PL212560B1 - Sposób i układ wyznaczania wektora ruchu śledzonych obiektów - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ wyznaczania wektora ruchu śledzonych obiektów lądowych, pływających lub latających.

W wielu sytuacjach niezbędna jest wiedza o parametrach śledzonych i przemieszczających się obiektów, pozyskiwana w celu przeciwdziałania sytuacjom kolizyjnym z innymi obiektami, naprowadzania obiektów na określony kurs lub sterowania i nadzoru ruchu śledzonych obiektów.

Znane i stosowane sposoby wyznaczania wektora ruchu polegają na wykorzystaniu metody rejestracji pomiarów pozycji obiektu, w formie namiaru i odległości, realizowanej w cyklu periodycznym, po czym następuje przetwarzanie pomiarów za pośrednictwem algorytmu, od postaci biegunowej do składowych wektora ruchu.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 151 075 układ wyznaczania współrzędnych wektora położenia obiektu poruszającego się w polu grawitacyjnym Ziemi, charakteryzujący się tym, że blok trzech ortogonalnych przyśpieszeniomierzy liniowych jest poprzez ustawione w szereg blok mnożenia macierzowego i blok sumowania wektorowego dołączony do wejścia bloku sumowania wektorowego. Podobnie blok trzech ortogonalnie zorientowanych żyroskopów prędkościowych jest poprzez szeregowo ustawione blok mnożenia macierzowego żyroskopów i blok korekcji składowej przyspieszenia Coriolisa dołączony do wejścia bloku sumowania wektorowego, mającego wyjście poprzez ustawione w szereg blok integratora wektorowego i blok sumatora wektorowego dołączone do bloku integratora wektorowego. Jego wyjście jest dołączone poprzez ustawione w szereg blok modeli geoidy i pola grawitacji Ziemi i blok korekcji składowej ziemskiej prędkości liniowej do wejścia bloku trzeciego sumowania wektorowego i równolegle przez poprzez blok przelicznika współrzędnych geograficznych do wejścia wymienionego bloku korekcji składowej ziemskiej prędkości liniowej. Punkt łączący blok sumowania wektorowego z blokiem integratora wektorowego jest równolegle dołączony do wejścia bloku przelicznika współrzędnych geograficznych i do wejścia bloku formowania wektora. Punkt łączący blok korekcji składowej ziemskiej prędkości liniowej z blokiem danych modelu geoidy i pola grawitacyjnego jest dołączony do wejścia bloku wprowadzania danych startowych i poprzez blok korekcji składowej grawitacyjnej przyspieszenia liniowego do wejścia bloku sumowania wektorowego. Wyjście bloku przelicznika współrzędnych geograficznych jest doprowadzone równolegle do wejścia bloku wprowadzenia danych startowych, do bloku korekcji składowej ziemskiej prędkości liniowej oraz do wejścia bloku formowania macierzy, do wejścia formowania wektora A i do wejścia bloku formowania wektora B. Blok formowania macierzy i blok formowania wektora A są dołączone poprzez blok mnożenia wektora przez skalar, blok formowania wektora B z dołączonym do tego bloku nadajnikiem absolutnej prędkości kątowej Ziemi.

Wyjście z bloku sumowania wektorowego poprzez szeregowo zestawione blok mnożenia macierzowego, blok sumowania wektorowego i kolejny blok mnożenia macierzowego jest dołączone do bloku integratora wektorowego. Jego wejście połączone jest równolegle przez blok formowania macierzy do bloku mnożenia macierzowego i poprzez kolejny blok formowania macierzy do bloku mnożenia macierzowego, do drugich wejść dwóch bloków mnożenia macierzowego. Do bloku integratora wektorowego jest poprzez blok wyznaczania orientacji początkowej obiektu dołączony blok statycznych czujników odchylenia od pionu obiektu. Do dwóch bloków integratora wektorowego jest przyłączone wyjście z bloku wprowadzania danych startowych. Wyjście z bloku trzech ortogonalnie zorientowanych żyroskopów prędkościowych jest dołączone do bloku sumowania wektorowego.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 150 923 urządzenie do estymacji kursu obiektu ruchomego, zwłaszcza statku nawodnego charakteryzujące się tym, że blok korekcji składowej ziemskiej w pomiarze prędkości myszkowania oraz żyrokompas prędkościowy stabilizowany w płaszczyźnie miejscowego horyzontu, są przyłączone równolegle do wejść bloku sumatora, którego wyjście jest doprowadzone do drugiego wejścia bloku adaptacyjnej estymacji bieżącego kursu rzeczywistego statku i odpowiadającej temu kursowi dewiacji resztowej kompasu magnetycznego i poprzez blok całkowania numerycznego do pierwszego wejścia tegoż bloku adaptacyjnego, na którego wejście trzecie jest dołączony kompas magnetyczny ze zdalnym przekazywaniem wskazań. Na czwarte wejście jest dołączony tor sygnału długości geograficznej odbiornika systemu radionawigacji i na wejście piąte tor sygnału szerokości geograficznej tegoż odbiornika, dołączony równolegle do wejścia bloku korekcji składowej ziemskiej, przy czym wyjście sygnałowe estymaty kursu rzeczywistego i wyjście sygnałowe estymaty dewiacji resztowej kompasu magnetycznego z bloku adaptacyjnego są równolegle dołączone odpowiednio do wejścia szóstego i wejścia siódmego tegoż bloku adaptacyjnego.

PL 212 560 B1

Przedstawiony sposób, układ i urządzenie służą do wyznaczania współrzędnych wektora samego obiektu śledzącego, wykorzystując sensory umieszczane na obiekcie, takie jak czujniki inercyjne, żyrokompasy, przyśpieszeniomierze, jednak nie pozwalają na pozyskanie danych o innych śledzonych obiektach usytuowanych na zewnątrz tzn. w bliższym lub dalszym sąsiedztwie, w stosunku do obiektu śledzącego.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i zaprojektowanie układu do wyznaczania współrzędnych wektora ruchu śledzonych i poruszających się obiektów, w otoczeniu jednostki śledzącej ich ruch.

Istota sposobu wyznaczania wektora ruchu śledzonych obiektów według wynalazku polega na tym, że po zakończeniu przetwarzania pomiarów od postaci biegunowej do składowych wektora, tworzone są sieci neuronowe, w co najmniej dwóch strukturach połączonych w odpowiedni sposób, z których jedna przeznaczona jest dla ruchu jednostajnego prostoliniowego a pozostałe dla ruchu niejednostajnego. Wybór określonej struktury sieci neuronowej zależy od rodzaju ruchu wykonywanego przez śledzony obiekt, a w miarę wzrastającej liczby pomiarów następuje rozbudowa sieci neuronowej aż do osiągnięcia określonej liczby pomiarów lub określonego przedziału czasowego, natomiast uzyskany wynik estymacji wektora ruchu śledzonego obiektu prezentowany jest w formie zapisów cyfrowych lub obrazowych.

Korzystnym według wynalazku jest to, że tworzone sieci mają charakter sieci neuronowych regresji ogólnej.

Układ wyznaczania wektora ruchu śledzonych obiektów według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera układ wyznaczania współrzędnych z co najmniej dwoma równolegle włączonymi układami sieci neuronowych połączonych z modułem wybierania, którego wyjście połączone jest z układem prezentacji wyników.

Korzystnym według wynalazku jest to, że układ wyznaczania współrzędnych stanowi radar.

Sposób i układ według wynalazku służy do szybkiego wyznaczania wektora ruchu śledzonych obiektów, co m.in. zapewnia odpowiedni poziom bezpieczeństwa nawigacji śledzonych obiektów poruszających się np. w bliskim sąsiedztwie obiektu śledzącego.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu do wyznaczania wektora ruchu, a fig. 2 przedstawia schemat blokowy układu do wyznaczania wektora ruchu z radarem i zawierający dwie sieci neuronowe regresji ogólnej.

Układ do wyznaczania wektora ruchu zawiera połączone szeregowo układy wyznaczania współrzędnych UWW, transformacji współrzędnych UTW, zestaw składający się z kilku lub kilkunastu równolegle usytuowanych sieci neuronowych SN1 - SNn, oraz układ prezentacji wyników UPW, przy czym między zestawem sieci neuronowych SN₁'- SN₁₁ a układem prezentacji wyników UPW usytuowany jest moduł wybierania MW.

Układ do wyznaczania wektora ruchu śledzonych obiektów, zawiera układ wyznaczania współrzędnych UWW, którego rolę pełni radar, połączony z układem transformacji współrzędnych UTW, dokonującym pre-processingu danych, w formie przekształcania współrzędnych z układu, w którym były pomierzone do układu, w którym pracują sieci neuronowe. Wyjście układu transformacji współrzędnych połączone jest z dwoma równolegle usytuowanymi sieciami neuronowymi SN1 i SN2 stanowiącymi zestaw sieci neuronowych, których parametry są tak dobrane, aby możliwe było zastosowanie ich do różnych przypadków dynamiki ruchu obiektu. Natomiast między zestawem sieci neuronowych SN1 i SN2 usytuowany jest moduł wybierania MW, który na podstawie analizy sygnałów z sieci neuronowych dokonuje wyboru jednej z nich jako najbardziej odpowiedniej w danym momencie ruchu i łączy w ją jako źródło sygnału wyjściowego do układu prezentacji wyników UPW7, który ma za zadanie wyświetlić określone parametry wektora ruchu w postaci, graficznej, na ekranie radaru.

Współrzędne obiektu będącego w ruchu mierzone są za pośrednictwem radaru w układzie wyznaczania współrzędnych UWW, a następnie przekształcane są w układzie transformacji współrzędnych do postaci odpowiedniej dla sieci neuronowych. Następuje adaptacja struktury sieci, w trakcie pozyskiwania kolejnych współrzędnych. Polega ona na rozbudowaniu sieci, celem uwzględnienia nowych pomiarów, z tym że po osiągnięciu określonej wielkości struktury, sieć nie jest już rozbudowywana, a jedynie modyfikowana, gdzie najwcześniejszy pomiar jest eliminowany a bieżący pomiar jest dodawany. Kolejnym etapem jest uczenie sieci na podstawie wyznaczonych i zmodyfikowanych współrzędnych oraz praca sieci, w rezultacie której otrzymywany jest wektor ruchu, inny dla każdej z sieci. Analiza tych wektorów pozwala modułowi wybierania na określenie, który z nich jest najbar4

PL 212 560 B1 dziej wiarygodny i podanie go na wyjście układu. Wyznaczony w ten sposób wektor ruchu jest prezentowany w postaci graficznej na ekranie radaru jako układu prezentacji wyników UPW.

Claims (4)

1. Sposób wyznaczania wektora ruchu, śledzonych obiektów polegający na tym, że rejestracja pomiarów pozycji obiektu, namiar i odległość, realizowana jest w cyklu periodycznym, co najmniej co 3 sekundy, po czym następuje przetwarzanie pomiarów, za pośrednictwem algorytmu, od postaci biegunowej do składowych wektora, znamienny tym, że zakończeniu przetwarzania pomiarów od postaci biegunowej do składowych wektora, tworzone są sieci neuronowe, w co najmniej dwóch strukturach, połączonych w odpowiedni sposób, z których jedna przeznaczona jest dla ruchu jednostajnego prostoliniowego, a pozostałe dla ruchu niejednostajnego, przy czym wybór określonej struktury sieci neuronowej zależy od rodzaju ruchu wykonywanego przez śledzony obiekt, a w miarę wzrastającej liczby pomiarów następuje rozbudowa sieci neuronowej aż do osiągnięcia określonej liczby pomiarów lub określonego przedziału czasowego, natomiast uzyskany wynik estymacji wektora ruchu śledzonego obiektu prezentowany jest w formie zapisów cyfrowych lub obrazowych.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzone sieci mają charakter sieci neuronowych regresji ogólnej.

3. Układ wyznaczania wektora ruchu śledzonych obiektów, zawierający układ wyznaczania współrzędnych oraz filtr numeryczny, znamienny tym, że zawiera układ wyznaczania współrzędnych z co najmniej dwoma równolegle włączonymi układami sieci neuronowych połączonych z modułem wybierania którego wyjście połączone jest z układem prezentacji wyników.

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ wyznaczania współrzędnych stanowi radar.