Аппаратура счисления координат с оперативным контролем достоверности

В объекте решается задача контроля достоверности информации, полученной путем уточнения собственных координат объекта по заранее известным координатам опорных точек. Для этого в прототип введен дополнительный блок 12 - блок проверки достоверности, на входы которого поступают х, y, Р_i, а по сигналу выхода А и определяется их достоверность. Проверка достоверности и коррекция данных навигационной системы осуществляется в движении без остановок, объекта. 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 Х _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 x, 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 Х_Э, Y_Э промежуточной точки и углу _Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами БПФД, входы ФП по счисляемым координатам Х_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 Х_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 нем не отслеживается возможность обнаружения информационных отказов приводящих к неудовлетворительному решению навигационной задачи [3]. Под информационным отказом понимается превышение погрешностей системы определенного допустимого уровня.

Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей АСК, а именно обнаружение информационных отказов в процессе

функционирования, по которым отслеживается правильность функционирования системы. Под правильным функционированием системы подразумевается отсутствие в системе информационных отказов.

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 Х _H и Y_H соответственно, входы по погрешностям координат x, y 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 P_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 проверки достоверности, входы блока проверки достоверности соединены с соответствующими выходами формирователя погрешностей х, y, Р_i, а сигнал выхода А является идентификатором информационного отказа, показывающего правильность функционирования системы.

Заявляемая полезная модель содержит новые элементы и связи, по сравнению с прототипом, позволяющие вырабатывать сигнал о правильности функционирования системы.

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 Х_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 Х_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 Х _ЭS, Y_ЭS связаны с соответствующими выходами БПФД 7, входы БПФД 7 по текущим счисляемым координатам Х_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 Х_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 БПрД 12 соединены с выходами ФП 8 x, y, Р_i, выход БПрД 12 является индикатором сигнала А.

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 Х_H и Y_H начальной точки движения. Сигналы координат Х _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 Х _Э, Y_Э, _Э и Р₀ точности параметров Х_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 Х_H, 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 Х_i, Y _i, _i, с соответствующими параметрами Х_Э, Y_Э, _Э промежуточных точек путем установления истинности неравенства

N<n²,

где n - число, равное 2, что соответствует доверительной вероятности 95% отклонения параметров Х_i, Y _i, _i от параметров Х _Э, Y_Э, _Э; N=(z_i-b) ^T(P_i+P_T) ^-1(z_i-b), , , 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 Х_i , Y_i, _i, Х_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 Х_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 Х_ЭS, Y_ЭS, _ЭS, относящихся к известной промежуточной точке, сигналы ее параметров Х_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 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. Сигналы x, y, P_i поступают на вход БПрД 12, в котором определяется, сигнал A. Сигнал А определяется по следующей формуле

где х, y, - сигналы погрешностей поступающих в БПрД, (P _i)_1,1 и (P_i )_2,2 - первые два диагональных элемента матрицы Р_i представляющих собой дисперсии сигналов погрешностей х, y.

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

Введение дополнительного блока в состав аппаратуры счисления координат с автоматической коррекцией показаний позволяет осуществлять контроль над правильностью функционирования системы, что не осуществлялось в прототипе. Если сигнал А принимает значение равное 1, то функционирование системы осуществляется нормально, а если 0, то в системе произошел информационный отказ.

Пример х=50 метров, y=50 метров, .

Тогда, используя формулу для определения сигнала А, получим А=0. Таким образом, погрешности х, y вышли за допустимый предел, что свидетельствует о наличии в измерительных данных информационного отказа, значит, система функционирует не правильно.

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. Дмитриев С.П., Колесов Н.В., Осипов А.В. Информационная надежность, контроль и диагностика навигационных систем. - СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 207 с.

Аппаратура счисления координат с оперативным контролем достоверности, 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 _H и Y_H соответственно, входы по погрешностям координат x, y 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 проверки достоверности, входы которого соединены с соответствующими выходами x, y, р_i блока формирования данных, а сигнал выхода А является идентификатором информационного отказа, показывающего правильность функционирования системы.