PL227531B1 - Method for determining the position of spots within the Earth space by means of laser light and the device for the application of this method - Google Patents
Method for determining the position of spots within the Earth space by means of laser light and the device for the application of this methodInfo
- Publication number
- PL227531B1 PL227531B1 PL408367A PL40836714A PL227531B1 PL 227531 B1 PL227531 B1 PL 227531B1 PL 408367 A PL408367 A PL 408367A PL 40836714 A PL40836714 A PL 40836714A PL 227531 B1 PL227531 B1 PL 227531B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- point
- earth
- space
- asp
- gyroscopes
- Prior art date
Links
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania położenia punktów w przestrzeni Ziemi za pomocą światła laserowego charakteryzujący się tym, że naprzód wyznacza się wektory przestrzenne związane z przemieszczeniem punktu, po czym według tych wektorów ustawia się dwa żyroskopy laserowe (ZL1) i (ZL2), przy czym sygnały pomiarowe ściśle zależne od czasu lokalnego (t) i generowane przez te żyroskopy stanowią podstawę do wyznaczenia szerokości i długości geograficznej wyznaczanego punktu w geoprzestrzeni. Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do wyznaczania położenia punktów w przestrzeni Ziemi za pomocą światła laserowego wyposażone w zegar czasu lokalnego, w zespół żyroskopów laserowych, przetwornik pomiaru prędkości liniowej i pamięć stałą, charakteryzujące się tym, że układ żyroskopów składa się z dwóch żyroskopów laserowych dwuczęstotliwościowych (ZL1) i (ZL2), których płaszczyzny pomiarowe są wzajemnie prostopadłe.The subject of the invention is a method for determining the position of points in the Earth's space by means of laser light, characterized in that spatial vectors related to the displacement of the point are first determined, and then two laser gyroscopes (ZL1) and (ZL2) are set according to these vectors, the signals measurement methods strictly dependent on the local time (t) and generated by these gyroscopes are the basis for determining the latitude and longitude of the determined point in geospace. The subject of the invention is also a device for determining the location of points in the Earth's space by means of laser light, equipped with a local time clock, a set of laser gyroscopes, a linear velocity measuring transducer and a permanent memory, characterized in that the gyroscope system consists of two dual-frequency laser gyroscopes ( ZL1) and (ZL2), whose measurement planes are mutually perpendicular.
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania położenia punktu w przestrzeni Ziemi z wykorzystaniem dwóch wektorów przestrzennych (vs) i (r), związanych z ruchem tego punktu i zaczepionych w tym punkcie, przy czym sposób ten jest realizowany za pomocą autonomicznego systemu pomiarowego (ASP) składającego się głównie z tandemu żyroskopów laserowych TZ dwuczęstotliwościowych i zegara generującego czas lokalny t; oraz z układu nadążnego UN orientującego w przestrzeni TZ tak, że płaszczyzny pomiarowe żyroskopów laserowych Ppz1 i Ppz2 leżą dokładnie w płaszczyznach odpowiednio: równoleżnikowej i południkowej bieżącego punktu Pi trajektorii ruchu τ przy przesuwaniu Po od A do B, zgodnie z orientacją przestrzenną na dwa wektory (vs(Pi)) i (r<Pi)).The subject of the invention is a method of determining the position of a point in Earth space with the use of two spatial vectors (vs) and (r) related to the movement of this point and attached to this point, and this method is carried out by means of an autonomous measuring system (ASP) consisting of mainly from a tandem of dual-frequency TZ laser gyroscopes and a local time clock t; and from the UN tracking system orienting in the TZ space so that the measurement planes of the laser gyroscopes Ppz1 and Ppz2 lie exactly in the planes, respectively: latitudinal and meridian of the current point Pi of the trajectory of motion τ when shifting Po from A to B, according to the spatial orientation on two vectors ( vs (Pi)) and (r <Pi)).
System ASP jest urządzeniem pomiarowym, w którym generowane są elektryczne sygnały pomiarowe potrzebne do wyznaczania pozycji punktu w przestrzeni Ziemi z tym, że pozycja punktu jest określona przez cztery współrzędne geocentryczne (φ, λ, R, t), gdzie: φ - szerokość geocentryczna, λ - długość geocentryczna, R - odległość punktu od środka masy Ziemi - wysokość bezwzględna, a t - czas lokalny w ASP.The ASP system is a measuring device in which electrical measurement signals are generated needed to determine the position of a point in Earth space, but the position of the point is determined by four geocentric coordinates (φ, λ, R, t), where: φ - geocentric latitude, λ - geocentric length, R - distance of a point from the center of mass of the Earth - absolute height, at - local time in the ASP.
Autonomiczność pomiarów ASP polega na tym, że wyznaczanie współrzędnych punktu Pi (bieżącego punktu) trajektorii ruchu w przestrzeni Ziemi sprowadzone jest do realizacji algorytmów pomiarowych opisanych równaniami całkowania częstotliwości na wyjściach dwóch żyroskopów laserowych dwuczęstotliwościowych w równych interwałach czasowych, oraz przez pomiar parametrów ruchu obrotowego Ziemi, bo każdy punkt Pi związany z Ziemią więzami pola grawitacyjnego nieuchronnie bierze udział w ruchu obrotowym bryły Ziemi. Algorytmy pomiarowe dla ASP opracowane są z wykorzystaniem nowej teorii geodezji - Geodezja Kinematyczna (GK). GK jest relatywistycznym opisem czasoprzestrzeni Ziemi w modelu kuli.The autonomy of ASP measurements consists in the fact that determining the coordinates of the Pi point (the current point) of the trajectory of movement in the Earth space is reduced to the implementation of measurement algorithms described by the frequency integration equations at the outputs of two double-frequency laser gyroscopes at equal time intervals and by measuring the parameters of the rotation of the Earth, because each point Pi connected with the Earth by the ties of the gravitational field inevitably takes part in the rotation of the Earth's solid. Measurement algorithms for the Academy of Fine Arts are developed using the new theory of geodesy - Kinematic Geodesy (GK). GK is a relativistic description of the Earth's space-time in the sphere model.
Autonomiczność sposobu wyznaczania pozycji Pi oraz urządzenia pomiarowego polega na tym, że wyznaczanie współrzędnych (φ; λ; Rpi; t) punktów Pi, związanych z Ziemią więzami pola grawitacyjnego, polega na wyznaczaniu wartości równań Geodezji Kinematycznej (GK). Równania GK zawierają składniki określone przez dwa parametry układu pomiarowego: Δω = (ω’ - ωο) i At, gdzie ω’ - częstość kołowa wiązki światła laserowego, gdy detektor światła porusza się wzdłuż tej wiązki; ωο - częstość kołowa (własna) lasera. Parametry równań GK są danymi wewnętrznymi ASP.The autonomy of the method of determining the Pi position and the measuring device is based on the fact that the determination of the coordinates (φ; λ; Rpi; t) of the Pi points, related to the Earth by the gravitational field constraints, consists in determining the values of the equations of Kinematic Geodesy (GK). The GK equations contain components determined by two parameters of the measurement system: Δω = (ω ′ - ωο) and At, where ω ′ - circular frequency of the laser light beam when the light detector moves along this beam; ωο - the circular (natural) frequency of the laser. GK equation parameters are internal data of ASP.
Równania GK opisują ruch punktu w czasoprzestrzeni Maxwella - Lorentza i parametry równań ruchu są opisane przez parametry Δω i At, które są wewnętrznymi parametrami ASP. Parametry wewnętrzne są tworzone przez urządzenia pomiarowe ASP w czasie przesuwania punktu Pi w przestrzeni Ziemi. To czyni, że wyznaczanie przesunięć Pi (będące iloczynem vi * At) nie wymaga korzystania z zewnętrznego, do układu pomiarowego, układu odniesienia.The GK equations describe the motion of a point in Maxwell-Lorentz space-time and the parameters of the equations of motion are described by the parameters Δω and At, which are internal parameters of the ASP. The internal parameters are created by the ASP measuring devices while moving the Pi point in Earth space. This means that the determination of the displacements Pi (being the product of vi * At) does not require the use of an external reference frame for the measurement system.
Według teorii GK, układem odniesienia dla wyznaczania przesunięć vi * At jest czas lokalny dla chwili to, gdzie to to czas rozpoczynania przesunięcia. Symbol vi w ruchu Pi jest prędkością styczną vs bo przesunięcia Pi, w obszarze działania więzów grawitacyjnych Ziemi, dokonywane są względem środka masy Ziemi.According to the GK theory, the reference system for determining the shifts vi * At is the local time for the moment t, where is the shift start time. The symbol vi in the motion of Pi is the tangential velocity vs because the shifts Pi, in the area of the Earth's gravitational bonds, are made relative to the center of mass of the Earth.
Powyższe powoduje, że pozycja punktu Pi jest wyznaczana z pominięciem konieczności komunikowania się z zewnętrznym układem odniesienia. Ponadto trajektorie przesunięć Pi są wykonywane względem środka masy Ziemi a to czyni, że wszystkie punkty Pi(t) trajektorii przesuwania Pi mają pozycję geocentryczną i są wyznaczane z jednakową dokładnością.The above causes that the position of the Pi point is determined without the necessity to communicate with the external reference system. Moreover, the trajectories of the displacements Pi are made with respect to the center of mass of the Earth, and this makes that all points Pi (t) of the displacement trajectory Pi have a geocentric position and are determined with equal accuracy.
Urządzenie pomiarowe ASP do wyznaczania położenia Pi w przestrzeni Ziemi wyposażone jest w zegar lokalny - Z generujący czas lokalny t i to powoduje, że współrzędne Pi są wyznaczane w czasie rzeczywistym t, czas rzeczywisty = czas lokalny.The ASP measuring device for determining the position of Pi in Earth space is equipped with a local clock - Z that generates the local time t and this causes the coordinates of Pi to be determined in real time t, real time = local time.
Współcześnie, wyznaczanie współrzędnych geograficznych (φ pi; λ pi; h pi, T), gdzie: h pi - wysokość punktu mierzona od poziomu morza; (φ pi, λ pi, - szerokość i długość geograficzna punktu; T - czas absolutny, realizuje się najczęściej za pomocą następujących metod pomiarowych :Nowadays, determining geographic coordinates (φ pi; λ pi; h pi, T), where: h pi - height of the point measured from the sea level; (φ pi, λ pi, - latitude and longitude of a point; T - absolute time, most often performed using the following measurement methods:
a) . Sztucznych satelitów Ziemi.a). Artificial Earth satellites.
b) . Pomiarów astronomicznych.b). Astronomical measurements.
c) . Metod geodezyjnych.c). Geodetic methods.
Wszystkie wyżej wymienione metody pomiarowe wykorzystują, przy wyznaczaniu współrzędnych, zewnętrzny do układu pomiarowego układ odniesienia jak: obiekty nieba łącznie ze sztucznymi satelitami Ziemi, osnowę geodezyjną bryły Ziemi, latarnie radiowe.All the above-mentioned measurement methods use, when determining coordinates, a reference system external to the measurement system, such as: sky objects including artificial Earth satellites, geodetic matrix of the Earth, radio beacons.
Znana jest również metoda zliczeniowa wyznaczania współrzędnych geograficznych punktu, która polega na tym, że z punktu Po na mapie rysuje się wektor ruchu - zorientowany przestrzennieThere is also a known counting method for determining the geographical coordinates of a point, which consists in drawing a motion vector from the point Po on the map - oriented spatially
PL 227 531 B1 na kierunek „Północ”, którego długość jest iloczynem prędkości platformy i czasu trwania ruchu AT, gdzie T to czas absolutny.To the "North" direction, the length of which is the product of the speed of the platform and the duration of the movement AT, where T is the absolute time.
Układem odniesienia, dla metody pomiarowej za pomocą sztucznych satelitów, jest orbita sztucznego satelity Ziemi wyznaczana względem środka masy Ziemi - dla każdego satelity systemu satelitarnego, np. GPS, GALILEO, GLONAS, oraz czas absolutny T systemu sztucznych satelitów. Czas absolutny systemu sztucznych satelitów jest to jednakowy czas wskazywany przez wszystkie zegary danego systemu satelitarnego.The reference system for the measurement method using artificial satellites is the orbit of the artificial satellite of the Earth relative to the center of Earth's mass - for each satellite of the satellite system, eg GPS, GALILEO, GLONAS, and the absolute time T of the artificial satellite system. The absolute time of the system of artificial satellites is the same time indicated by all the clocks of a given satellite system.
Wyznaczenie pozycji punktu Pi na bryle Ziemi, według metody GPS, polega na tym, że układ pomiarowy systemu satelitarnego wyznacza kolejno: „pseudoodległości” (L = c * ΔΤ) punktu Pi od co najmniej czterech satelitów danego systemu satelitarnego (trzy - jako warunek niezbędny do rozwiązania trzech równań liniowych + jeden jako informacja nadmiarowa), oraz czas ΔΤ. Oznacza to, że w procesie pomiarowym wszystkie cztery sztuczne satelity Ziemi powinny być równocześnie „widoczne” z punktu Pi Ziemi.Determining the position of the Pi point on the body of the Earth, according to the GPS method, consists in the fact that the measuring system of the satellite system determines successively: "pseudoranges" (L = c * ΔΤ) of the Pi point from at least four satellites of a given satellite system (three - as a necessary condition to solve three linear equations + one as redundant information), and time ΔΤ. This means that in the measurement process all four Earth satellites should be simultaneously "visible" from the Earth's Pi point.
Wyznaczenie pozycji sprowadza się do obliczenia współrzędnych X pi, Y pi, Z pi punktu Pi w prostokątnym układzie współrzędnych zaczepionym w środku masy Ziemi a następnie transformację współrzędnych prostokątnego układu na mapę geograficzną Ziemi.Determining the position is reduced to calculating the X pi, Y pi, Z pi coordinates of the Pi point in a rectangular coordinate system attached to the center of the Earth's mass, and then transforming the coordinates of the rectangular system into a geographic map of the Earth.
W przypadku pomiarów astronomicznych układem odniesienia jest położenie „gwiazd stałych” w stosunku do „bieguna nieba”, gdy operuje się w czasie absolutnym T , to można wyznaczyć położenie osi obrotu Ziemi w stosunku do bieguna nieba i przez rzutowanie położenia gwiazd stałych na powierzchnię geoidy Ziemi (geoida odwzorowuje bryłę Ziemi) można wyznaczyć pozycję geograficzną Pi.In the case of astronomical measurements, the reference system is the position of the "fixed stars" in relation to the "sky pole", when operating in absolute time T, it is possible to determine the position of the Earth's rotation axis in relation to the sky pole and by projecting the position of the fixed stars on the surface of the Earth's geoid (the geoid maps the solid of the Earth) the geographical position of Pi can be determined.
W innym praktycznym układzie związanym z obiektami nieba - wyznacza się „kąt górowania” Słońca w płaszczyźnie południka punktu Pi i to jest równoznaczne z określeniem szerokości g e o graficznej φ pi. Długość geograficzna λ pi jest wyznaczana za pomocą zegara mierzącego czas absolutny T na platformie i obliczona z różnicy czasu ΔΤ = To - Tpi, gdzie: To - czas absolutny przejścia Słońca przez południk „O” - przechodzący przez Greenwich; T pi - czas wskazywany przez zegar umieszczony w Pi.In another practical system related to the objects of the sky - the "rising angle" of the Sun is determined in the plane of the meridian of the point Pi, and this is equivalent to the determination of the width g e with the graphic φ pi. Longitude λ pi is determined by the clock measuring the absolute time T on the platform and calculated from the time difference ΔΤ = To - Tpi, where: To - absolute time of the Sun's passage through the "O" meridian - passing through Greenwich; T pi - time indicated by the clock located in Pi.
W przypadku metod geodezyjnych układem odniesienia jest osnowa geodezyjna (mapa) powierzchni Ziemi. Wyznaczanie pozycji polega na wykorzystaniu punktów osnowy geodezyjnej mapy do wyznaczenia trzech kątów płaskich wyprowadzonych z Pi w odniesieniu do punktów osnowy geodezyjnej i następnie w metodzie triangulacyjnej wyznaczenie współrzędnych geograficznych Pi.In the case of geodetic methods, the reference system is the geodetic matrix (map) of the Earth's surface. Determining the position consists in using the points of the geodetic map control network to determine three plane angles derived from Pi with respect to the points of the geodetic control network and then, in the triangulation method, determining the geographical coordinates Pi.
Wszystkie wymienione wyżej metody i urządzenia pomiarowe, do wyznaczania położenia Pi na bryle Ziemi, wymagają ściśle zdefiniowanego układu odniesienia i warunku by układ ten był „dostępny” z punktu Pi, oraz zegarów mierzących czas absolutny T.All the above-mentioned methods and measuring devices for determining the position of Pi on the solid of the Earth require a strictly defined frame of reference and a condition that this system should be "available" from the point Pi, and clocks measuring the absolute time T.
Operowanie z czasem absolutnym T - niestety jest to poważna wada tych systemów pomiarowych w zastosowaniu do wyznaczania pozycji punktu P na Ziemi, synchronizacja wszystkich zegarów w przestrzeni (ustawienie wszystkich zegarów na jednakową godzinę) jest niemożliwe - w świetle szczególnej teorii względności.Operating with absolute time T - unfortunately this is a serious drawback of these measurement systems when used to determine the position of the P point on Earth, synchronization of all clocks in space (setting all clocks to the same hour) is impossible - in the light of the special theory of relativity.
Wysokie budynki w mieście lub wysoki brzeg klifu często uniemożliwiają korzystanie z systemu satelitarnego. Ponadto, system satelitarny może być wyłączony przez administratora lub zniszczony przez wroga.Tall buildings in a city or a high cliff edge often make it impossible to use the satellite system. In addition, the satellite system can be disabled by the administrator or destroyed by the enemy.
W użyciu jest także system „zliczeniowy” wyznaczania pozycji Pi, który polega na wyznaczaniu wektora przesunięcia platformy z punktu Po w dowolnym kierunku. Wyznaczenie pozycji Pi polega na tym, że kierunek wektora przesunięcia musi być zorientowany w przestrzeni w stosunku do kierunku „Północ”, zaś długość wektora przesunięcia jest ustalana przez pomiar drogi L = v ΔΤ (T - czas absolutny, v - prędkość ruchu). System obliczeniowy ma małą dokładność pomiaru i stosowany jest głównie w nawigacji morskiej daleko od brzegów.Also in use is a "counting" system for determining the position Pi, which consists in determining the vector of platform displacement from the point Po in any direction. Determining the position of Pi consists in the fact that the direction of the displacement vector must be oriented in space in relation to the "North" direction, and the length of the displacement vector is determined by measuring the path L = v ΔΤ (T - absolute time, v - movement speed). The calculation system has a low measurement accuracy and is mainly used in marine navigation far from the coast.
Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wyznaczania położenia punktów w przestrzeni Ziemi bez konieczności korzystania z zewnętrznego układu odniesienia, przy czym system ASP wie gdzie jest (sam wyznacza swoją pozycję w przestrzeni Ziemi). Ten, nierealistyczny cel jest możliwy do realizacji, gdy przestrzeń Ziemi jest częściowo wypełniona polem elektromagnetycznym, zaś ruch punktu w tej przestrzeni jest opisany za pomocą pojęć szczególnej teorii względności.The aim of the invention is to develop a method of determining the position of points in Earth space without the need to use an external reference system, and the ASP system knows where it is (it determines its position in Earth space). This unrealistic goal is possible when the Earth's space is partially filled with an electromagnetic field, and the motion of a point in this space is described in terms of special relativity.
Cel ten realizuje sposób wyznaczania położenia punktu w przestrzeni Ziemi z wykorzystaniem dwóch wektorów przestrzennych vs i r, związanych z ruchem tego punktu i zaczepionych w tym punkcie, za pomocą autonomicznego systemu pomiarowego ASP według wynalazku charakteryzujący się tym, że w czasie przesuwania systemu ASP - tandemu TZ żyroskopów laserowych dwuczęstotliwo4This goal is implemented by the method of determining the position of a point in Earth space using two spatial vectors vs ir, related to the movement of this point and hooked at this point, by means of the autonomous measurement system ASP according to the invention, characterized by the fact that when moving the ASP system - the TZ tandem Dual frequency laser gyroscopes4
PL 227 531 B1 ściowych po trajektorii ruchu τ W każdym z żyroskopów laserowych dwuczęstotliwościowych generuje się sygnały elektryczne według zależności:In each of the double-frequency laser gyroscopes, electrical signals are generated according to the relationship:
U(t) = cos[(roi - 02) - (ωι + 02) vs /c] At, gdzie parametry argumentu funkcji harmonicznej są wewnętrznymi parametrami systemu (ASP).U (t) = cos [(roi - 02) - (ωι + 02) v s / c] At, where the argument parameters of the harmonic function are internal system parameters (ASP).
W sposobie według wynalazku tandem TZ żyroskopów laserowych dwuczęstotliwościowych korzystnie orientuje się w przestrzeni tak, że żyroskop laserowy ZL1 ustawia się przestrzennie w płaszczyźnie równoleżnikowej PRpi, zaś żyroskop laserowy ZL2 korzystnie ustawia się przestrzennie w płaszczyźnie południkowej PPpi bieżącego punktu Pi na trajektorii ruchu τ.In the method according to the invention, the TZ tandem of the dual frequency laser gyroscopes is preferably oriented in space such that the laser gyroscope ZL1 is spatially oriented in the latitudinal plane PRpi, and the laser gyroscope ZL2 is preferably spatially aligned in the meridional plane PPpi of the current point Pi on the trajectory of motion τ.
W sposobie według wynalazku, gdy punkt Pi przesuwa się w przestrzeni to w każdym z żyroskopów laserowych tandemu TZ korzystnie odwzorowuje się kąty przesunięć w płaszczyznach południkowych i równoleżnikowych związanych z ruchem punktu Pi w przestrzeni, przy czym kąty przesunięcia związane z tym ruchem opisuje się zależnością:In the method according to the invention, when the point Pi moves in space, in each of the laser gyroscopes of the TZ tandem, the angles of shifts in the meridional and latitudinal planes related to the movement of the point Pi in space are preferably mapped, the shift angles associated with this movement being described by the relationship:
Aa = Jifc An 5t = Σ (to tk) [(01 - 02) - (01 + 02) Vs /c] At, gdzie At = tk - tp, która odnosi się do przesunięć kątowych w każdej płaszczyźnie przechodzącej przez punkt Pi.Aa = J ifc An 5t = Σ (to tk) [(01 - 02) - (01 + 02) Vs / c] At, where At = tk - tp, which refers to the angular displacements in each plane passing through Pi .
W sposobie według wynalazku sygnały elektryczne generowane przez obydwa żyroskopy laserowe według zależności:In the method according to the invention, the electrical signals generated by both laser gyroscopes according to the relationship:
U(t) = cos[(01 - 02) - (01 + 02) vs /c] At korzystnie przekształca się w paczki impulsów elektrycznych według zależności An = n(t) * 5t, gdzie 5t to czas próbkowania ciągu impulsów elektrycznych powstających z przekształcenia zależności U(t).U (t) = cos [(01 - 02) - (01 + 02) vs / c] At is preferably converted into packets of electric pulses according to the relationship An = n (t) * 5t, where 5t is the sampling time of the electric pulses generated from the transformation of the relationship U (t).
W sposobie według wynalazku paczki impulsów An = n(t) * 5t jako impulsy elektryczne korzystnie zlicza się (całkuje) w układzie obliczeniowym Uob, który jest podzespołem systemu ASP, przy czym w układzie tym dokonuje się konwersji ciągów impulsów elektrycznych na przesunięcia kątowe odpowiednio w płaszczyznach południkowych i równoleżnikowych według zależności:In the method according to the invention, packets of pulses An = n (t) * 5t are preferably counted (integrated) as electrical pulses in the computational system Uob, which is a component of the ASP system, and this system converts the electrical pulses into angular shifts, respectively, in meridional and latitudinal planes according to the relationship:
dla AφzL2 = N2 Σ^^ιμ [(01 - 02) - (01 + 02) Vs /c] At;for AφzL2 = N2 Σ ^^ ιμ [(01 - 02) - (01 + 02) Vs / c] At;
dla AφzL1 = N1 Σ^^ιμ [(01 - 02) - (01 + 02) Vs /c] At;for AφzL1 = N1 Σ ^^ ιμ [(01 - 02) - (01 + 02) Vs / c] At;
i oblicza się współrzędne geocentryczne (Pk):and the geocentric coordinates (Pk) are calculated:
φpk = φpo + N2 Σ^^ιμ [(01 - 02) - (01 + 02) Vs /c] At;φpk = φpo + N2 Σ ^^ ιμ [(01 - 02) - (01 + 02) Vs / c] At;
Ipr = Xpo + N1 Σ(1θ^Ι<) [(01 - 02) - (01 + 02) Vs /c] At - Qśr At, przy czym składnik sumy Qśr At jest związany z ruchem obrotowym Ziemi i odpowiada za przesunięcie kątowe każdego punktu Pi, który jest związany z Ziemią więzami pola grawitacyjnego.Ipr = Xpo + N1 Σ (1θ ^ Ι <) [(01 - 02) - (01 + 02) Vs / c] At - Qśr At, where the component of the sum Qśr At is related to the rotation of the Earth and is responsible for the angular shift each point Pi which is bound to the Earth by the bonds of the gravitational field.
Sposób wyznaczania położenia punktów w przestrzeni Ziemi za pomocą systemu pomiarowegoThe method of determining the position of points in the Earth space with the use of a measuring system
ASP według wynalazku jest przedstawiony na rysunkach, na których Fig. 1 przedstawia model Ziemi w postaci kuli (w modelu relatywistycznym rzeczywisty model Ziemi (geoida obrotowa) może być pominięty). Na Fig. 1 oznaczenia X, Y i Z stanowią osie prostokątnego układu zaczepione w środku masy Ziemi - 000, 00' - oś obrotu Ziemi, PPPi - płaszczyzna południkowa przechodząca przez Pi, PRPi płaszczyzna równoleżnikowa przechodząca przez Pi i Pk - punkt końcowy trajektorii ruchu, Po - punkt początkowy trajektorii ruchu, a Pi to punkt bieżący na trajektorii ruchu; τ - trajektoria ruchu; φpi, XPi - odpowiednio szerokość i długość geocentryczna Pi; Aφpi, AXpi, - przyrosty kątów a odpowiednio w płaszczyznach południkowych i równoleżnikowych podczas przesuwania Pi wzdłuż trajektorii ruchu; r - wektor przestrzenny z punktu Pi leżący w płaszczyźnie równoleżnikowej Pi i przecinający oś obrotu Ziemi; vs - wektor przestrzenny styczny do trajektorii ruchu i leżący w płaszczyźnie równoleżnikowej Pi; Q(t) to prędkość ruchu obrotowego Ziemi w czasie t - prędkość chwilowa.The ASP according to the invention is shown in the drawings in which Fig. 1 shows the model of the Earth in the form of a sphere (in the relativistic model the real model of the Earth (rotational geoid) can be omitted). In Fig. 1, the symbols X, Y and Z are the axes of a rectangular system hooked in the center of the Earth's mass - 000.00 '- Earth's rotation axis, PPPi - meridian plane passing through Pi, PRPi latitudinal plane passing through Pi and Pk - end point of the trajectory of motion , Po - the starting point of the motion trajectory, and Pi is the current point on the trajectory of the motion; τ - motion trajectory; φpi, XPi - width and geocentric length Pi, respectively; Aφpi, AXpi, - angles increments a, respectively, in the meridional and latitudinal planes when moving Pi along the trajectory of motion; r - space vector from Pi lying in the latitudinal plane Pi and crossing the Earth's rotation axis; vs - spatial vector tangent to the trajectory of motion and lying in the latitudinal plane Pi; Q (t) is the speed of the Earth's rotation in time t - instantaneous speed.
Na Fig. 2 przedstawiony jest przekrój modelu kuli Ziemi płaszczyzną prostopadłą do osi obrotuIn Fig. 2, a cross section of the Earth sphere model is shown with a plane perpendicular to the axis of rotation
00' Ziemi w punkcie Pi. Oznaczenia na Fig. 2: PPPi - płaszczyzna południkowa przechodząca przez Pi; PRPi - płaszczyzna równoleżnikowa przechodząca przez Pi; Po - punkt początkowy trajektorii ruchu, na którym jest ustawiany ASP; Ppo - płaszczyzna pozioma w Po (linia ciągła 1,5p; linia kreskowana 1,5p - pochylona płaszczyzna Ppo o kąt φpo); ZL1, ZL2 - żyroskopy laserowe TZ; φpo - szerokość geocentryczna Po φpo - kąt obrotu płaszczyzny Ppo; r - odległość Po od osi obrotu Ziemi; γ - kąt obrotu ZL2 do pozycji (01 - 02) = const, w czasie t; Ozl - środek płaszczyzny pomiarowej ZL.00 'Earth at Pi. Notations in Fig. 2: PPPi - meridional plane through Pi; PRPi - latitudinal plane passing through Pi; Po - starting point of the motion trajectory on which the ASP is set up; Ppo - horizontal plane in Po (solid line 1.5p; dashed line 1.5p - inclined plane Ppo by the angle φpo); ZL1, ZL2 - TZ laser gyros; φpo - geocentric latitude Po φpo - rotation angle of the plane Ppo; r - the distance Po from the Earth's rotation axis; γ - angle of rotation ZL2 to position (01 - 02) = const, at time t; Ozl - center of the ZL measurement plane.
Na Fig. 3 przedstawiony jest model odwzorowania kąta obrotu bryły sztywnej na płaszczyznę pomiarową żyroskopu laserowego. Oznaczenia: Lo - prosta przechodząca przez Po i przez środek płaszczyzny pomiarowej ZL oraz prostopadła do osi obrotu Ziemi; L'o - prosta równoległa do Lo; Aa PL 227 531 B1 kąt przesunięcia bryły sztywnej - kąt odwzorowania na płaszczyznę pomiarową żyroskopu laserowego ZL2; ZL2 - żyroskop laserowy ustawiany w płaszczyźnie równoleżnikowej bieżącego punktu Pi; r - odległość Pi od osi obrotu Ziemi - 00'; τ - trajektoria ruchu Pi; 00 - oś obrotu bryły sztywnej.Fig. 3 shows a model of mapping the angle of rotation of a rigid body to the measurement plane of a laser gyroscope. Marking: Lo - straight line passing through Po and through the center of the measurement plane ZL and perpendicular to the axis of rotation of the Earth; L'o - straight line parallel to Lo; Aa the angle of the rigid body displacement - projection angle on the measurement plane of the ZL2 laser gyroscope; ZL2 - laser gyroscope set in the latitudinal plane of the current point Pi; r - distance Pi from the Earth's rotation axis - 00 '; τ - Pi motion trajectory; 00 - axis of rotation of the rigid body.
Na Fig. 4 przedstawiony jest schemat blokowy systemu ASP, na którym TZ tandem żyroskopów laserowych dwuczęstotliwościowych (oznaczony linią przerywaną) złożony jest z dwóch żyroskopów laserowych ZL1 i ZL2 usytuowanych tak, że ich płaszczyzny pomiarowe Ppz1 i Ppz2 są wzajemnie prostopadłe; Uc - układ pomiarowy całkowania częstotliwości sygnałów elektrycznych generowanych przez dwa żyroskopy laserowe; M - układ pamięci, do którego jest wpisywana informacja dotycząca współrzędnych geocentrycznych punktu Po; Uo - układ mechaniczny ustawiania tandemu TZ na płaszczyźnie poziomej Pp w Po wraz z manipulatorami do regulacji kątów φρί i γ; UN - układ nadążny do orientacji przestrzennej tandemu TZ tak, by odpowiednie płaszczyzny pomiarowe obydwu żyroskopów laserowych były ustawione odpowiednio w płaszczyznach południkowych i równoleżnikowych bieżącego punktu Pi leżącego na trajektorii ruchu τ; Z - zegar generujący czas lokalny t w systemie ASP; sygnał taktujący z zegara (linie strzałkowane), kontrolujący wszystkie bloki funkcyjne systemu ASP i oznaczający sygnały elektryczne w tym systemie oraz układ obliczeniowy Uob obliczający współrzędne geocentryczne (φρί, λρί, R, t) bieżącego punktu Pi.Fig. 4 shows a block diagram of an ASP system in which the TZ tandem of the dual frequency laser gyroscopes (indicated by the dashed line) is composed of two laser gyroscopes ZL1 and ZL2 positioned with their measurement planes Ppz1 and Ppz2 mutually perpendicular; Uc - measurement system for integrating the frequency of electrical signals generated by two laser gyroscopes; M - memory system into which information about the geocentric coordinates of the Po point is entered; Uo - mechanical system for setting the TZ tandem on the horizontal plane Pp in Po with manipulators for adjusting the angles φρί and γ; UN - the system follows the spatial orientation of the TZ tandem so that the respective measurement planes of both laser gyroscopes are positioned respectively in the meridian and latitudinal planes of the current point Pi lying on the trajectory of movement τ; Z - clock generating local time t in the ASP system; clock signal (arrowed lines) that controls all function blocks of the ASP system and denotes electrical signals in this system, and the computational system Uob that calculates the geocentric coordinates (φρί, λρί, R, t) of the current point Pi.
Opisany w niniejszym zgłoszeniu sposób dotyczy punktów w przestrzeni Ziemi, które są z nią związane więzami pola grawitacyjnego Ziemi. Dodatkowym założeniem koniecznym dla opisanego sposobu jest to, że punkt podlegający operacji według sposobu jest częściowo zanurzony w polu elektromagnetycznym - jest zanurzony w czasoprzestrzeni Maxwella - Lorentza.The method described in this application concerns points in the Earth's space that are related to it by the constraints of the Earth's gravitational field. An additional assumption necessary for the described method is that the point operated according to the method is partially submerged in the electromagnetic field - it is submerged in Maxwell-Lorentz space-time.
Proces wyznaczania położenia punktu według wynalazku przebiega następująco:The process of determining the position of a point according to the invention is as follows:
1. TZ jest ustawiany na płaszczyźnie poziomej PpPo, punkt Po jest dokładnie zaznaczony na tej płaszczyźnie. Jeśli punkt Po ma dokładnie wyznaczone współrzędne geocentryczne, to współrzędne są wpisywane do układu pamięci - M w ASP, natomiast gdy punkt Po nie ma dokładnie wyznaczonych współrzędnych to do układu pamięci M wpisywane są zerowe wartości współrzędnych Po. Następnie ASP (ściśle TZ) jest orientowany w przestrzeni na dwa wektory przestrzenne: vs i r. Orientacja w przestrzeni przebiega następująco:1. The TZ is positioned on the horizontal plane PpPo, the point Po is exactly marked on this plane. If the point Po has exactly determined geocentric coordinates, then the coordinates are entered into the memory system - M in ASP, while when the point Po does not have exactly determined coordinates, then the zero values of the coordinates Po are entered into the memory system M. Then ASP (strictly TZ) is oriented in space on two spatial vectors: vs and r. Orientation in space is as follows:
a) Płaszczyzna pozioma PpPo jest pochylana o kąt φηϋ, kąt pochylenia zawarty jest między prostą przechodzącą przez rzut płaszczyzny pomiarowej PpZ2 na płaszczyznę pomiarową PpZ1 z tym, że płaszczyzna PpZ2 jest ustawiona w płaszczyźnie południkowej PPpo.a) The horizontal plane PpPo is tilted by the angle φηϋ, the tilt angle is contained between the straight line passing through the projection of the PpZ2 measurement plane onto the PpZ1 measurement plane, but the PpZ2 plane is positioned in the meridional plane of PPpo.
b) Rozpoczyna się regulacja kąta γ przez obrót żyroskopu laserowego ZL2 wokół prostej przechodzącej przez środek ZL2 i prostopadłej do płaszczyzny poziomej Ppo w Po. Regulacja γ jest prowadzona do stanu, gdy sygnały elektryczne - częstotliwość - generowana przez ZL2 ma wartość (rot - ro2) = const. w czasie t.b) The adjustment of the angle γ begins by rotation of the laser gyroscope ZL2 about a straight line passing through the center of ZL2 and perpendicular to the horizontal plane Ppo at Po. The γ control is carried out until the electric signals - frequency - generated by ZL2 have the value (rot - ro2) = const. during t.
2. Rozpoczęcie ruchu ASP w przestrzeni - przesuwanie ASP - jest zaznaczone jako - reper czasowy to. Zegar na ASP zaczyna generować czas lokalny t. Czas lokalny t kontroluje wszystkie bloki układu pomiarowego ASP.2. The start of the movement of the ASP in space - the movement of the ASP - is marked as - the time benchmark to. The clock on the ASP starts generating local time t. Local time t controls all blocks of the ASP metric.
3. Przesuwanie ASP w przestrzeni po trajektorii ruchu τ powoduje, że na wyjściach żyroskopów laserowych ZL1 i ZL2 są generowane harmoniczne napięcia elektryczne (tylko dla stanu ruchu w czasoprzestrzeni M-L), których częstotliwość zależy od prędkości ruchu według zależności U(t) = cos[(ro1 - ro2) - (ro1 + ro2) vs /c] At, gdzie indeksy odnoszą się do każdego z żyroskopów laserowych dwuczęstotliwościowych.3. By shifting the ASP in space along the trajectory of motion τ, electric voltage harmonics are generated at the outputs of the ZL1 and ZL2 laser gyroscopes (only for the state of motion in ML space-time), the frequency of which depends on the speed of motion according to the relationship U (t) = cos [ (ro1 - ro2) - (ro1 + ro2) vs / c] At, where the indices refer to each of the dual frequency laser gyros.
4. Częstotliwości generowane jednocześnie przez obydwa żyroskopy laserowe są przekształcane na ciąg impulsów elektrycznych według zależności4. The frequencies generated simultaneously by both laser gyroscopes are converted into a series of electric pulses according to the relationship
U(t) = cos[(ro1 - ro2) - (ro1 + ro2) vs /c] At, te są podawane do układu obliczeniowego Uob.U (t) = cos [(ro1 - ro2) - (ro1 + ro2) vs / c] At, these are fed to the Uob computation system.
5. Układ obliczeniowy - Uob całkuje (zlicza) ciągi impulsów według sumowania „paczek” impulsów Ani generowanych w ściśle określonych przedziałach czasowych 5t. Całka z iloczynu (Ani 5t) w przedziale czasu At = tk - tp jest miarą przyrostów kąta Aa - przesunięcia kątowego płaszczyzny pomiarowej żyroskopu laserowego dwuczęstotliwościowego.5. Calculation system - Uob integrates (counts) the trains of impulses according to summing "packs" of Ania's impulses generated in strictly defined time intervals 5t. The integral of the product (Ani 5t) in the time interval At = tk - tp is a measure of the increments of the angle Aa - the angular shift of the measuring plane of the double-frequency laser gyroscope.
Aa = An 5t = Σ (to tk) [(ro1 - ro2) - (ro-ι + ro2) Vs /c] At, dla każdego żyroskopu laserowego dwuczęstotliwościowego.Aa = An 5t = Σ (to tk) [(ro1 - ro2) - (ro-ι + ro2) Vs / c] At, for each dual frequency laser gyro.
6. Na koniec Uob konwertuje wartości Aai na przyrosty kątów: odpowiednio dla AφzL2 = N2 Σ^^) [(ro1 - ro2) - (ro1 + ro2) Vs /c] At;6. Finally, Uob converts the Aai values into angle increments: respectively for AφzL2 = N2 Σ ^^) [(ro1 - ro2) - (ro1 + ro2) Vs / c] At;
dla AφzL1 = N1 Σ^^) [(ro1 - ro2) - (ro1 + ro2) Vs /c] At; i oblicza się współrzędne geocentryczne (Pk):for AφzL1 = N1 Σ ^^) [(ro1 - ro2) - (ro1 + ro2) Vs / c] At; and the geocentric coordinates (Pk) are calculated:
PL 227 531 B1 φρk = φρο + N2 Z(to^tk) [(ωι — ω2) — (ωι + ω2) Vs /c] At;PL 227 531 B1 φρk = φρο + N2 Z (to ^ tk) [(ωι - ω2) - (ωι + ω2) Vs / c] At;
Ipk = λρο + Ni Σ^—tk) [(ωι — ω2) — (ωι + 02) Vs /c] At — Qśr At.Ipk = λρο + Ni Σ ^ —tk) [(ωι - ω2) - (ωι + 02) Vs / c] At - Qśr At.
W opisie patentu jak wyżej pominięte są zagadnienia wyznaczania RPi.In the patent description as above, the issues of determining the RPi are omitted.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL408367A PL227531B1 (en) | 2014-03-11 | 2014-03-11 | Method for determining the position of spots within the Earth space by means of laser light and the device for the application of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL408367A PL227531B1 (en) | 2014-03-11 | 2014-03-11 | Method for determining the position of spots within the Earth space by means of laser light and the device for the application of this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL408367A1 PL408367A1 (en) | 2015-09-14 |
| PL227531B1 true PL227531B1 (en) | 2017-12-29 |
Family
ID=54065010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL408367A PL227531B1 (en) | 2014-03-11 | 2014-03-11 | Method for determining the position of spots within the Earth space by means of laser light and the device for the application of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL227531B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020005082A1 (en) * | 2018-06-29 | 2020-01-02 | Laser Tech Europe Sp. Z O.O. | The method of determining navigation (geocentric) coordinates in the space defined by constraints of the gravitational field of the earth |
-
2014
- 2014-03-11 PL PL408367A patent/PL227531B1/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020005082A1 (en) * | 2018-06-29 | 2020-01-02 | Laser Tech Europe Sp. Z O.O. | The method of determining navigation (geocentric) coordinates in the space defined by constraints of the gravitational field of the earth |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL408367A1 (en) | 2015-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Groves | Navigation using inertial sensors [Tutorial] | |
| Morales et al. | Signals of opportunity aided inertial navigation | |
| US10309786B2 (en) | Navigational and location determination system | |
| RU2395061C1 (en) | Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end | |
| Miller | Indoor navigation for first responders: a feasibility study | |
| US11199631B2 (en) | Apparatus and methods for geo-locating one or more objects | |
| US20120059575A1 (en) | Target locator device and methods | |
| CN104049269B (en) | A kind of target navigation mapping method based on laser ranging and MEMS/GPS integrated navigation system | |
| US20140249750A1 (en) | Navigational and location determination system | |
| Golovan et al. | Application of GT-2A gravimetric complex in the problems of airborne gravimetry | |
| CN105203103A (en) | Real-time measure method for relation between ground spacecraft and geographic orientation | |
| RU2692350C1 (en) | Method for high-accuracy positioning of apparatus on moon surface and device for its implementation | |
| US10006770B2 (en) | Remote location determination system | |
| RU2277696C2 (en) | Integrated satellite inertial-navigational system | |
| PL227531B1 (en) | Method for determining the position of spots within the Earth space by means of laser light and the device for the application of this method | |
| RU2308681C1 (en) | Gyroscopic navigation system for movable objects | |
| Gao et al. | Gyroscope drift estimation in tightly-coupled INS/GPS navigation system | |
| Mandapat | Development and evaluation of positioning systems for autonomous vehicle navigation | |
| Harke et al. | Gyroscope Drift Estimation of a GPS/MEMSINS Smartphone Sensor Integration Navigation System for Kayaking | |
| Mu et al. | Geomagnetic surface navigation using adaptive EKF | |
| JP3251705B2 (en) | Vehicle position correction method | |
| Kealy et al. | Improving the performance of satellite navigation systems for land mobile applications through the integration of MEMS inertial sensors | |
| RU2195632C2 (en) | Complex coordinate reckoning equipment | |
| Vavilova et al. | Impact of antenna displacement and time delays of GNSS solutions on the INS-GNSS complex data fusion algorithm | |
| Jäger et al. | SIMA–Raw Data Simulation Software for the Development and Validation of Algorithms for GNSS and MEMS based Multi-Sensor Navigation Platforms |