. По сигналу со второго выхода второго распределителя импульсов 8, поступающего на вход параллельной записи второго регистра сдвига 15, производится перезапись результата деления - двоичной последовательности, хранящейся в памяти двоичного делителя 13, во второй регистр сдвига 15. Сигналом с третьего выхода второго распределителя импульсов 8, поступающего на вход последовательного считывания второго регистра сдвига 15, производится считывание информации из второго регистра сдвига 15. Считанная информация поступает на второй конвертор формата данных 16, где преобразуется из двоичного кода в ASCII-код и далее в формате протокола NMEA-0183 поступает на выход навигационного модуля. При переходе навигационного модуля из неподвижного состояния в состояние движения на выходе датчика движении 2 появляется сигнал, который поступает на обнуляющий вход двоичного счетчика 4, через первый элемент ИЛИ 7 на блокирующий вход первого распределителя импульсов 9 и через второй элемент ИЛИ 10 на входы «Сброс» двоичного сумматора 12 и двоичного делителя 13. Этот сигнал останавливает работу первого распределителя импульсов 9, обнуляет двоичный счетчик 4, двоичный сумматор 12 и двоичный делитель 13.
Повышение точности позиционирования в предлагаемом навигационном модуле основано на усреднении N некоррелированных измерений координат (широта, долгота, высота), определяемых навигационным приемником при его неизменном положении в пространстве.
Электронная часть навигационного модуля может быть реализована на основе микроконтроллера.
По сравнению с известным навигационным модулем предлагаемое техническое решение позволяет достаточно простыми техническими средствами получить заявленный результат: повысить точность позиционирования навигационного модуля при его нахождении в неподвижном состоянии.
Навигационный модуль, содержащий антенну и навигационный приемник, отличающийся тем, что в него введены фильтр данных, датчик движения, два конвертора формата данных, двоичный счетчик, устройство синхронизации, два распределителя импульсов, два элемента ИЛИ, два регистра сдвига, двоичный сумматор и двоичный делитель, при этом выход навигационного приемника соединен с входом устройства синхронизации и входом фильтра данных, выход которого соединен с входом первого конвертора формата данных, к выходу которого подключен информационный вход первого регистра сдвига, выход устройства синхронизации соединен с синхронизирующими входами первого и второго распределителей импульсов, первый выход первого распределителя импульсов соединен с управляющим входом последовательной записи первого регистра сдвига, второй выход соединен с управляющим входом двоичного сумматора и информационным входом двоичного счетчика, первый и второй выходы второго распределителя импульсов соединены соответственно с управляющим входом двоичного делителя и управляющим входом параллельной записи второго регистра сдвига, третий выход второго распределителя импульсов соединен с одним из входов второго элемента ИЛИ и управляющим входом последовательного считывания второго регистра сдвига, один выход датчика движения соединен с запускающим входом первого распределителя импульсов, другой выход датчика движении соединен с входом обнуления двоичного счетчика, одним из входов первого и другим входом второго элементов ИЛИ выход двоичного счетчика соединен с запускающим входом второго регистра сдвига и другим входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с блокирующим входом первого распределителя импульсов, выход второго элемента ИЛИ соединен с входами «Сброс» двоичного сумматора и двоичного делителя, выходы разрядов первого регистра сдвига соединены с соответствующими входами двоичного сумматора, выходы которого соединены с соответствующими входами двоичного делителя, к выходам которого подключены соответствующие разряды второго регистра сдвига, выход которого соединен с входом второго конвертора формата данных, выход которого является выходом навигационного модуля.
