Измеритель координат для подвижных объектов

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения местоположения подвижных объектов. Измеритель координат содержит два радиоприемника, магнитный компас, гирокомпас, датчик пути, три вычислителя координат, вычислитель средневзвешенных координат, блок управления и индикатор. Для повышения точности измерения координат в измеритель дополнительно введены датчик атмосферного давления, вычитатель, формирователь опорного сигнала, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, блок дешифраторов, блок ключей, блок корректирующих сигналов и элемент "ИЛИ". Более высокая точность измерения координат подвижного объекта предлагаемым устройством, в сравнении с известными, обеспечивается за счет введения дополнительно новых блоков, корректирующих ошибки датчика пути при движении подвижного объекта по местности с перепадами высоты.

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения местоположения подвижных объектов (ПО).

Известно "Устройство измерения координат для подвижных объектов" по свидетельству на полезную модель РФ №8115 от 1998 г., в котором определение местоположения объектов основано на измерении координат с помощью датчиков. Однако данное устройство обладает низкой технологичностью.

Известны также "Способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации" по патенту на изобретение РФ №2202102 от 2003 г., в которых для повышения точности измерений в калибровочном цикле определяются корректирующие коэффициенты, а затем в рабочем цикле производится коррекция местоположения объекта. Недостатком этого способа и устройства является их сложность.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству является "Измеритель координат для подвижных объектов" по патенту на полезную модель РФ №36738 (опубликованному 20.03.2004 г. в Бюллетене №8) и принятому за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где приняты следующие обозначения:

1, 2 - радиоприемники;

3 - магнитный компас;

4 - гирокомпас;

5 - датчик пути;

6, 7, 8 - вычислитель координат;

9 - вычислитель средневзвешенных координат (CBK);

10 - блок управления;

11 - индикатор.

Устройство-прототип содержит: последовательно соединенные радиоприемник 1, вычислитель координат 6, вычислитель СВК9 и индикатор 11, последовательно включенные радиоприемник 2 и вычислитель координат 7, выход которого соединен со вторым входом вычислителя СВК9, последовательно соединенные магнитный компас 3 и вычислитель координат 8, выход которого подключен к третьему входу вычислителя СВК9, гирокомпас 4 и датчик пути 5, выходы которых соединены, соответственно, со вторым и третьим входами вычислителя координат 8, блок управления 10, выход которого подключен к четвертому входу вычислителя СВК9, второй выход вычислителя СВК9 соединен с четвертым входом вычислителя координат 8.

Устройство-прототип работает следующим образом. В начальный момент радиоприемники 1, 2 осуществляют с помощью антенн прием радиосигналов от опорных станций наземной системы дальней навигации (типа "Лоран-С") и системы спутниковой навигации (типа "Глонас") соответственно. После обработки, принятые сигналы с выходов радиоприемников 1, 2 подаются в цифровом виде на соответствующие вычислители координат 6, 7, представляющие собой микропроцессоры, где производится по ним вычисление географических координат ПО. Полученные значения координат в форме цифрового сигнала подаются затем с вычислителей 6, 7 на вычислитель СВК9, представляющий собой микропроцессор, где по двум независимым источникам координат

определяется с помощью управляющих сигналов, поступающих с блока управления 10, средневзвешенное значение географических координат. Затем это значение географических координат ПО вводится с вычислителя СВК9 в вычислитель 8, для использования их в качестве точки отсчета при определении вычислителем 8 координат ПО по данным от датчика пути 5, магнитного компаса 3 и гирокомпаса 4 (датчиков курса), представляющих собой автономную систему определения координат. С этого момента датчик пути 5, магнитный компас 3 и гирокомпас 4 начинают отслеживать путь и курс ПО относительно начальной установки координат (точки отсчета) вычислителя 8, при этом сам вычислитель координат 8 рассчитывает вначале полярные координаты ПО, а потом пересчитывает их в географические.

Затем эти координаты с вычислителя 8 поступают на вычислитель СВК9, где совместно с географическими координатами с вычислителей 6, 7 они используются для определения средневзвешенных географических координат ПО по трем независимым источникам координат (от наземной, спутниковой и автономной систем).

Полученные таким образом в вычислителе СВК9 географические координаты ПО поступают далее на индикатор 11 для визуального отображения.

Однако устройство-прототип обладает недостатком - низкой точностью измерения координат ПО.

С целью повышения точности измерения координат ПО в устройство, содержащее два радиоприемника, магнитный компас, гирокомпас, датчик пути, три вычислителя координат,

вычислитель средневзвешенных координат, блок управления и индикатор дополнительно введены: датчик атмосферного давления, вычитатель, формирователь опорного сигнала, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, блок дешифраторов, блок ключей, блок корректирующих сигналов и элемент "ИЛИ".

Функциональная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2, для которой приняты следующие обозначения:

1, 2 - радиоприемники;

3 - магнитный компас;

4 - гирокомпас;

5 - датчик пути;

6 - элемент "ИЛИ";

7, 8, 9 - вычислители координат;

10 - блок ключей;

11 - блок корректирующих сигналов;

12 - вычислитель средневзвешенных координат (СВК);

13 - блок дешифраторов;

14 - блок управления;

15 - индикатор;

16 - датчик атмосферного давления (АД);

17 - вычитатель;

18 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

19 - формирователь опорного сигнала (ОС);

20 - генератор тактовых импульсов (ТИ).

Предлагаемое устройство содержит: последовательно соединенные радиоприемник 1, вычислитель координат 7, вычислитель CBK12 и индикатор 15, последовательно включенные радиоприемник 2 и вычислитель координат 8, выход которого подключен ко

второму входу вычислителя СВК12, последовательно соединенные магнитный компас 3 и вычислитель координат 9, выход которого подключен к третьему входу вычислителя CBК12, гирокомпас 4 и датчик пути 5, выходы которых соединены, соответственно, со вторым и третьим, входами вычислителя координат 9, блок управления 14, выход которого подключен к четвертому входу вычислителя CBК12, при этом второй выход вычислителя CBK12 соединен с четвертым входом вычислителя координат 9, последовательно включенные датчик АД16, вычитатель 17, АЦП18, блок дешифраторов 13, блок ключей 10 и элемент "ИЛИ" 6, выход которого соединен со входом датчика пути 5, формирователь OC19, выход которого подключен ко второму входу вычитателя 17, генератор ТИ20, выход которого соединен со вторым входом AЦП18, блок корректирующих сигналов 11, группа выходов которого подключена ко второй группе входов блока ключей 10.

Предлагаемое устройство работает следующим образом, В начальный момент радиоприемники 1, 2 осуществляют с помощью антенн прием радиосигналов от опорных станций наземной системы дальней навигации (типа "Лоран-С") и системы спутниковой навигации (типа "Глонас") соответственно. После обработки, принятые сигналы с выходов приемников 1, 2 подаются в цифровом виде на соответствующие вычислители координат 7, 8, представляющие собой микропроцессоры, где производится по ним вычисление географических координат ПО. Полученные значения координат в форме цифрового сигнала подаются затем с вычислителей 7, 8 на вычислитель CBK12, представляющий собой микропроцессор, где по двум независимым источникам координат определяется с помощью управляющих сигналов, поступающих с блока

управления 14, средневзвешенное значение географических координат. Затем это значение географических координат ПО вводится с вычислителя CBK12 в вычислитель 9, для использования в качестве точки отсчета при определении вычислителем 9 координат ПО по данным от магнитного компаса 3 и гирокомпаса 4 (датчиков курса) и датчика пути 5, представляющих собой автономную систему определения координат. С этого момента датчик пути 5, магнитный компас 3 и гирокомпас 4 начинают отслеживать путь и курс ПО относительно начальной установки координат (точки отсчета) вычислителя 9, при этом сам вычислитель координат 9 рассчитывает вначале полярные координаты ПО, а потом пересчитывает их в географические.

Затем эти географические координаты ПО с вычислителя 9 поступают на вычислитель CBK12, где совместно с географическими координатами с вычислителей 7, 8 используются для определения средневзвешенных координат ПО по трем независимым источникам координат (от наземной, спутниковой и автономной систем).

Полученные таким образом в вычислителе СВК12 географические координаты ПО поступают далее на индикатор 15 для визуального отображения.

При движении ПО по местности с перепадами высоты производится коррекция показаний датчика пути 5 с помощью блоков 6, 10, 11, 13, 16, 17, 18, 19, 20. Это происходит следующим образом. Сигнал с датчика АД16 сравнивается в блоке 17 с опорным (эталонным) сигналом формирователя 19, соответствующим нормальному атмосферному давлению. Сигнал разности с

вычитателя 17 поступает затем на АЦП18, где с помощью тактовых импульсов с генератора 20, производится преобразование его в цифровую форму. Далее цифровой сигнал с АЦП18 распознается с помощью блока дешифраторов 13, выходной импульс с которого открывает в блоке 10 соответствующий ключ. Сигнал коррекции определенного уровня с блока 11 поступает через этот открытый ключ и элемент "ИЛИ" 6 на датчик пути 5 и корректирует его показания.

Предлагаемое устройство реализуется на базе блоков и микросхем, известных из технической литературы.

Техническая эффективность предлагаемого устройства, в сравнении с прототипом, заключается в том, что оно обладает более высокой точностью измерения координат ПО. Это объясняется следующим.

В устройстве-прототипе при движении ПО по местности с перепадом высоты происходит накопление ошибок в датчике пути 5. Например, при движении вверх на гору, длина пути ПО увеличивается, как гипотенуза прямоугольного треугольника, в то время, как географические координаты ПО изменяются, на самом деле, как его катеты. Это приводит к уменьшению точности измерения координат ПО.

В предлагаемом устройстве, за счет наличия блоков 6, 10, 11, 13, 16, 17, 18, 19, 20, производится коррекция ошибок в датчике пути 5 при движении ПО по местности с перепадом высоты. Это повышает точность измерения координат ПО.

Измеритель координат для подвижных объектов, содержащий последовательно соединенные первый радиоприемник, первый вычислитель координат, вычислитель средневзвешенных координат и индикатор, последовательно включенные второй радиоприемник и второй вычислитель координат, выход которого соединен со вторым входом вычислителя средневзвешенных координат, последовательно включенные магнитный компас и третий вычислитель координат, выход которого соединен с третьим входом вычислителя средневзвешенных координат, гирокомпас и датчик пути, выходы которых подключены соответственно ко второму и третьему входам третьего вычислителя координат, блок управления, выход которого соединен с четвертым входом вычислителя средневзвешенных координат, при этом второй выход вычислителя средневзвешенных координат подключен к четвертому входу третьего вычислителя координат, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные датчик атмосферного давления, вычитатель, аналого-цифровой преобразователь, блок дешифраторов, блок ключей и элемент ИЛИ, выход которого подключен к датчику пути, формирователь опорного сигнала, генератор тактовых импульсов и блок корректирующих сигналов, при этом выход формирователя опорного сигнала соединен со вторым входом вычитателя, второй вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а группа выходов блока корректирующих сигналов соединена со второй группой входов блока ключей.