Аппаратура счисления координат с автоматической компенсацией погрешностей навигационных датчиков

Полезная модель позволяет определять погрешности датчиков первичной навигационной информации БРС 12, за счет привлечения дополнительной информации в виде опорных точек. Повышение точности выработки координат в условиях автономной работы системы, достигается за счет учета погрешностей датчиков в алгоритме счисления - блок ФПК 3 навигационной системы. 1 с.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области навигации и может быть использована для определения местоположения наземных объектов, при их движении по априорно известным траекториям, например, автомобильным дорогам.

Известно устройство [1] коррекции погрешностей определения местоположения рельсового транспортного средства, содержащее блок определения пройденного пути, блок измерения углов поворота системы координат, образуемой рельсовым транспортным средством, и устройство внешней памяти, выходы и входы которых подключены к соответствующим входам и выходам схемы сопряжения, вход и выход которой подключены к ЭВМ, выполненной с возможностью программной обработки измерительной информации, идентификации корректирующих точек и коррекции координаты рельсового транспортного средства, причем все входы питания вышеперечисленных устройств подключены к выходу блока питания.

Недостатком описанного устройства являются снижение точности определения местоположения вследствие невозможности уточнения местоположения на прямолинейных участках траектории объекта; необходимости измерения пройденного пути; неоднозначности при идентификации корректирующих точек на участках траектории, совпадающих по форме с секторами окружностей; присвоения координат виртуальной корректирующей точки.

Наиболее близким [2] по технической сущности к достигаемому результату при использовании, является АСК с автоматической коррекцией показаний, содержащую путевую систему (ПС), курсовую систему (КС), блок вычисления приращений координат (БВПК), блок ввода начальных координат и арифметическое устройство (АУ), причем выходы ПС и КС соединены с соответствующими входами БВПК, выходы которого по приращениям координат

X соответствующими входами АУ, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам X _H и Y_H соответственно, для уточнения координат НТС, осуществляющего движение по маршруту, включающему известные промежуточные точки, введены хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации касательных к линии маршрута в них, блок проверки и формирования данных (БПФД), формирователь погрешностей (ФП), блок априорных параметров точности (БАПТ) и два сумматора координат (СК), выходы которых являются выходами АСК с автоматической коррекцией показаний, входы по погрешностям координат х, y соединены с соответствующими выходами ФП, входы по текущим счисляемым координатам X_i, и Y _i связаны с соответствующими выходами АУ, входы ФП по координатам X_Э, Y_Э промежуточной точки и углу _Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами БПФД, входы ФЛ по счисляемым координатам X_ЭS, Y_ЭS связаны с соответствующими выходами БПФД, входы БПФД по текущим счисляемым координатам X _i и Y_i связаны с соответствующими выходами АУ, вход БПФД по текущему углу ориентации _i связан с выходом КС, входы БПФД по координатам X_Э, Y_Э промежуточной точки и углу _Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами хранителя, вход БПФД по параметрам Р_i точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом ФП, выход БАПТ связан с входами БПФД и ФП.

Прототип имеет следующий недостаток, в условиях автономного движения объекта (в промежутках между опорными точками), когда коррекция невозможна, погрешности навигационной системы, в силу алгоритма счисления пути [3], будут возрастать до момента следующей коррекции.

Целью полезной модели является повышение точности выработки координат местоположения в условиях автономной работы системы, когда коррекция невозможна.

Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что в известную АСК с автоматической коррекцией показаний, содержащую путевую систему, курсовую систему, блок вычисления приращений координат, блок ввода начальных координат, арифметическое устройство, хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации, касательных к линии маршрута в них, блок проверки и формирования данных, формирователь погрешностей, блок априорных параметров точности и два сумматора, выходы путевой системы и курсовой системы соединены с соответствующим входами блока вычисления приращений координат, выходы которого по приращениям координат _X и _Y соединены с соответствующими входами арифметического устройства, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам X _H и Y_H соответственно, входы по погрешностям координат x, y соединены с соответствующими выходами формирователя погрешностей, входы но текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами арифметического устройства, выходы формирователя погрешностей по координатам X_Э, Y_Э промежуточной точки связаны с соответствующими входами блока проверки и формирования данных, выходы формирователя погрешностей по счисляемым координатам X_ЭS, Y _ЭS связаны с соответствующими входами блока проверки и формирования данных, входы блока проверки и формирования данных по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами арифметического устройства, вход блока проверки и формирования данных по текущему углу ориентации _i связан с выходом курсовой системы, входы блока проверки и формирования данных по координатам X _Э, Y_Э промежуточной точки и углу _Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами хранителя координат и углов ориентации, вход блока проверки и формирования данных по параметрам Р_i точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом формирователя погрешностей, выход блока априорных

параметров точности связан с входами блока проверки и формирования данных и формирователя погрешностей, добавлен блок расчета составляющих, входы блока соединены с соответствующими выходами формирователя погрешностей х, y, , Р_i, а выход p_i входом блока вычисления приращений координат.

Заявляемая полезная модель содержит новые элементы и связи, по сравнению с прототипом, позволяющие повысить точность выработки плоских прямоугольных координат.

Аппаратура счисления координат с автоматическим контролем правильности функционирования изображена на фиг.1, где показана ее блочная схема.

На фиг.1 путевая система 1, курсовая система 2, блок вычисления приращений координат 3, блок ввода начальных координат 4, арифметическое устройство 5, хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации касательных к линии маршрута в них 6, блок проверки и формирования данных 7, формирователь погрешностей 8, блок априорных параметров точности 9, два сумматора координат 10, 11, блок проверки достоверности 12, причем выходы ПС 1 и КС 2 соединены с соответствующим входами БВПК 3, выходы которого по приращениям координат X и Y соединены с соответствующими входами АУ 5, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам X_H и Y_H соответственно, выходы СК 10, 11 являются выходами устройства, входы по погрешностям координат x, y соединены с соответствующими выходами ФП 8, входы по текущим счисляемым координатам X_i и Y _i связаны с соответствующими выходами АУ 5, входы ФП 8 по координатам X_Э, Y_Э промежуточной точки и углу _Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами БПФД 7, входы ФП 8 по счисляемым координатам X_ЭS , Y_ЭS связаны с соответствующими выходами БПФД 7, входы БПФД 7 по текущим счисляемым координатам X _i и Y_i связаны с соответствующими выходами АУ 5, вход БПФД 7 по

текущему углу ориентации _i связан с выходом КС 2, входы БПФД 7 по координатам X_Э, Y_Э промежуточной точки и углу _Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами хранителя 6, вход БПФД 7 по параметрам Р_i точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом ФП 8, выход БАПТ 9 связан с входами БПФД 7 и ФП 8, входы БРС 12 соединены с выходами ФП 8 x, y, , Р_i, а выход БРС 12 p_i с входом БВПК 3.

Устройство функционирует следующим образом. В начальной точке маршрута НТС устанавливается на ней, после чего экипаж с помощью КС 2 определяет начальное направление движения _H, затем в БВНК 3 устанавливаются координаты X_H и Y_H начальной точки движения. Сигналы координат X _Э, Y_Э и углов _Э всех промежуточных точек маршрута передаются в БПФД 7 из хранителя координат промежуточных точек и углов ориентации касательных к линии маршрута в них 6. Сигналы Р_T точности параметров X _Э, Y_Э, _Э и Р₀ точности параметров X_H, Y_H и _H передаются в БПФД 7 и ФП 8 из БАПТ 9.

После начала движения НТС с выходов АУ 5 начинают поступать текущие счисляемые координаты X_i и Y _i, которые формируются на основании измерительных сигналов КС2 и ПС 1, приращений координат X, Y, параметров X_Y, Y _H и _H. В каждый i-й момент выработки координат X_i и Y_i (за исключением начального момента) они, а также сигнал с выхода КС _i, поступают в БПФД 7. В БПФД 7 проводится проверка совпадения параметров X_i, Y _i, _i, с соответствующими параметрами X_Э, Y_Э, _Э промежуточных точек путем установления истинности неравенства

N<n²,

где n - число, равное 2, что соответствует доверительной вероятности 95% отклонения параметров X_i, Y _i, _i от параметров X _Э, Y_Э, _Э;

N=(z_i -b)^T(P_i+P _T)^-1(z_i-b), z_i=[X_i Y _ii]^T, b=[X _Э Y_ЭЭ]^T,

символ "Т" обозначает операцию транспонирования; "-1" обозначает обращение матрицы. Матрицы Р_i , Р_T формируются в БФПД так, чтобы на главных диагоналях располагались квадраты средних квадратических погрешностей соответствующих параметров X_i, Y _i, _i, X_Э, Y _Э, _Э. Установление истинности проводится в отношении каждой промежуточной точки путем последовательного их перебора. В результате для известной промежуточной точки формируются наборы X_ЭS, Y_ЭS, _ЭS параметров, содержащие параметры X_i, Y_i, _i, которые удовлетворяют указанному неравенству в i-й момент выработки координат. Признаком окончания формирования наборов X_ЭS, Y _ЭS, _ЭS параметров в i-й момент является невыполнение указанного неравенства при условии, что в (i-1)-й момент оно выполнялось. В момент окончания формирования наборов X_ЭS, Y_ЭS, _ЭS, относящихся к известной промежуточной точке, сигналы ее параметров X_Э, Y _Э, _Э и сформированных наборов поступают на соответствующие входы ФП 8.

В ФП 8 определяются сигналы погрешностей x, y координат и ориентации , а также формируются новые параметры Р _i^* точности. Это осуществляется в соответствии с формулами

, K=P_i(P_i+P _T)^-1, ,

, ,

где m₀ - число элементов в каждом из наборов X_ЭS, Y _ЭS, _ЭS.

На вход БРС 12 поступают сигналы x, y, , Р_i, с выходов ФП 8, в нем определяется вектор V_i - который состоит из погрешностей первичных навигационных датчиков, сигнал V_i поступает на вход БВПК 3 и учитывается в алгоритме навигации. Определение V_i осуществляется в соответствии с формулами

, , ,

, ,

где P^pz, P^zp - корреляция векторов z и p.

Арифметические и логические операции, выполняемые в БПФД 7, ФП 8, БРС 12 для получения сигналов параметров в соответствии с приведенными формулами, могут быть реализованы при помощи существующих электронно-вычислительных средств.

Коррекция координат в прототипе осуществляется путем вычисления приращения координат, которые суммируются с показания системы, поэтому повышение точности выработки координат до следующей опорной точки принципиально невозможно. В заявляемой полезной модели за счет введения БРС 12 определяются погрешности навигационной системы [Vs _dr], которые и являются причинами нарастания погрешностей системы и как следствие ухудшение ее точности [3], поэтому, зная величины этих погрешностей, в условиях отсутствия коррекции они учитываются алгоритмом в БФПК 3, что приводит к повышению точности полезной модели по сравнению с прототипом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1. Патент РФ 2242392, 2002.10.03, B61L 25/00, G08G 1/123.

2. Патент РФ 55466 U1, 23.01.06, G01C 21/12.

3. Бороздин В.Н. Гироскопические приборы и устройства систем управления. - М.: Машиностроение, 1990. - 271 с.

Аппаратура счисления координат с автоматической компенсацией погрешностей навигационных датчиков, включающая путевую систему, курсовую систему, блок вычисления приращений координат, блок ввода начальных координат, арифметическое устройство, хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации, касательных к линии маршрута в них, блок проверки и формирования данных, формирователь погрешностей, блок априорных параметров точности и два сумматора, выходы путевой системы и курсовой системы соединены с соответствующими входами блока вычисления приращений координат, выходы которого по приращениям координат _X и _Y соединены с соответствующими входами арифметического устройства, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам Х _Н и Y_H соответственно, входы по погрешностям координат x, у соединены с соответствующими выходами формирователя погрешностей, входы по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами арифметического устройства, выходы формирователя погрешностей по координатам Х_Э, Y_Э промежуточной точки связаны с соответствующими входами блока проверки и формирования данных, выходы формирователя погрешностей по счисляемым координатам Х_ЭS, Y _ЭS связаны с соответствующими входами блока проверки и формирования данных, входы блока проверки и формирования данных по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами арифметического устройства, вход блока проверки и формирования данных по текущему углу ориентации _i связан с выходом курсовой системы, входы блока проверки и формирования данных по координатам Х _Э, Y_Э промежуточной точки и углу _Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами хранителя координат и углов ориентации, вход блока проверки и формирования данных по параметрам Р_i точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом формирователя погрешностей, выход блока априорных параметров точности связан с входами блока проверки и формирования данных и формирователя погрешностей, отличающаяся тем, что введен блок расчета составляющих, входы которого соединены с соответствующими выходами x, y, P_i, блока формирования данных, а выход p_i соединен с входом блока вычисления приращений координат.