RU100232U1 - COMPLEX NAVIGATION SYSTEM FOR DETERMINING THE COORDINATES OF MOBILE LAND OBJECTS - Google Patents
COMPLEX NAVIGATION SYSTEM FOR DETERMINING THE COORDINATES OF MOBILE LAND OBJECTS Download PDFInfo
- Publication number
- RU100232U1 RU100232U1 RU2010128209/28U RU2010128209U RU100232U1 RU 100232 U1 RU100232 U1 RU 100232U1 RU 2010128209/28 U RU2010128209/28 U RU 2010128209/28U RU 2010128209 U RU2010128209 U RU 2010128209U RU 100232 U1 RU100232 U1 RU 100232U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- unit
- block
- output
- calculating
- Prior art date
Links
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Комплексированная навигационная система для определения координат подвижных наземных объектов, содержащая блок датчиков магнитного поля, блок датчиков линейного ускорения, датчик перемещения, блок расчета горизонтальных проекций магнитного поля Земли (МПЗ), блок коррекции величины ускорения подвижного объекта (ПО) и блок коррекции величины магнитного поля, выход которого соединен со вторым входом блока расчета горизонтальных проекций МПЗ, отличающаяся тем, что в нее введены блок коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения, блок синхронизации, блок расчета угла направления движения ПО, блок расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения, блок интерфейса информационного обмена, выполненный с возможностью обмена управляющей информацией с ЭВМ, блок анализа фазовых интервалов и фронтов, блок фильтрации, блок компенсации погрешности при конструктивных и технологических допусках изготовления устройств, регистр хранения коэффициентов лабораторной настройки, регистр хранения исходных значений координат, блок расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей, блок расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации, два блока суммирования, интегратор, блок умножителя, блок коррекции относительного смещения координат и приемник спутниковой навигационной системы (СНС), при этом выходы блоков датчиков магнитного поля и датчиков линейного ускорения соединены соответственно с первым и вторым входами блока коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения, выход которого через блок фильтрации соединен � An integrated navigation system for determining the coordinates of moving ground objects, comprising a block of magnetic field sensors, a block of linear acceleration sensors, a displacement sensor, a block for calculating horizontal projections of the Earth’s magnetic field (MPZ), a block for correcting the magnitude of the acceleration of a moving object (PO), and a block for correcting the magnitude of the magnetic field the output of which is connected to the second input of the block for calculating the horizontal projections of the MPZ, characterized in that a block for correcting the readings of the magnetic field sensors is introduced into it and linearly about acceleration, synchronization block, block for calculating the direction angle of the software, block for calculating the coordinate increment per unit of increment of the displacement value, information exchange interface unit configured to exchange control information with a computer, phase interval and edge analysis unit, filtering unit, error compensation unit with constructive and technological tolerances for the manufacture of devices, a register for storing laboratory settings coefficients, a register for storing initial coordinates, a unit for calculating the coefficient correction factors for incidental magnetic fields, a unit for calculating correction coefficients of displacement and angular orientation, two summing units, an integrator, a multiplier unit, a unit for correcting relative coordinates and a satellite navigation system (SNA) receiver, while the outputs of the blocks of magnetic field sensors and linear acceleration sensors connected respectively to the first and second inputs of the block for correcting the readings of the sensors of the magnetic field and linear acceleration, the output of which is connected through the filtering unit
Description
Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована для непрерывного определения координат подвижных наземных объектов в труднодоступных районах с пересеченным рельефом местности с экстремальными условиями передвижения, при воздействии электромагнитных полей.The utility model relates to the field of instrumentation and can be used to continuously determine the coordinates of moving ground objects in hard-to-reach areas with rough terrain with extreme conditions of movement, when exposed to electromagnetic fields.
Известно устройство, описанное в патенте RU 2202102, G01C 21/08, 18.12.2000 г.«Способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации».A device is known, described in patent RU 2202102, G01C 21/08, 12/18/2000, "Method for determining the location of moving objects and a device for its implementation."
Известное устройство содержит датчики магнитного поля, датчики линейного ускорения, блоки преобразования и усреднения и расчета горизонтальных проекций магнитного поля Земли, датчики перемещения, блоки управления и расчета угла, блоки расчета приращения координат, блоки сумматоров и умножения, приемник спутниковой навигационной системы, пульт управления и дисплей, выходы датчиков магнитного поля и линейного ускорения соответственно соединены с блоком преобразования и усреднения, выход которого соединен с входом блока расчета горизонтальных проекций магнитного поля Земли, выход которого соединен с входом первого блока расчета приращения координат и входом блока расчета угла, выход которого соединен с входом блока управления, а его выходы соответственно соединены с блоком расчета горизонтальных проекций магнитного поля Земли и с блоками других входов преобразования и усреднения, выходы блоков сумматоров соединены с другими входами блока управления, выход датчика перемещения соединен с входом блока умножения выход которого соединен с входом блока расчета приращения координат, выход которого соединен с вторым входом блока расчета угла, выход приемника спутниковой навигационной системы соединен с входом блока расчета приращения координат, выход пульта управления соединен с входом блока управления, выход которого соединен с входом дисплея.The known device contains magnetic field sensors, linear acceleration sensors, transformation and averaging units and calculation of horizontal projections of the Earth’s magnetic field, displacement sensors, control and angle calculation units, coordinate increment calculation units, adder and multiplication units, satellite navigation system receiver, control panel and the display, the outputs of the sensors of the magnetic field and linear acceleration are respectively connected to the conversion and averaging unit, the output of which is connected to the input of the horizontal ntal projections of the Earth’s magnetic field, the output of which is connected to the input of the first block for calculating the increment of coordinates and the input of the block for calculating the angle, the output of which is connected to the input of the control unit, and its outputs are respectively connected to the block for calculating the horizontal projections of the Earth’s magnetic field and with blocks of other transformation inputs and averaging, the outputs of the adder blocks are connected to other inputs of the control unit, the output of the displacement sensor is connected to the input of the multiplication unit, the output of which is connected to the input of the calculation unit Ia coordinates, whose output is connected to a second input angle calculation unit, the output of receiver satellite navigation system is connected to the input of calculating coordinate increments, the remote control output connected to the input of the control unit, whose output is connected to the input of the display.
Устройство работает следующим образом: в режиме измерения датчики магнитного поля и датчики линейного ускорения формируют на своих выходах аналоговые сигналы, пропорциональные проекциям суммарного вектора напряженности магнитного поля и проекциям ускорения силы тяжести на оси приборной системы координат подвижного объекта (ПО). Сигналы с выходов датчиков магнитного поля и линейного ускорения поступают на вход блока преобразования и усреднения, с выхода которого усредненные значения проекции магнитного поля и ускорения силы тяжести поступают на вход блока расчета горизонтальных проекций магнитного поля Земли (МПЗ), в котором производится коррекция значений с учетом установленных коэффициентов коррекции. Сигналы с выхода датчика перемещения поступают на вход датчика умножения, с выхода которого сигнал поступает на вход блока коррекции, в котором осуществляется вычисление проекции суммарного вектора перемещения, объекта при этом в блоке умножения производится определение приращения пройденного пути. С выхода сумматора сигнал поступает на вход блока управления, осуществляющего операции интерфейсного обмена для ввода команд управления и вывода значений результирующих сигналов с синхронизацией операций, выполняемых отдельными составными частями устройства. Сигнал с выхода блока расчета угла поступает на вход блока управления, с его выхода поступает на вход блока преобразования и усреднения, и с его выхода далее поступают на вход блока расчета корректирующих коэффициентов пути и угла. С выхода блока расчета приращения координат сигнал поступает на вход блока коррекции. С выхода блока управления сигнал поступает на вход приемника спутниковой навигационной системы, с выхода которого поступают сигналы, по которым осуществляют коррекцию угла направления движения и приращения пути. Далее сигнал с выхода блока управления поступает на вход дисплея, где производится визуальное отображение текущей информации.The device operates as follows: in the measurement mode, the magnetic field sensors and linear acceleration sensors generate analog signals at their outputs that are proportional to the projections of the total vector of the magnetic field strength and the projections of the gravity acceleration on the axis of the instrument coordinate system of the moving object (PO). The signals from the outputs of the sensors of the magnetic field and linear acceleration are fed to the input of the conversion and averaging unit, from the output of which the average values of the projection of the magnetic field and the acceleration of gravity are fed to the input of the block for calculating the horizontal projections of the Earth's magnetic field (MPZ), in which the values are adjusted taking into account set correction factors. The signals from the output of the displacement sensor are fed to the input of the multiplication sensor, from the output of which the signal is fed to the input of the correction unit, in which the projection of the total displacement vector is calculated, and the increment of the distance traveled is determined in the multiplication unit. From the output of the adder, the signal is fed to the input of the control unit performing interface exchange operations for entering control commands and outputting the values of the resulting signals with synchronization of operations performed by the individual components of the device. The signal from the output of the block for calculating the angle is fed to the input of the control unit, from its output it is fed to the input of the conversion and averaging block, and from its output it is then sent to the input of the block for calculating the correcting coefficients of the path and angle. From the output of the block for calculating the increment of coordinates, the signal is fed to the input of the correction block. From the output of the control unit, the signal is input to the receiver of the satellite navigation system, the output of which receives signals that correct the angle of the direction of movement and the increment of the path. Further, the signal from the output of the control unit enters the display input, where the current information is visually displayed.
Недостатками известного устройства являются ошибки измерения координат и азимутального угла направления движения в условиях воздействия угловой скорости на операциях маневрирования движения, при воздействии внешних паразитных электромагнитных полей, приводящих к разориентации систем координат, что обуславливает необходимость периодической коррекции параметров навигационной системы и приводит к ошибкам измерения координат ПО в процессе движения.The disadvantages of the known device are errors in the measurement of coordinates and azimuthal angle of direction of motion under the influence of angular velocity on the operations of maneuvering the movement, when exposed to external spurious electromagnetic fields, leading to misorientation of coordinate systems, which necessitates periodic correction of the parameters of the navigation system and leads to errors in the measurement of coordinates of software in the process of moving.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, описанное в патенте RU 2221991, G01C 21/08, 17/38, 20.01.2004 г.«Способ определения местоположения подвижных наземных объектов и устройство для его реализации».The closest in technical essence to the proposed device is the device described in patent RU 2221991, G01C 21/08, 17/38, 01/20/2004, "Method for determining the location of moving ground objects and device for its implementation."
Укрупненная функциональная схема устройства - прототипа приведена на фиг.1, где приняты следующие обозначения:An enlarged functional diagram of the device is a prototype shown in figure 1, where the following notation:
1 - блок датчиков магнитного поля Земли (МПЗ);1 - block of sensors of the Earth's magnetic field (MPZ);
2 - блок датчиков вертикали (линейного ускорения);2 - a block of vertical sensors (linear acceleration);
6 - датчик перемещения;6 - displacement sensor;
25 - блок преобразования и усреднения;25 - block conversion and averaging;
4 - блок расчета горизонтальных проекций МПЗ;4 - block calculation of horizontal projections MPZ;
26 - первый блок расчета коэффициентов коррекции магнитного поля;26 is a first block for calculating magnetic field correction coefficients;
23 - блок коррекции магнитного поля;23 - block correction of the magnetic field;
27 - навигационный блок;27 - navigation block;
28 - блок управления;28 - control unit;
29 - пульт управления;29 - control panel;
30 - блок индикации;30 - display unit;
31 - блок расчета продольного ускорения;31 is a block for calculating longitudinal acceleration;
22 - блок коррекции ускорения;22 - block correction acceleration;
32 - блок контрольных значений горизонтальных проекций МПЗ;32 - block control values of horizontal projections MPZ;
33 - второй блок расчета коэффициентов коррекции магнитного поля.33 is a second block for calculating the correction coefficients of the magnetic field.
Устройство-прототип содержит следующие блоки и связи: выходы блока датчиков магнитного поля 1 и блока датчиков вертикали 2 соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока преобразования и усреднения 25, третий вход которого соединен с первым выходом блока управления 28, второй выход которого соединен с первым входом первого блока расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 26, второй вход которого соединен с первым выходом блока расчета горизонтальных проекций магнитного поля 4, а выход первого блока расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 26 соединен с первым входом блока коррекции магнитного поля 23, выход датчика перемещения 6 соединен с первым входом навигационного блока 27, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления 28, выход навигационного блока 27 соединен с первым входом блока управления 28, выход пульта управления 29 соединен со вторым входом блока управления 28, четвертый выход которого соединен с входом блока индикации 30, датчики вертикали 2 выполнены в виде датчиков линейного ускорения, выход блока коррекции ускорения 22 соединен с первым входом блока расчета горизонтальных проекций магнитного поля 4, первый вход блока коррекции ускорения 22 соединен с выходом блока расчета продольного ускорения 31, а второй вход блока коррекции ускорения 22 соединен с первым выходом блока преобразования и усреднения 25, второй выход которого соединен со вторыми входом блока коррекции магнитного поля 23, выход которого соединен со вторым входом блока расчета горизонтальных проекций магнитного поля 4, второй выход которого соединен с третьим входам навигационного блока 27 и первым входом блока контрольных значений горизонтальных проекций МПЗ 32, выход которого соединен с первым входом второго блока расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 33, выход которого соединен с третьим входом первого блока расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 26, выход которого соединен со вторым входом второго блока расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 33, выход датчика перемещения 6 соединен с входом блока расчета продольного ускорения 31 и вторым входом блока контрольных значений горизонтальных проекций МПЗ 32.The prototype device contains the following blocks and communications: the outputs of the magnetic field sensor unit 1 and the vertical sensor unit 2 are connected, respectively, to the first and second inputs of the conversion and averaging unit 25, the third input of which is connected to the first output of the control unit 28, the second output of which is connected with the first input of the first block for calculating the coefficients of correction of the magnetic field 26, the second input of which is connected to the first output of the block for calculating the horizontal projections of the magnetic field 4, and the output of the first block for calculating the coefficients of magnetic field 26 is connected to the first input of the magnetic field correction unit 23, the output of the displacement sensor 6 is connected to the first input of the navigation unit 27, the second input of which is connected to the third output of the control unit 28, the output of the navigation unit 27 is connected to the first input of the control unit 28, output the control panel 29 is connected to the second input of the control unit 28, the fourth output of which is connected to the input of the display unit 30, the vertical sensors 2 are made in the form of linear acceleration sensors, the output of the acceleration correction unit 22 is connected nen with the first input of the unit for calculating horizontal projections of the magnetic field 4, the first input of the unit for acceleration correction 22 is connected to the output of the unit for calculating longitudinal acceleration 31, and the second input of the unit for accelerating correction 22 is connected to the first output of the conversion and averaging unit 25, the second output of which is connected to the second the input of the magnetic field correction unit 23, the output of which is connected to the second input of the unit for calculating horizontal projections of the magnetic field 4, the second output of which is connected to the third inputs of the navigation unit 27 and the first the input of the block of control values of horizontal projections MPZ 32, the output of which is connected to the first input of the second block of calculation of the coefficients of correction of the magnetic field 33, the output of which is connected to the third input of the first block of the calculation of coefficients of the correction of the magnetic field 26, the output of which is connected to the second input of the second block of the calculation of the correction coefficients magnetic field 33, the output of the displacement sensor 6 is connected to the input of the unit for calculating longitudinal acceleration 31 and the second input of the block of control values of horizontal projections MPZ 32 .
Устройство-прототип работает следующим образом.The prototype device operates as follows.
В исходной точке маршрута оператор с пульта управления 29 вводит в блок управления 28 исходные данные: координаты начальной точки X0,Y0 и значение магнитного склонения (поправки направления Δα) для данной местности, которые поступают на второй вход навигационного блока 27. В режиме измерения блоки 1 и 2 формируют на своих выходах аналоговые сигналы, пропорциональные значениям проекций Нх, Ну магнитного поля и проекций Ax, Ay ускорения силы тяжести на оси приборной системы координат. Аналоговые сигналы датчиков поступают на первый и второй входы блока преобразования и усреднения 25, который обеспечивает их преобразование в цифровой код и усреднение в каждом рабочем цикле. Длительность периода усреднения определяется блоком управления 28 по информации, поступающей с его первого выхода на третий вход блока преобразования и усреднения 25.At the starting point of the route, the operator from the control panel 29 enters the initial data into the control unit 28: the coordinates of the starting point X 0 , Y 0 and the magnetic declination (directional correction Δα) for a given area, which are received at the second input of the navigation unit 27. In measurement mode blocks 1 and 2 form at their outputs analog signals proportional to the values of the projections N x , Well of the magnetic field and projections A x , A y of the acceleration of gravity on the axis of the instrument coordinate system. The analog signals of the sensors are fed to the first and second inputs of the conversion and averaging unit 25, which ensures their conversion to a digital code and averaging in each working cycle. The duration of the averaging period is determined by the control unit 28 according to information from its first output to the third input of the conversion and averaging unit 25.
Усредненные значения НХ, Ну поступают на блок коррекции магнитного поля 23, в котором проводится коррекция значений НХ, Ну с учетом коэффициентов коррекции, полученных в калибровочном цикле. Скорректированные значения НХ, Нy поступают на второй вход блока расчета горизонтальных проекций магнитного поля 4, на первый вход которого с первого выхода блока преобразования и усреднения 25 через блок коррекции ускорения 22 поступают значения проекций AХ, Ay. По скорректированным значениям НХ, Ну и значениям AХ, Ay блок расчета горизонтальных проекций магнитного поля 4 проводит расчет горизонтальных проекций МПЗ НХВ НYВ, которые поступают на третий вход навигационного блока 27.The averaged values of H X , H y are supplied to the magnetic field correction unit 23, in which the correction of the values of H X , H y is carried out taking into account the correction coefficients obtained in the calibration cycle. The adjusted values of H X , H y are supplied to the second input of the block for calculating the horizontal projections of the magnetic field 4, the first input of which from the first output of the conversion and averaging unit 25, the projection values A X , A y are received through the acceleration correction unit 22. According to the adjusted values of H X , H y and the values of A X , A y, the block for calculating horizontal projections of the magnetic field 4 calculates the horizontal projections of the MPZ N XB N YB , which are fed to the third input of the navigation unit 27.
Навигационный блок 27 в каждом рабочем цикле проводит расчет приращений координат и координат объекта. При этом используется информация о приращениях пройденного пути, поступающая с датчика перемещения 6 на первый вход навигационного блока 27, а также значение поправки направления и координаты исходной точки, которые вводятся оператором с помощью пульта управления 29 и блока управления 28 перед началом измерений. Расчет магнитного азимута направления движения проводится навигационным блоком 27.The navigation unit 27 in each working cycle calculates the increment of the coordinates and coordinates of the object. In this case, information is used on increments of the distance traveled from the displacement sensor 6 to the first input of the navigation unit 27, as well as the value of the direction correction and the coordinates of the starting point, which are entered by the operator using the control panel 29 and control unit 28 before starting measurements. The calculation of the magnetic azimuth of the direction of movement is carried out by the navigation unit 27.
Перед началом измерения координат, проводят калибровочный цикл, в котором определяют значения горизонтальных проекций суммарного вектора НХВ, НYВ напряженности МПЗ и магнитного поля объекта. Со второго выхода блока управления 28 на первый вход первого блока расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 26 поступает команда, в соответствии с которой измеренные значения НХ, НY с второго выхода блока преобразования и усреднения 25 поступают без изменения через блок коррекции магнитного поля 23 на второй вход блока расчета горизонтальных проекций магнитного поля 4, на первый вход которого поступают измеренные значения проекций AХ, AУ. Блок расчета горизонтальных проекций проводит определение проекций НХВ, НYВ, и пересылает их в первый блок расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 26. После завершения измерений проводят расчет коэффициентов коррекции (годографа горизонтальной составляющей) магнитного поля - смещение центра эллипса δНХ,δНY, и полуоси эллипса а и b. Коэффициенты коррекции хранятся в первом блоке расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 26 и используются рабочем цикле для коррекции измеряемых значений НХ, НУ.Before starting the measurement of coordinates, a calibration cycle is carried out in which the values of the horizontal projections of the total vector Н ХВ , Н YВ of the MPZ intensity and the magnetic field of the object are determined. From the second output of the control unit 28, a command is received at the first input of the first block for calculating the coefficients of correction of the magnetic field 26, according to which the measured values of H X , H Y from the second output of the conversion and averaging unit 25 are received without change through the block of correction of the magnetic field 23 to the second the input of the block for calculating the horizontal projections of the magnetic field 4, the first input of which receives the measured values of the projections A X , A U. The unit for calculating horizontal projections determines the projections Н ХВ , Н YВ , and sends them to the first unit for calculating the correction coefficients of the magnetic field 26. After the measurements are completed, the calculation of the correction coefficients (hodograph of the horizontal component) of the magnetic field is the ellipse center offset δН Х , δН Y , and semi-axes of the ellipse a and b. Correction coefficients are stored in the first block for calculating the correction coefficients of the magnetic field 26 and are used by the duty cycle to correct the measured values of N X , N U.
В процессе движения блок расчета продольного ускорения 31 по информации, поступающей с датчика перемещения 6, определяет изменение приращения пути и определяет ускорение объекта в направлении движения Это значение поступает на первые входы блока коррекции ускорения 22 и используется для уточнения значения проекции Ау, измеряемой датчиками линейного ускорения.During the movement, the longitudinal acceleration calculation unit 31, according to the information received from the displacement sensor 6, determines the change in the path increment and determines the object’s acceleration in the direction of movement. This value is supplied to the first inputs of the acceleration correction unit 22 and is used to refine the projection value A у measured by linear sensors acceleration.
По измеренным таким образом значениям проекций НХ, НУ блок контрольных значений горизонтальных проекций МПЗ 32 проводит определение усредненных значений горизонтальной составляющей МПЗ и угла направления движения, значения которых пересылаются во второй блок расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 33, на второй вход которого с первого блока расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 26 поступают значения коэффициентов коррекции и значения горизонтальной составляющей МПЗ, полученные в калибровочном цикле.Based on the projection values Н Х , Н У measured in such a way, the block of control values of the horizontal projections of the MPZ 32 determines the average values of the horizontal component of the MPZ and the angle of the direction of movement, the values of which are sent to the second block for calculating the magnetic field correction coefficients 33, to the second input of which from the first block the calculation of the correction coefficients of the magnetic field 26 receives the values of the correction coefficients and the horizontal component of the MPZ obtained in the calibration cycle.
Скорректированные значения поступают на первый блок расчета коэффициентов коррекции магнитного поля 26 и используются в рабочем цикле для коррекции измеряемых значений НХ, НY.The adjusted values are sent to the first block for calculating the correction coefficients of the magnetic field 26 and are used in the duty cycle to correct the measured values of H X , H Y.
Недостатком устройства-прототипа является наличие значительных ошибок при измерении координат подвижного наземного объекта (ПНО) в условиях маневрирования и при воздействии на него угловой скорости в процессе движения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, приводящей к ошибкам определения азимута и координат объекта. В труднодоступных районах с пересеченным рельефом местности, а так же при воздействии электромагнитных помех возникают ошибки вычислительного алгоритма навигационной системы, обусловленные инициируемыми погрешностями измерений датчиков магнитного поля и линейного ускорения, вследствие локального перемагничивания ПНО и изменение гравитационной составляющей в процессе движения. Изменение направления движения при разгоне, торможении, пробуксовки колес на поворотах приводит к среднеквадратичным ошибкам в процессе определения азимута, величины перемещения и координат ПНО. Временные и пространственные вариации МПЗ, влияние магнитных полей соседних объектов, атмосферные и продуцируемые электромагнитные помехи так же приводят к погрешности определения координат ПНО и азимутального угла направления движения. При этом возникающая систематическая ошибка увеличивается на каждом рабочем цикле измерения.The disadvantage of the prototype device is the presence of significant errors when measuring the coordinates of a moving ground object (PNO) under conditions of maneuvering and when it is subjected to angular velocity during movement in horizontal and vertical planes, leading to errors in determining the azimuth and coordinates of the object. In hard-to-reach areas with a rugged terrain, as well as when exposed to electromagnetic interference, errors arise in the computational algorithm of the navigation system due to the initiated measurement errors of the magnetic field sensors and linear acceleration due to local magnetization reversal of the PND and a change in the gravitational component during movement. Changing the direction of movement during acceleration, braking, and slipping of the wheels during turns leads to standard errors in the process of determining the azimuth, displacement, and coordinates of the PNO. Temporal and spatial variations of the magnetic field, the influence of magnetic fields of neighboring objects, atmospheric and produced electromagnetic interference also lead to an error in determining the coordinates of the PNO and the azimuthal angle of direction of movement. In this case, the arising systematic error increases on each working cycle of the measurement.
В заявляемой полезной модели решается задача создания комплексированной навигационной системы для определения координат подвижных наземных объектов с коррекцией внешних воздействующих факторов - побочных магнитных и гравитационных полей, а также технологических допусков конструкции системы.The claimed utility model solves the problem of creating an integrated navigation system for determining the coordinates of moving ground objects with the correction of external influencing factors - secondary magnetic and gravitational fields, as well as technological tolerances of the system design.
Достигаемый технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении точности и достоверности определения координат и азимутального угла направления движения подвижного наземного объекта в экстремальных условиях передвижения и воздействия электромагнитных помех.The technical result achieved, which can be obtained using the invention, is to increase the accuracy and reliability of determining the coordinates and azimuthal angle of the direction of movement of a moving ground object in extreme conditions of movement and exposure to electromagnetic interference.
Для решения поставленной задачи в известную навигационную систему, содержащую блок датчиков магнитного поля, блок датчиков линейного ускорения, датчик перемещения, блок расчета горизонтальных проекций магнитного поля Земли (МПЗ), блок коррекции величины ускорения подвижного объекта (ПО) и блок коррекции величины магнитного поля, выход которого соединен со вторым входом блока расчета горизонтальных проекций МПЗ, согласно полезной модели, введены блок коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения, блок синхронизации, блок расчета угла направления движения ПО, блок расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения, блок интерфейса информационного обмена, блок анализа фазовых интервалов и фронтов, блок фильтрации, блок компенсации конструктивных и технологических допусков устройств, регистр хранения коэффициентов лабораторной настройки, регистр хранения исходных значений координат, блок расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей, блок расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации, два блока суммирования, интегратор, блок умножителя, блок коррекции относительного смещения координат и приемник спутниковой навигационной системы (LHL), при этом, выходы блоков датчиков магнитного поля и датчиков линейного ускорения соединены соответственно с первым и вторым входами блока коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения, выход которого через блок фильтрации соединен с первым входом блока компенсации конструктивных и технологических допусков устройств, первый выход которого соединен с первым входом блока коррекции величины ускорения ПО, второй выход-с первым входом блока коррекции величины магнитного поля, а второй вход - со вторым выходом регистра хранения коэффициентов лабораторной настройки, первый выход которого соединен с третьим входом блока коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения, выход датчика перемещения соединен с первым входом блока анализа фазовых интервалов и фронтов, выход которого соединен со вторым входом блока коррекции величины ускорения ПО, выход которого соединен с первым входом блока расчета горизонтальных проекций МПЗ и вторым входом блока расчета угла направления движения ПО, третий вход которого соединен со вторым выходом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации, а также с первым входом блока расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей, выход которого соединен со вторым входом блока коррекции величины магнитного поля; первый выход блока синхронизации соединен со вторым входом блока анализа фазовых интервалов и фронтов, второй выход - с третьим входом блока анализа фазовых интервалов и фронтов и вторым входом блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения, а третий выход блока синхронизации соединен с третьим входом блока расчета горизонтальных проекций МПЗ, выход которого соединен с третьим входом блока интерфейсного обмена, вторым входом блока расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей и первым входом блока расчета угла направления движения ПО, выход которого соединен с первым входом блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения и четвертым входом блока интерфейса информационного обмена, первый выход которого через регистр хранения исходных значений координат соединен с четвертым входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации, третьим входом блока коррекции относительного смещения координат и вторым входом первого блока суммирования, выход которого соединен со вторым входом блока интерфейса информационного обмена, второй выход которого соединен со вторым входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации, первый выход которого соединен со вторым входом блока умножителя, первый вход которого соединен с выходом блока анализа фазовых интервалов и фронтов, а выход -соединен с третьим входом блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения, выход которого соединен с первым входом второго блока суммирования, выход которого соединен с входом первого блока суммирования и первым входом блока коррекции относительного смещения координат, выход которого соединен со вторым входом блока суммирования, а второй вход - с первым входом блока интерфейса информационного обмена, выходом приемника СНС и третьим входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации; третий выход блока интерфейса информационного обмена соединен с входом регистра хранения коэффициентов лабораторной настройки и третьим входом блока расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей; кроме того, выход блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения через интегратор соединен с первым входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации.To solve the problem in a known navigation system containing a block of magnetic field sensors, a block of linear acceleration sensors, a displacement sensor, a block for calculating horizontal projections of the Earth’s magnetic field (MPZ), a block for correcting the magnitude of the acceleration of a moving object (PO), and a block for correcting the magnitude of the magnetic field, the output of which is connected to the second input of the block for calculating the horizontal projections of the MPZ, according to the utility model, a block for correcting the readings of the sensors of the magnetic field and linear acceleration, a synchronization block and, a unit for calculating the directional direction of the software, a unit for calculating the increment of coordinates per unit of increment of the amount of movement, an information exchange interface unit, an analysis unit for phase intervals and fronts, a filtration unit, a compensation unit for structural and technological tolerances of devices, a storage register for laboratory settings coefficients, a storage register initial values of coordinates, block for calculating the correction coefficients of incidental magnetic fields, block for calculating the correction coefficients of the magnitude of displacement and angular orientation ntions, two summing blocks, an integrator, a multiplier block, a relative coordinate offset correction block, and a satellite navigation system (LHL) receiver, while the outputs of the magnetic field sensor blocks and linear acceleration sensors are connected respectively to the first and second inputs of the magnetic field sensor reading correction block and linear acceleration, the output of which through the filtering unit is connected to the first input of the unit for compensating structural and technological tolerances of devices, the first output of which is connected to the first the input of the correction unit for the magnitude of the acceleration of the software, the second output with the first input of the unit for the correction of the magnetic field, and the second input with the second output of the register of storage coefficients of the laboratory settings, the first output of which is connected to the third input of the correction unit of the readings of the sensors of the magnetic field and linear acceleration, output the displacement sensor is connected to the first input of the phase interval and edge analysis unit, the output of which is connected to the second input of the software unit for the acceleration correction value, the output of which is connected to the first input the house of the block for calculating the horizontal projections of the MPZ and the second input of the block for calculating the angle of the direction of motion of the software, the third input of which is connected to the second output of the block for calculating the correction coefficients of the displacement and angular orientation, as well as with the first input of the block for calculating the coefficients of correction of side magnetic fields, the output of which is connected to the second input of the magnetic field correction block; the first output of the synchronization block is connected to the second input of the phase interval and edge analysis unit, the second output is to the third input of the phase interval and edge analysis unit and the second input of the coordinate increment calculation unit per unit of increment of the displacement value, and the third output of the synchronization block is connected to the third input of the block calculation of horizontal projections of the MPZ, the output of which is connected to the third input of the interface exchange unit, the second input of the unit for calculating the correction coefficients of secondary magnetic fields and the first input a unit for calculating the directional direction of the software, the output of which is connected to the first input of the unit for calculating the coordinate increment per unit of increment of the amount of movement and the fourth input of the information exchange interface unit, the first output of which is connected to the fourth input of the unit for calculating the initial coordinates of the coordinates of the calculation of the correcting coefficients of the amount of movement and angular orientation, the third input of the block relative correction of the coordinates and the second input of the first summation block, the output of which is single with the second input of the information exchange interface unit, the second output of which is connected to the second input of the block for calculating the correction coefficients of the displacement and angular orientation, the first output of which is connected to the second input of the multiplier unit, the first input of which is connected to the output of the phase interval and edge analysis unit, and the output is connected to the third input of the unit for calculating the increment of coordinates per unit of increment of the amount of displacement, the output of which is connected to the first input of the second summing unit, the output to is connected to the input of the first summing block and the first input of the relative coordinate offset correction block, the output of which is connected to the second input of the summing block, and the second input is connected to the first input of the information exchange interface block, the SNA receiver output and the third input of the block for calculating the correction coefficients of the displacement value and angular orientation; the third output of the information exchange interface unit is connected to the input of the laboratory settings coefficients register and the third input of the unit for calculating the correction coefficients of secondary magnetic fields; in addition, the output of the unit for calculating the increment of coordinates per unit of increment of the amount of displacement through the integrator is connected to the first input of the unit for calculating the correcting coefficients of the amount of displacement and angular orientation.
Функциональная схема заявляемого устройства представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения:Functional diagram of the inventive device is presented in figure 2, where the following notation is introduced:
1 - блок датчиков магнитного поля;1 - block of magnetic field sensors;
2 - блок датчиков линейного ускорения;2 - block of linear acceleration sensors;
3 - блок коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения;3 - block correction of the readings of the sensors of the magnetic field and linear acceleration;
4 - блок расчета горизонтальных проекций МПЗ;4 - block calculation of horizontal projections MPZ;
5 - блок синхронизации;5 - block synchronization;
6 - датчик перемещения;6 - displacement sensor;
7 - блок расчета угла направления движения ПО;7 - block calculating the angle of the direction of movement of the software;
8 - блок расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения;8 - unit for calculating the increment of coordinates per unit of increment of the amount of displacement;
9 - первый блок суммирования;9 - the first block summation;
10 - интегратор;10 - integrator;
11 - блок коррекции относительного смещения координат;11 - block correction of the relative displacement of coordinates;
12 - блок расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации;12 is a block for calculating the correction coefficients of the magnitude of the displacement and angular orientation;
13 - блок умножителя;13 - block multiplier;
14 - второй блок суммирования;14 - second block summation;
15 - приемник спутниковой навигационной системы (СНС);15 - receiver of a satellite navigation system (SNA);
16 - блок интерфейса информационного обмена;16 - information exchange interface unit;
17 - блок анализа фазовых интервалов и фронтов;17 - block analysis of phase intervals and fronts;
18 - блок фильтрации;18 - filtering unit;
19 - блок компенсации погрешности при конструктивных и технологических допусках изготовления устройств;19 - error compensation unit for structural and technological tolerances of the manufacture of devices;
20 - регистр хранения коэффициентов лабораторной настройки;20 - register storage coefficients laboratory settings;
21 - регистр хранения исходных значений координат;21 - a register for storing initial coordinates;
22 - блок коррекции величины ускорения ПО;22 is a block for correcting a value of software acceleration;
23 - блок коррекции величины магнитного поля;23 - block correction of the magnitude of the magnetic field;
24 - блок расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей.24 - block calculation of the correction coefficients of secondary magnetic fields.
Комплексированная навигационная система для определения координат подвижных наземных объектов содержит блок датчиков магнитного поля 1, блок датчиков линейного ускорения 2, блок коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения 3, блок расчета горизонтальных проекций МПЗ 4, блок синхронизации 5, датчик перемещения 6, блок расчета угла направления движения ПО 7, блок расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения 8, первый 9 и второй 14 блоки суммирования, интегратор 10, блок коррекции относительного смещения координат 11, блок расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12, блок умножителя 13, приемник СНС 15, блок интерфейса информационного обмена 16, блок анализа фазовых интервалов и фронтов 17, блок фильтрации 18, блок компенсации погрешности при конструктивных и технологических допусках изготовления устройств 19, регистр хранения коэффициентов лабораторной настройки 20, регистр хранения исходных значений координат 21, блок коррекции величины ускорения ПО 22, блок расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей 24 и блок коррекции величины магнитного поля 23, выход которого соединен со вторым входом блока расчета горизонтальных проекций МПЗ 4. При этом, выходы блоков датчиков магнитного поля 1 и датчиков линейного ускорения 2 соединены соответственно с первым и вторым входами блока коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения 3, выход которого через блок фильтрации 18 соединен с первым входом блока компенсации погрешности при конструктивных и технологических допусках изготовления устройств 19, первый выход которого соединен с первым входом блока коррекции величины ускорения ПО 22, второй выход - с первым входом блока коррекции величины магнитного поля 23, а второй вход - со вторым выходом регистра хранения коэффициентов лабораторной настройки 20, первый выход которого соединен с третьим входом блока коррекции показаний датчиков магнитного поля и линейного ускорения 3, выход датчика перемещения 6 соединен с первым входом блока анализа фазовых интервалов и фронтов 17, выход которого соединен со вторым входом блока коррекции величины ускорения ПО 22, выход которого соединен с первым входом блока расчета горизонтальных проекций МПЗ 4 и вторым входом блока расчета угла направления движения ПО 7, третий вход которого соединен со вторым выходом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12, а также с первым входом блока расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей 24, выход которого соединен со вторым входом блока коррекции величины МПЗ 23; первый выход блока синхронизации 5 соединен со вторым входом блока анализа фазовых интервалов и фронтов 17, второй выход - с третьим входом блока анализа фазовых интервалов и фронтов 17 и вторым входом блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения 8, а третий выход блока синхронизации 5 соединен с третьим входом блока расчета горизонтальных проекций МПЗ 4, выход которого соединен с третьим входом блока интерфейса информационного обмена обмена 16, вторым входом блока расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей 24 и первым входом блока расчета угла направления движения ПО 7, выход которого соединен с первым входом блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения 8 и четвертым входом блока интерфейса информационного обмена 16, первый выход которого через регистр хранения исходных значений координат 21 соединен с четвертым входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12, третьим входом блока коррекции относительного смещения координат 11 и вторым входом первого блока суммирования 9, выход которого соединен со вторым входом блока интерфейса информационного обмена 16, второй выход которого соединен со вторым входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12, первый выход которого соединен со вторым входом блока умножителя 13, первый вход которого соединен с выходом блока анализа фазовых интервалов и фронтов 17, а выход - соединен с третьим входом блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения 8, выход которого соединен с первым входом второго блока суммирования 14, выход которого соединен с входом первого блока суммирования 9 и первым входом блока коррекции относительного смещения координат 11, выход которого соединен со вторым входом второго блока суммирования 14, а второй вход - с первым входом блока интерфейса информационного обмена 16, выходом приемника СНС 15 и третьим входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12; третий выход блока интерфейса информационного обмена 16 соединен с входом регистра хранения коэффициентов лабораторной настройки 20 и третьим входом блока расчета коэффициентов коррекции побочных магнитных полей 24, кроме того, выход блока расчета приращения координат за единицу приращения величины перемещения 8 через интегратор 10 соединен с первым входом блока расчета корректирующих коэффициентов величины перемещения и угловой ориентации 12.The integrated navigation system for determining the coordinates of moving ground objects contains a block of magnetic field sensors 1, a block of linear acceleration sensors 2, a block for correcting readings of magnetic field sensors and linear acceleration 3, a block for calculating horizontal projections MPZ 4, a synchronization block 5, a displacement sensor 6, a block for calculating angle of the direction of movement PO 7, block for calculating the increment of coordinates per unit of increment of the amount of displacement 8, the first 9 and second 14 blocks of summation, integrator 10, block relative correction coordinate offsets 11, the unit for calculating the correcting coefficients of the displacement and angular orientation 12, the multiplier unit 13, the SNA receiver 15, the interface for the information exchange 16, the unit for analyzing the phase intervals and fronts 17, the filtering unit 18, the error compensation unit for structural and technological manufacturing tolerances devices 19, the register of storage of coefficients of laboratory settings 20, the register of storage of the initial values of the coordinates 21, the block correction of the magnitude of the acceleration software 22, the block calculation of the correction coefficients side magnetic fields 24 and a magnetic field correction block 23, the output of which is connected to the second input of the block for calculating horizontal projections MPZ 4. Moreover, the outputs of the blocks of magnetic field sensors 1 and linear acceleration sensors 2 are connected respectively to the first and second inputs of the sensor readings correction block magnetic field and linear acceleration 3, the output of which through the filtering unit 18 is connected to the first input of the error compensation unit for structural and technological tolerances of manufacturing devices 19, the first output is connected to the first input of the acceleration correction unit PO 22, the second output to the first input of the magnetic field correction unit 23, and the second input to the second output of the laboratory settings coefficient storage register 20, the first output of which is connected to the third input of the sensor readings correction unit magnetic field and linear acceleration 3, the output of the displacement sensor 6 is connected to the first input of the unit for analysis of phase intervals and fronts 17, the output of which is connected to the second input of the block for correction of the value of acceleration PO 2 2, the output of which is connected to the first input of the block for calculating horizontal projections MPZ 4 and the second input of the block for calculating the angle of the direction of movement PO 7, the third input of which is connected to the second output of the block for calculating the correcting coefficients of the displacement and angular orientation 12, as well as with the first input of the block of calculation correction coefficients of incidental magnetic fields 24, the output of which is connected to the second input of the correction unit for the magnitude of the MPZ 23; the first output of the synchronization block 5 is connected to the second input of the phase interval and edge analysis block 17, the second output is to the third input of the phase interval and edge analysis block 17 and the second input of the coordinate increment calculation unit per unit of increment of the displacement value 8, and the third output of the synchronization block 5 connected to the third input of the block for calculating horizontal projections MPZ 4, the output of which is connected to the third input of the block for the interface of information exchange 16, the second input of the block for calculating the coefficients of correction of side effects of magnetic fields 24 and the first input of the block for calculating the direction of travel direction of software 7, the output of which is connected to the first input of the block for calculating the increment of coordinates per unit of increment of the amount of movement 8 and the fourth input of the information exchange interface block 16, the first output of which is connected through the register for storing the initial coordinates 21 with the fourth input of the block for calculating the correction coefficients of the displacement and angular orientation 12, the third input of the block for the correction of the relative displacement of coordinates 11 and the second input of the first the first summing unit 9, the output of which is connected to the second input of the information exchange interface unit 16, the second output of which is connected to the second input of the block for calculating the correction coefficients of the displacement and angular orientation 12, the first output of which is connected to the second input of the multiplier unit 13, the first input of which is connected with the output of the unit for analyzing phase intervals and fronts 17, and the output is connected to the third input of the unit for calculating the increment of coordinates per unit of increment of displacement value 8, the output of which is connected to the first input of the second summing unit 14, the output of which is connected to the input of the first summing unit 9 and the first input of the relative coordinate offset correction unit 11, the output of which is connected to the second input of the second summing unit 14, and the second input - with the first input of the information exchange interface unit 16, the output of the SNA 15 receiver and the third input of the block for calculating the correction coefficients of the displacement and angular orientation 12; the third output of the information exchange interface unit 16 is connected to the input of the laboratory settings coefficient storage register 20 and the third input of the side magnetic field correction coefficient calculation unit 24, in addition, the output of the coordinate increment calculation unit per unit of increment of displacement value 8 is connected through the integrator 10 to the first input of the block the calculation of the correcting coefficients of the displacement and angular orientation 12.
Заявляемая навигационная система работает следующим образом. В производственно - лабораторных условиях, при помощи трехкоординатного поворотного стенда происходит настройка датчиков МПЗ по взаимно-ортогональным координатным осям Нх, Ну блока 1, и датчиков линейного ускорения по взаимно-ортогональным координатным Aх, Aу блока 2, причем блоки 1 и 2 размещены в едином конструктивном корпусе. Настройка датчиков производится посредствам подбора цифровых коэффициентов таким образом, чтобы в приборной системе координат, которая совмещена с основанием крепления корпуса блока датчиков, при любой угловой ориентации, значение проекции действующего вектора магнитного поля НЬ на оси приборной системы координат (Нх, Ну), образовало магнитный годограф, который имеет форму идеального круга с центром в точке начала координат и определенное фиксированное значение величины проекции магнитного поля (Нb0), значение которого хранится в блоке 24.The inventive navigation system operates as follows. In production and laboratory conditions, using a three-coordinate rotary bench, the sensors are installed on the mutually orthogonal coordinate axes Н х , Н at block 1, and linear acceleration sensors on mutually orthogonal coordinate axes A х , A at block 2, and blocks 1 and 2 are placed in a single structural building. The sensors are tuned by selecting digital coefficients in such a way that in the instrument coordinate system, which is combined with the mounting base of the sensor block housing, for any angular orientation, the projection value of the effective magnetic field vector Hb on the axis of the instrument coordinate system (H x , H y ), formed a magnetic hodograph, which has the shape of an ideal circle centered at the origin, and a certain fixed value of the magnetic field projection (Hb0), the value of which is stored in ke 24.
При проведении операции лабораторной настройки значения проекций МПЗ с выхода блока 4 поступают на третий вход блока 16, и затем передаются на ЭВМ для проведения анализа и расчетов корректирующих коэффициентов; далее по интерфейсу информационного обмена массив коэффициентов лабораторной настройки поступает обратно от ЭВМ на блок 16, и с третьего выхода блока 16 подаются на вход блока 20, где в дальнейшем сохраняются в его энергонезависимой памяти.During the laboratory setup operation, the values of the MPZ projections from the output of block 4 are sent to the third input of block 16, and then transferred to a computer for analysis and calculation of correction factors; Further, through the information exchange interface, an array of laboratory settings coefficients is fed back from the computer to block 16, and from the third output of block 16 are fed to the input of block 20, where they are subsequently stored in its non-volatile memory.
В рабочем цикле измерений блоки 1 и 2 непрерывно формируют на своих выходах аналоговые сигналы: измерения проекции МПЗ по ортогональным осям Нх, Ну приборной системы координат и измерения проекции действующего ускорения на оси Ax, Ay приборной системы координат.In the measurement work cycle, blocks 1 and 2 continuously generate analog signals at their outputs: measurements of the MPZ projection along the orthogonal axes Н х , Н of the instrument coordinate system and measurements of the projection of the effective acceleration on the axis A x , A y of the instrument coordinate system.
Аналоговые сигналы с блоков 1 и 2, пропорциональные действующим значениям МПЗ и линейного ускорения, поступают соответственно на первый и второй входы блока 3, где происходит преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму, коррекция показаний с установкой нулевых значений, масштабирования в соответствии с величиной Нb0, и выравнивание показаний по координатным осям приборной системы координат. При этом, коэффициенты коррекции и настройки поступают с первого выхода блока 20 на третий вход блока 3.The analog signals from blocks 1 and 2, which are proportional to the effective values of the MFR and linear acceleration, are respectively sent to the first and second inputs of block 3, where the analog signals are converted to digital form, readings are adjusted with zero values, and scaling in accordance with the value of Нb0, and alignment of readings along the coordinate axes of the instrument coordinate system. In this case, the correction factors and settings come from the first output of block 20 to the third input of block 3.
Обозначим показания феррозондов (датчики блока 1) и акселерометров (датчики блока 2) соответственно , и , . Проекции НХ, НY вектора магнитного поля Н и проекции АХ, АY вектора ускорения А на оси приборной системы координат вычисляются из показаний значений магнитного поля и линейного ускорения в блоке 3 следующим образом:Let us denote the readings of flux gates (sensors of block 1) and accelerometers (sensors of block 2), respectively , and , . The projections H X , H Y of the magnetic field vector H and the projections A X , A Y of the acceleration vector A on the axis of the instrument coordinate system are calculated from the readings of the magnetic field and linear acceleration in block 3 as follows:
где MkHN, MkHP - масштабные коэффициенты усиления измеренных значений величины магнитного поля в проекции на оси (х и у) приборной системы координат для обеспечения выравнивания и приведения осей магнитного годографа к единому определенному цифровому значению;where Mk HN , Mk HP - scale amplification factors of the measured values of the magnetic field in the projection on the axis (x and y) of the instrument coordinate system to ensure alignment and reduction of the axes of the magnetic hodograph to a single specific digital value;
Lk, Lk - коэффициенты установки порога цифрового нуля по положительному (прямому) и отрицательному (противоположному) каналу измерений для обеспечения симметрии измеренных значений величины магнитного поля относительно осей приборной системы координат;Lk, Lk - coefficients for setting the threshold of digital zero on the positive (direct) and negative (opposite) measurement channels to ensure symmetry of the measured values of the magnetic field relative to the axes of the instrument coordinate system;
MkAN, MkAP - масштабные коэффициенты усиления измеренных значений величины действующего ускорения в проекции на оси приборной системы координат для обеспечения выравнивания и приведения осей к единому определенному цифровому значению;Mk AN , Mk AP - scale amplification factors of the measured values of the effective acceleration in the projection on the axis of the instrument coordinate system to ensure alignment and reduction of the axes to a single specific digital value;
LkAN, LkAP - коэффициенты установки порога цифрового нуля по положительному (прямому) и отрицательному (противоположному) каналу измерений для обеспечения симметрии измеренных значений величины действующего ускорения относительно осей приборной системы координат. Указанные в расшифровке коэффициенты определяются в производственных лабораторных условиях при отсутствии паразитных магнитных полей.Lk AN , Lk AP - coefficients for setting the threshold of digital zero on the positive (direct) and negative (opposite) measurement channels to ensure symmetry of the measured values of the effective acceleration relative to the axes of the instrument coordinate system. The coefficients indicated in the decryption are determined in the laboratory production conditions in the absence of spurious magnetic fields.
Далее откорректированные значения с выхода блока 3 поступают на вход блока 18, где происходит фильтрация сигнала на основе частотного интегрирования показаний (в зависимости от частоты появления измеренного значения сигнала, накапливается сумма количества появившихся измерений, и по максимальному значению суммы выбирается соответствующее значение, которое подается на выход блока фильтрации 18). Такой метод фильтрации позволяет оперативно получать достоверные значения выходных величин Нх, Ну, Ax, Ay при любых быстроизменяющихся показаниях с блоков 1 и 2 при воздействии разнонаправленных угловых скоростей, в отличие от методов среднеарифметического вычисления, где проявляется инерционность показаний.Then, the corrected values from the output of block 3 are fed to the input of block 18, where the signal is filtered based on the frequency integration of the readings (depending on the frequency of occurrence of the measured signal value, the sum of the number of measurements that are generated is accumulated, and the corresponding value is selected from the maximum value of the sum filtration unit output 18). This filtering method allows you to quickly obtain reliable values of the output values of H x , H y , A x , A y for any rapidly changing readings from blocks 1 and 2 under the influence of multidirectional angular velocities, in contrast to the methods of arithmetic calculation, where the inertia of the readings is manifested.
Далее с выхода блока 18 фильтрованные показания датчиков поступают на вход блока 19, в котором по значениям корректирующих коэффициентов, поступающих на второй вход блока 19 со второго выхода блока 20, производится математическая коррекция, в результате которой фильтрованные показания датчиков принимают значения, в которых учтены погрешности, вносимые элементной базой и особенностями их конструктивного устройства.Then, from the output of block 18, the filtered readings of the sensors go to the input of the block 19, in which, according to the values of the correction factors entering the second input of the block 19 from the second output of the block 20, mathematical correction is performed, as a result of which the filtered readings of the sensors take values that take into account errors introduced by the elemental base and the features of their structural device.
Коррекция значений проекций МПЗ и ускорения в блоке 19 проводится в соответствии с формулами (3), (4)The correction of the values of the projections MPZ and acceleration in block 19 is carried out in accordance with formulas (3), (4)
где Кхх, Kxy, Kyy, Kyx - коэффициенты, учитывающие величины погрешностей, вносимые разориентацией ортогональных измерительных осей датчиков магнитного поля в плоскости приборной системы координат;where Kxx, Kxy, Kyy, Kyx are the coefficients that take into account the errors introduced by the misorientation of the orthogonal measuring axes of the magnetic field sensors in the plane of the instrument coordinate system;
Ках, Кау, Day, Dax - коэффициенты, учитывающие величины погрешностей, вносимые разориентацией ортогональных измерительных осей датчиков линейного ускорения в плоскости приборной системы координат; а также учитывающие величину смещения нуля в горизонтальной плоскости.Kakh, Kau, Day, Dax - coefficients that take into account the errors introduced by the misorientation of the orthogonal measuring axes of the linear acceleration sensors in the plane of the instrument coordinate system; and also taking into account the magnitude of the zero offset in the horizontal plane.
В процессе измерения магнитного поля, измеряемое значение представляет собой сумму величины МПЗ, действующего в пункте измерения и величины магнитного поля, излучаемого объектами, имеющими ферромагнитные свойства. Для определения действующего значения МПЗ в пункте измерения, в системе применены блоки 23, 4, 24, работа которых организована следующим образом: фильтрованные и откорректированные сигналы Нх, Ну со второго выхода блока 19 поступают на первый вход блока 23, в котором происходит коррекция измеренного значения величин Нх и Ну в соответствии с коэффициентами, поступающими на второй вход блока 23 с выхода блока 24. Затем скорректированные значения величин Нх, Ну поступают с выхода блока 23 на второй вход блока 4 для проведения расчета горизонтальных проекций МПЗ. Результаты расчета горизонтальных проекций МПЗ далее поступают с выхода блока 4 одновременно на три блока: на третий вход блока 16, в котором информация о проекциях передается пользователю, на второй вход блока 24, где происходит расчет величины проекции вектора магнитного поля Нb и формирование корректирующих коэффициентов, устраняющих влияние побочных магнитных полей, и на первый вход блока 7, в котором осуществляется расчет дирекционных углов ориентации блока датчиков: азимутальный угол и углы наклонов (продольный, поперечный).In the process of measuring the magnetic field, the measured value is the sum of the magnitude of the magnetic field acting at the point of measurement and the magnitude of the magnetic field emitted by objects having ferromagnetic properties. To determine the effective value of the MPS at the measurement point, the system uses blocks 23, 4, 24, the operation of which is organized as follows: filtered and corrected signals Hx, Well, from the second output of block 19, they are sent to the first input of block 23, in which the measured value is corrected the values of Hx and Well in accordance with the coefficients received at the second input of block 23 from the output of block 24. Then the adjusted values of the values of Hx and Well come from the output of block 23 to the second input of block 4 for calculating the horizontal oektsy inventories. The results of calculating the horizontal projections of the MPZ then come from the output of block 4 simultaneously to three blocks: to the third input of block 16, in which information about the projections is transmitted to the user, to the second input of block 24, where the magnitude of the projection of the magnetic field vector Hb is calculated and the correction factors are generated, eliminating the influence of secondary magnetic fields, and on the first input of block 7, in which the directional angles of the orientation of the sensor block are calculated: azimuthal angle and tilt angles (longitudinal, transverse).
Рассчитанные значения дирекционного угла направления и углов наклона (продольный, поперечный), с выхода блока 7 поступают на первый вход блока 8, в котором производится расчет смещения координат за последний временной интервал измерения, а так же поступают на четвертый вход блока 16 для передачи информационных параметров пользователю.The calculated values of the directional angle of the direction and the tilt angles (longitudinal, transverse), from the output of block 7 go to the first input of block 8, in which the coordinate offset for the last measurement time interval is calculated, and also go to the fourth input of block 16 to transmit information parameters to the user.
В блоке 24 по значениям горизонтальных проекций величин Нх, Ну происходит расчет действующего вектора магнитного поля Нb, и дальнейший его анализ, в сравнении со значением вектора магнитного поля (Нb0), определенным в условиях производственно-лабораторной настройки и хранимым в качестве постоянной величины в энергонезависимой памяти блока 24. По абсолютной величине значений проекций Нх, Ну, из таблицы коэффициентов выбираются значения, которые с выхода блока 24 поступают на второй вход блока 23, в котором по этим коэффициентам корректируют показания величин Нх и Ну, которые определяются в следующем рабочем цикле измерений.In block 24, according to the values of the horizontal projections of the values of Hx, Well, the effective magnetic field vector Hb is calculated, and its further analysis is compared with the value of the magnetic field vector (Нb0), determined under the conditions of production and laboratory settings and stored as a constant value in non-volatile block 24. By the absolute value of the projection values Hx, Well, values are selected from the coefficient table that are output from block 24 to the second input of block 23, in which these coefficients are adjusted according to Azania values Hx and Hy, which are defined in the next business cycle measurements.
По величине отклонения значения Нb от Нb0, а также по величине изменения значений проекций Нх и Ну относительно значений, полученных в предыдущем рабочем цикле измерений, и кроме того по величине изменений поправки угла направления, поступающей со второго выхода блока 12 на первый вход блока 24, производится оценка значений поправочных коэффициентов, хранящихся в таблице блока 24. По значению величин Нх и Ну, происходит определение знака коррекции и коррекция коэффициентов, хранящихся в таблице на шаг с минимальной определенной дискретностью с учетом определенного знака, а также по значению величины изменения поправки угла направления происходит определение знака коррекции и коррекция величины, учитывающей коэффициент масштабирования значений по осям проекции приборной системы координат.By the magnitude of the deviation of the value of Hb from Hb0, as well as by the magnitude of the change in the values of the projections Hx and Well relative to the values obtained in the previous working cycle of measurements, and in addition, by the magnitude of the changes in the correction of the angle of direction coming from the second output of block 12 to the first input of block 24, the values of the correction factors stored in the table of block 24 are estimated. Based on the value of the Hx and Well values, the correction sign is determined and the coefficients stored in the table are corrected for a step with a minimum defined discreteness taking into account a certain sign, as well as by the value of the change in the correction of the angle of direction, the correction sign is determined and the value is corrected, taking into account the scaling factor of the values along the projection axes of the instrument coordinate system.
В результате воздействия обратной связи по двум параметрам: значению Нb и значению изменения поправки величины угла направления при движении - в системе происходит анализ и проводится коррекция измеряемых величин в автоматизированном режиме на каждом рабочем цикле измерений, причем корректирующие коэффициенты представляют собой набор табличных величин, значения которых разделены на дискретные диапазоны с привязкой к дирекционному углу направления, с дискретностью 10 градусов, при которой проявляется влияние побочных магнитных полей на общий фон МПЗ при наличии многополюсных источников помех.As a result of the feedback in two parameters: the value of Hb and the value of the change in the correction of the angle of direction during movement, the system analyzes and corrects the measured values in an automated mode for each working measurement cycle, and the correction factors are a set of tabular values, the values of which divided into discrete ranges with reference to the directional angle of direction, with a resolution of 10 degrees, at which the influence of side magnetic fields is manifested and the general background of inventories in the presence of multi-pole noise sources.
В блоке 22 происходит преобразование значений ускорений Ax, Ay, поступающих с первого выхода блока 19 на первый вход блока 22, с коррекцией измеренных значений линейного ускорения с учетом изменения значений величины перемещения, пройденного объектом, и поступающих с выхода блока 6 на первый вход блока 17 за определенный интервал временного наблюдения за сигналом, значение которого поступает на второй вход блока 22 с выхода блока 17. То есть, при наличии ускорений, возникающих при перемещении объекта, которые определяются по изменению его скорости, производится анализ значений фиксированных ускорений, получаемых в устройстве по измеренным значениям датчиков блока 2, и по результату анализа определяются корректирующие значения, которые компенсируют показания ускорений, связанные с маневрами объекта при совершении разгонов, торможений, поворотов. Компенсированные значения ускорений определяются в соответствии с формулой (5), и с выхода блока 22 поступают одновременно на первый вход блока 4 и на второй вход блока 7.In block 22, the acceleration values Ax, Ay are converted, coming from the first output of block 19 to the first input of block 22, with the correction of the measured values of linear acceleration taking into account changes in the values of displacement traveled by the object, and coming from the output of block 6 to the first input of block 17 for a certain period of time monitoring the signal, the value of which arrives at the second input of block 22 from the output of block 17. That is, in the presence of accelerations arising from the movement of an object, which are determined by a change in its speed While analyzing the values fixed accelerations obtained in the apparatus by the measured values of the block of sensors 2 and the result of analysis determined correction values which compensate the acceleration readings associated with the object when making maneuvers acceleration, braking, cornering. The compensated acceleration values are determined in accordance with formula (5), and from the output of block 22 are supplied simultaneously to the first input of block 4 and to the second input of block 7.
где Ау' - измеренные значения действующего ускорения после фильтрации и коррекции;where Au '- measured values of the effective acceleration after filtering and correction;
vi - vi-1 - изменение скорости за промежуток времени, в котором проводится измерение ускорения;v i - v i-1 - change in speed over the period of time in which the measurement of acceleration;
Δt - временной интервал измерения скорости движения объекта.Δt is the time interval for measuring the speed of the object.
С математической обработкой, проводимой в блоке 4, осуществляется компенсация величин Нх, Ну, поступающих на второй вход блока 4 с выхода блока 23, с учетом компенсированных показаний Ax, Ay, сигнал которых поступает на первый вход блока 4 с выхода блока 22, в результате которой при любых наклонах блоков 1 и 2, форма магнитного годографа остается неизменной (сохраняется идеальный круг радиуса Нb0, с центром в начале координат).With the mathematical processing carried out in block 4, the values of Hx, Well supplied to the second input of block 4 from the output of block 23 are compensated, taking into account the compensated readings Ax, Ay, the signal of which goes to the first input of block 4 from the output of block 22, as a result which, for any inclinations of blocks 1 and 2, the shape of the magnetic hodograph remains unchanged (an ideal circle of radius Hb0 is maintained, centered at the origin).
Проекции вектора МПЗ на оси приборной системы координат Ну, Нх с учетом компенсации наклонов блоков 1 и 2, в продольном и поперечном направлении определяются в блоке 4 из выражения (6), (7) The projections of the MPZ vector on the axis of the instrument coordinate system Well, Hx, taking into account the compensation of the slopes of blocks 1 and 2, in the longitudinal and transverse directions are determined in block 4 from the expression (6), (7)
где А - постоянная величина, соответствующая величине ускорения силы тяжести, равная 9,81 м/с 2,where a is a constant value corresponding to the value of the acceleration of gravity, equal to 9.81 m / s 2 ,
; ;
Нz - величина вертикальной составляющей проекции вектора магнитного поля на оси приборной системы координат, определяемая в соответствии с выражением .Нz - the magnitude of the vertical component of the projection of the magnetic field vector on the axis of the instrument coordinate system, determined in accordance with the expression .
Величина полного вектора МПЗ (Я) определяется как константа при проведении лабораторной настройки в отсутствии паразитных магнитных полей и хранится в памяти блока 24, при перемещении объекта по различным географическим зонам в зависимости от широты местоположения происходит автоматическая коррекция значения (Н) в зависимости от значений корректирующих коэффициентов, вырабатываемых в блоке 24.The magnitude of the full vector of the MPZ (Y) is determined as a constant during laboratory settings in the absence of spurious magnetic fields and is stored in the memory of block 24, when moving an object across different geographical zones, depending on the latitude of the location, the value (N) is automatically corrected depending on the correction values the coefficients generated in block 24.
В блоке 7 при расчете азимутального угла используются проекции МПЗ Нх и Ну, которые поступают на первый вход блока 7 с выхода блока 4, проекции действующего ускорения Ах и Ау, которые поступает на второй вход блока 7 с выхода блока 22, поправка угла направления, которая поступает на третий вход блока 7 со второго выхода блока 12.In block 7, when calculating the azimuthal angle, projections of the MPZ Hx and Well are used, which are received at the first input of block 7 from the output of block 4, projections of the effective acceleration Ax and Au, which are fed to the second input of block 7 from the output of block 22, are directional angle corrections, which arrives at the third input of block 7 from the second output of block 12.
Действующее значение азимутального угла направления относительно направления линий МПЗ определяется в блоке 7, как The effective value of the azimuthal direction angle relative to the direction of the lines of the MPZ is determined in block 7, as
где sgn(Нx) - знак измеряемого значения вектора Нх, при положительном значении выражение принимает значение “1”, при отрицательном значении выражение принимает значение “-1”;where sgn (Нx) is the sign of the measured value of the vector Hx, with a positive value, the expression takes the value “1”, with a negative value the expression takes the value “-1”;
Нх - проекция действующего вектора МПЗ на ось Х приборной системы координат;Hx is the projection of the effective vector of the MPZ on the X axis of the instrument coordinate system;
Ну - проекция действующего вектора МПЗ на ось Y приборной системы координат;Well - the projection of the current vector MPZ on the Y axis of the instrument coordinate system;
Hb - проекция действующего вектора магнитного поля на приборную систему координат, определяется из выраженияHb is the projection of the current magnetic field vector on the instrument coordinate system, is determined from the expression
Углы наклонов приборной системы координат в продольном и поперечном направлении определяются в блоке 7 по соответствующим формулам (10):The slope angles of the instrument coordinate system in the longitudinal and transverse directions are determined in block 7 by the corresponding formulas (10):
где Ax - значение линейного ускорения в проекции на ось Х приборной системы координат;where Ax is the value of linear acceleration in the projection onto the X axis of the instrument coordinate system;
Ау - значение линейного ускорения в проекции на ось Y приборной системы координат;Au is the value of linear acceleration in the projection onto the Y axis of the instrument coordinate system;
Az - значение линейного ускорения в проекции на ось Z приборной системы координат, которое рассчитывается по выражению:Az is the value of linear acceleration in the projection onto the Z axis of the instrument coordinate system, which is calculated by the expression:
где А - постоянная величина соответствующая величине ускорения силы тяжести, равная 9,81 м/с2;where A is a constant value corresponding to the value of the acceleration of gravity, equal to 9.81 m / s 2 ;
Ax, Ay - величины проекции ускорения силы тяжести соответственно в поперечном и продольном направлениях движения объекта.Ax, Ay are the projection values of the acceleration of gravity in the transverse and longitudinal directions of motion of the object, respectively.
Синхронизацией рабочих циклов измерений управляет блок 5, с третьего выхода которого синхронизирующий сигнал начала отсчета горизонтальной проекции МПЗ (период 1/16 сек.) поступает на третий вход блока 4; в то же время, с первого выхода блока 5 на второй вход блока 17 поступает высокочастотный сигнал (с периодом 20 мкс), по которому происходит анализ длительности фазовых интервалов сигнала, поступающего от блока 6, а со второго выхода блока 5 сигнал управления (с периодом 1 сек.) поступает одновременно третий вход блока 17, по которому происходит фиксация интервала пройденного расстояния за последний временной интервал наблюдения, и второй вход блока 8, по которому запускается процедура расчета смещения координат за последний временной интервал измерения.The synchronization of the measurement work cycles is controlled by block 5, from the third output of which the synchronizing signal of the origin of the horizontal projection of the MPZ (1/16 second period) is supplied to the third input of block 4; at the same time, a high-frequency signal (with a period of 20 μs) is received from the first output of block 5 to the second input of block 17, according to which the duration of the phase intervals of the signal from block 6 is analyzed, and from the second output of block 5, a control signal (with a period 1 sec.) Simultaneously, the third input of block 17 enters, over which the interval of the distance traveled for the last observation time interval is fixed, and the second input of block 8, over which the procedure for calculating the coordinate displacement for the last time interval is started, and measurements
С выхода блока 17 измерительный сигнал поступает на первый вход блока 13, в котором формируется значение величины перемещения с учетом измеренного значения перемещения и корректирующего коэффициента, в котором совокупно учтены передаточные коэффициенты связи колесной оси и вала привода спидометра, состояние ходовой части и длина окружности колеса. При этом, по сигналу начала нового временного интервала 1 секунда, который поступает со второго выхода блока 5 на второй вход блока 8, производится съем информации о пройденном пути за предыдущий временной интервал, приходящий с выхода блока 13 на третий вход блока 8, и с учетом полученных данных об ориентации объекта (азимут, углы наклона) производится расчет проекции смещения в плоскости осей X, Y географических координат за предыдущий интервал измерения.From the output of block 17, the measuring signal is supplied to the first input of block 13, in which the value of the displacement value is formed taking into account the measured displacement value and the correction factor, which together take into account the gear ratios of the wheel axis and the speedometer drive shaft, the state of the running gear and the wheel circumference. At the same time, by the signal of the beginning of a new time interval of 1 second, which comes from the second output of block 5 to the second input of block 8, information is taken on the distance traveled for the previous time interval coming from the output of block 13 to the third input of block 8, and taking into account obtained data on the orientation of the object (azimuth, inclination angles), the projection of the displacement projection in the plane of the X, Y axes of the geographical coordinates for the previous measurement interval is calculated.
Рассчитанные значения приращения координат с выхода блока 8 одновременно поступают на первый вход блока 14 и вход блока 10. Блоки 10 и 14 осуществляют вычисление проекций суммарного вектора перемещения объекта относительно координат исходного пункта по значениям измерений перемещений подвижного объекта в автономном режиме (по показаниям датчика перемещения 6 и блока расчета угла направления движения ПО 7), причем хранимое в блоке 14 значение суммарного вектора может корректироваться для уточнения координат местоположения.The calculated values of the increment of coordinates from the output of block 8 are simultaneously sent to the first input of block 14 and the input of block 10. Blocks 10 and 14 calculate the projections of the total vector of the object’s movement relative to the coordinates of the starting point from the measurement values of the displacements of the moving object in stand-alone mode (according to the readings of the displacement sensor 6 and a block for calculating the angle of the direction of movement of software 7), and the value of the total vector stored in block 14 can be adjusted to clarify the coordinates of the location.
По значениям накопленной величины суммарного вектора перемещения объекта относительно координат исходной пункта, рассчитанной по значениям автономного режима, которые поступают на первый вход блока 12 с выхода блока 10, и по значениям координат, подаваемым от приемника СНС 15 на третий вход блока 12, в блоке 12 производится расчет вектора, образованного направлением перемещения объекта, вычисленным по показаниям спутниковых координат относительно координат исходного пункта, значение которого поступает на четвертый вход блока 12 с выхода блока 21, и по анализу величины векторов и их взаимной ориентации рассчитывается коэффициент коррекции величины пройденного пути и коэффициент поправки угла направления таким образом, чтобы абсолютная величина векторов совпадала, и направление вектора автономной системы было приведено к направлению вектора перемещения, вычисленному по показаниям приемника СНС.According to the values of the accumulated value of the total vector of displacement of the object relative to the coordinates of the starting point, calculated from the values of the autonomous mode, which are received at the first input of block 12 from the output of block 10, and according to the coordinates supplied from the receiver of the SNA 15 to the third input of block 12, in block 12 the vector is calculated, formed by the direction of movement of the object, calculated according to the satellite coordinates relative to the coordinates of the starting point, the value of which is fed to the fourth input of block 12 from the output of the bl Single 21, and on the analysis of vector values and their mutual orientation of the calculated amount of correction coefficient distance traveled and the correction factor angle directions so that the absolute value of the vectors coincide and the direction vector autonomous system was brought to a direction of the displacement vector computed by indications SNS receiver.
По имеющимся значениям дирекционного угла направления перемещения, углам ориентации транспортного средства относительно уровня горизонта, величины пройденного расстояния за время измерения определятся координаты текущего местоположения ПО:According to the available values of the directional angle of the direction of movement, the orientation angles of the vehicle relative to the horizon level, the distance traveled during the measurement, the coordinates of the current location of the software will be determined:
где GXA, GYA - географические координаты текущего положения ПО по оси Х и оси Y соответственно, на плоскости географической системы координат, определенные по рассчитанным параметрам при работе системы в автономном режиме.where GXA, GYA are the geographical coordinates of the current software position along the X-axis and Y-axis, respectively, on the plane of the geographic coordinate system, determined by the calculated parameters when the system is working offline.
GXO, GYO - географические координаты исходного положения ПО, откуда начался отсчет перемещения;GXO, GYO - geographical coordinates of the initial position of the software, from where the movement began;
GXS, GYS - величина проекций вектора суммарного перемещения объекта относительно пункта установки исходных значений координат на оси X, Y в плоскости географической системы координат (спутниковая система).GXS, GYS - the value of the projections of the vector of the total displacement of the object relative to the installation point of the initial coordinates on the X, Y axis in the plane of the geographic coordinate system (satellite system).
где KN - коэффициент, учитывающий направление перемещения при движении: «вперед» - коэффициент “1”, «назад» - коэффициент “-1”;where KN - coefficient taking into account the direction of movement when moving: “forward” - coefficient “1”, “back” - coefficient “-1”;
S - величина перемещения объекта при движении за интервал времени измерения;S is the magnitude of the movement of the object during movement over the measurement time interval;
A1 - дирекционный угол направления на географический Север;A1 - directional angle of direction to the geographic North;
Gnp - угол ориентации продольной оси транспортного средства относительно уровня горизонта.Gnp is the angle of orientation of the longitudinal axis of the vehicle relative to the horizon.
Lm - коэффициент, учитывающий переход от линейного измерения перемещения к градусному. Lm - линейная величина, соответствующая 1° меридиана, которая может принимать значения в диапазоне от (111120 -111212) м в зависимости от применяемой модели Земного эллипсоида;Lm - coefficient taking into account the transition from a linear measurement of displacement to degree. Lm is a linear value corresponding to 1 ° of the meridian, which can take values in the range from (111120 -111212) m, depending on the model of the Earth's ellipsoid;
cos(φ) - косинус угла сближения меридианов.cos (φ) is the cosine of the angle of convergence of the meridians.
При длительном движении объекта в отсутствии коррекции от спутниковых координат в значении автономных координат будет накапливаться ошибка, связанная с неточным определением углов направления и величины перемещения, в функции блока 12 входит задача сравнения координат системы и спутниковых координат, определения значений корректирующих коэффициентов перемещения и угла направления, значения которых поступают на третий вход блока 12, и происходит коррекция измеряемых параметров, вследствие чего отклонение системных координат от значений спутниковых координат будет минимально, а в идеальном случае равно нулю.With long-term movement of the object in the absence of correction from satellite coordinates, an error associated with inaccurate determination of direction angles and magnitude of movement will accumulate in the value of autonomous coordinates, the function of block 12 includes the task of comparing the coordinates of the system and satellite coordinates, determining the values of correcting movement coefficients and direction angle, the values of which are supplied to the third input of block 12, and the measured parameters are corrected, as a result of which the deviation of the system coordinates from the value s satellite coordinates will be minimal, and ideally zero.
Поправка направления представляет собой величину, в которой интегрировано учтено значение магнитного склонения, технологические погрешности блока 1, возникающие в результате возникновения угловой погрешности между направлением оси Ну датчика и продольной осью транспортного средства, причем указанные две составляющих поправки образуют постоянную составляющую угла, которая незначительно меняется за счет изменения угла магнитного склонения при перемещении по различным географическим зонам. Также существует третья составляющая, которая изменяет величину поправки направления, она образуется при неточном определении дирекционных углов направления вследствие искажений магнитного поля Земли за счет влияния побочных магнитных полей, эта составляющая при различных угловых ориентациях имеет различные значения, для уменьшения этой величины в блоке 24 вырабатываются корректирующие коэффициенты, компенсирующие возникающие погрешности.The directional correction is the value in which the magnetic declination value is integrated, the technological errors of unit 1 arising as a result of the occurrence of an angular error between the direction of the axis of the sensor Well and the longitudinal axis of the vehicle, and these two components of the correction form a constant component of the angle, which varies slightly over due to changes in the angle of magnetic declination when moving through different geographical areas. There is also a third component that changes the magnitude of the directional correction, it is formed when the directional angles of the direction are inaccurately determined due to distortions of the Earth’s magnetic field due to the influence of side magnetic fields, this component has different values for different angular orientations, corrective values are generated in block 24 to reduce this value coefficients compensating for the errors that arise.
Значение суммарного вектора перемещения, накопленного в блоке 14, с его выхода поступает на первый вход блока 11, в котором по этому значению и по значению исходных координат, поступающих на третий вход блока 11 с выхода блока 21, вычисляются координаты автономной системы, и по значениям этих координат, а также по значению координат спутниковой навигационной системы, поступающих на второй вход блока 11 с выхода блока 15, вычисляется ошибка отклонения векторов, и при достижении этого отклонения до определенной величины, производится коррекция суммарного вектора перемещения, причем вычисление ошибки происходит в тот момент, когда блок 15 выдает достоверные значения координат (точность значений не хуже 30 метров).The value of the total displacement vector accumulated in block 14, from its output, goes to the first input of block 11, in which the coordinates of the autonomous system are calculated by this value and by the value of the initial coordinates coming to the third input of block 11 from the output of block 21, and by the values of these coordinates, as well as the value of the coordinates of the satellite navigation system arriving at the second input of block 11 from the output of block 15, the error of the deviation of the vectors is calculated, and when this deviation is reached to a certain value, the correction is made resultant angular displacement vectors, wherein the error calculation occurs at the moment when the unit 15 outputs the valid coordinate values (accuracy not worse than 30 meters values).
Стоит отметить, что накопление суммарного значения величины проекций вектора перемещения в блоках 10 и 14 начинает проводиться от момента установки координат исходной точки, и каждый раз по установке координат исходной точки суммарное значение вектора перемещения обнуляется.It is worth noting that the accumulation of the total value of the projections of the displacement vector in blocks 10 and 14 begins to be carried out from the moment the coordinates of the starting point were set, and each time the coordinates of the starting point are set, the total value of the displacement vector is reset.
С выхода блока 11 значение коррекции поступает на второй вход блока 14, в результате чего в блоке 14 изменяется значение накопленной величины суммарного вектора перемещения, и как результат, уменьшается ошибка величины отклонения векторов, образованных показаниями автономной и спутниковой системами относительно координат исходной точки.From the output of block 11, the correction value is supplied to the second input of block 14, as a result of which in block 14 the value of the accumulated value of the total displacement vector is changed, and as a result, the error of the magnitude of the deviation of the vectors formed by the readings of the autonomous and satellite systems relative to the coordinates of the starting point decreases.
Сигнал откорректированного значения суммарного перемещения с выхода блока 14 поступает на первый вход блока 9, в котором производится расчет координат текущего местоположения подвижного объекта с учетом координат исходного пункта, поступающих с выхода блока 21 на второй вход блока 9. Сигналы координат местоположения ПО, полученных в блоке 9, с его выхода поступают на второй вход блока 16 для отправки пользователю.The signal of the adjusted value of the total displacement from the output of block 14 goes to the first input of block 9, in which the coordinates of the current location of the moving object are calculated taking into account the coordinates of the starting point coming from the output of block 21 to the second input of block 9. Signals of coordinates of the location of the software received in the block 9, from its output go to the second input of block 16 for sending to the user.
Исходные значения коэффициентов пути и угла, подаваемые оператором на управляющие входы блока 16, далее подаются со второго выхода блока 16 на второй вход блока 12, где заносятся в энергонезависимую память блока 12, и также используются в расчетах, причем каждый раз, по выключению электропитания устройства, происходит запоминание обновленных коэффициентов.The initial values of the path and angle coefficients supplied by the operator to the control inputs of block 16 are then fed from the second output of block 16 to the second input of block 12, where they are entered into the non-volatile memory of block 12, and are also used in calculations, each time when the device’s power is turned off , the updated coefficients are stored.
Цифровой коэффициент, который приводит в соответствие величину перемещения, пройденного объектом, и количество импульсов, поступающих от блока 6 за единицу пройденного расстояния, поступает на второй вход блока 13 с первого выхода блока 12, и определяется в соответствии с формулой (16):A digital coefficient that matches the amount of movement traveled by the object and the number of pulses from block 6 per unit of distance traveled, arrives at the second input of block 13 from the first output of block 12, and is determined in accordance with formula (16):
где Ks - коэффициент, корректирующий ошибку перемещения (определенного по показаниям автономной системы, относительно расстояния вычисленного по показаниям спутниковой системы);where Ks is the coefficient correcting the error of movement (determined by the testimony of the autonomous system, relative to the distance calculated by the testimony of the satellite system);
Ks' - коэффициент коррекции ошибки перемещения, действующий до момента наступления повторной коррекции, исходное значение "1";Ks' - displacement error correction coefficient, valid until the moment of repeated correction, the initial value is "1";
LSs - величина вектора перемещения объекта, вычисленная по текущим показаниям координат спутниковой системы относительно координат пункта начала отсчета движения, определяется по формуле (17);LSs - the magnitude of the object's displacement vector, calculated from the current coordinates of the satellite system relative to the coordinates of the point of origin, is determined by the formula (17);
LSa - величина вектора перемещения объекта, вычисленная по текущим показаниям координат автономной системы, относительно координат точки начала отсчета движения, определяется по формуле (18).LSa is the magnitude of the object's displacement vector, calculated from the current coordinates of the autonomous system, relative to the coordinates of the point of origin, is determined by the formula (18).
где XS, YS - географические координаты текущего местоположения объекта, определенные по показаниям спутниковой навигационной системы.where XS, YS are the geographical coordinates of the current location of the object, determined by the satellite navigation system.
На первый вход блока 16 с выхода блока 15 поступают значения координат от приемника СНС для передачи пользователю с целью его информированности о местоположении объекта.At the first input of block 16, the output of block 15 receives the coordinate values from the SNA receiver for transmission to the user in order to be informed about the location of the object.
С первого выхода блока 16 цифровое значение координат исходной точки поступает на вход блока 21, которое запоминается в энергонезависимой памяти блока 21, и каждый раз, по включению питания происходит восстановление их значений, до тех пор, пока оператор не установит их новые значения.From the first output of block 16, the digital value of the coordinates of the starting point is fed to the input of block 21, which is stored in the non-volatile memory of block 21, and each time, when the power is turned on, their values are restored until the operator sets their new values.
Предлагаемое устройство предназначено для использования в составе подвижных наземных объектов, оснащенных как электронными, так и механическими типами спидометров. Устройство работает, основываясь на показаниях датчиков магнитного поля Земли, датчиков ускорения и перемещения независимо от наличия сигнала от приемника СНС, навигационная система используется для оценки погрешности и коррекции параметров движения.The proposed device is intended for use as part of mobile ground objects equipped with both electronic and mechanical types of speedometers. The device works based on the readings of the Earth’s magnetic field sensors, acceleration and displacement sensors, regardless of the presence of a signal from the SNA receiver, the navigation system is used to estimate the error and correct motion parameters.
В предлагаемом устройстве все указанные блоки, за исключением блоков 1, 2, 6, 15, осуществляют математические преобразования, и поэтому их можно реализовать на основе микроконтроллеров или цифровых сигнальных процессоров, в частности макетный образец, на котором реализовано предлагаемое устройство, построен с применением микросхемы DSPIC33FJ128GP708 фирмы MicroChip (128 Кбайт память программ, 16 Кбайт память ОЗУ, встроенные контроллер АЦП 12 бит, два контроллера интерфейсов RS-232, интерфейс SPI, тактовая частота до 40 МГц, девять встроенных таймеров), также возможно применение сигнальных процессоров фирм Texas Instruments или Analog Devices, но в случае применения сигнальных процессоров, необходимо применение внешнего АЦП с разрядностью не менее 12 бит.In the proposed device, all of these blocks, with the exception of blocks 1, 2, 6, 15, carry out mathematical transformations, and therefore they can be implemented on the basis of microcontrollers or digital signal processors, in particular, the prototype on which the proposed device is implemented is built using a microcircuit MicroChip company DSPIC33FJ128GP708 (128 Kbytes program memory, 16 Kbytes RAM memory, built-in 12-bit ADC controller, two RS-232 interface controllers, SPI interface, clock frequency up to 40 MHz, nine built-in timers), also possible zhno application signal processors firms Texas Instruments or Analog Devices, but in the case of signal processors, necessary to use external ADC with digit capacity of at least 12 bits.
В качестве особенности работы блока 3 следует отметить, что необходимо задействовать пять каналов АЦП или применить микросхему мультиплексирования каналов (например, отечественного производства К561КП2).As a feature of the operation of block 3, it should be noted that it is necessary to use five ADC channels or use a channel multiplexing chip (for example, domestic production K561KP2).
Техническая реализация блока 1 возможна с применением магниточуствительных датчиков на основе феррозондов, или магниторезисторов в интегральном исполнении (например, НМС1002 фирмы Honeywell) с разрешением 27 µagauss, диапазон измерений ±6 gauss, чувствительностью 0,2 mV/gauss.The technical implementation of block 1 is possible using magnetically sensitive sensors based on flux gates or integrated magnetoresistors (for example, NMS1002 from Honeywell) with a resolution of 27 µagauss, measuring range ± 6 gauss, sensitivity 0.2 mV / gauss.
Техническая реализация блока 2 возможна с применением акселерометров фирмы STMicroelectonics (LIS3L06AL) или фирмы Analog Devices (ADXL325) с разрешением 0,5 mG, диапазон измерений ±2G, чувствительностью 0,6 V/G.The technical implementation of block 2 is possible using accelerometers from STMicroelectonics (LIS3L06AL) or Analog Devices (ADXL325) with a resolution of 0.5 mG, a measuring range of ± 2G, and a sensitivity of 0.6 V / G.
Датчик перемещения 6 может быть реализован с применением трех датчиков Холла и четырех разнополюсных магнитов, закрепленных на оси, вала спидометра транспортного средства. Таким образом, образуется трехканальный датчик, у которого на один оборот колеса генерируется шесть импульсов состояния фазы угла поворота, что является достаточным для определения пройденного расстояния и скорости движения при перемещении на скорости выше 5 км/ч. При использовании электронного спидометра точность счисления пути будет ограничена значением расстояния пройденного колесом транспортного средства за один полный оборот.The displacement sensor 6 can be implemented using three Hall sensors and four different-pole magnets mounted on the axis of the vehicle speedometer shaft. Thus, a three-channel sensor is formed, in which six impulses of the state of the phase of the angle of rotation are generated per revolution of the wheel, which is sufficient to determine the distance traveled and the speed of movement when moving at speeds above 5 km / h. When using an electronic speedometer, the accuracy of dead reckoning will be limited by the distance traveled by the vehicle’s wheel in one full revolution.
Приемник СНС 15 может быть реализован на основе отечественного приемника 14Ц825, который выпускается фирмой ФГУП НИИ КП. Он работает с возможностью приема 30 каналов в системе ГЛОНАСС/GPS и имеет цифровой интерфейс информационного обмена RS-232 с реализацией многофункционального протокола информационного обмена.The SNS 15 receiver can be implemented on the basis of the domestic receiver 14Ts25, which is produced by the FSUE NII KP. It works with the possibility of receiving 30 channels in the GLONASS / GPS system and has a digital RS-232 information exchange interface with the implementation of a multifunctional information exchange protocol.
В результате использования заявляемой системы в макетном варианте были получены измерения дирекционных углов и углов наклона с дискретностью 0,1 град., с точностью определения углов не более 0,5 град., ошибка определения координат перемещения не более 1%.As a result of using the inventive system in a breadboard version, measurements of directional angles and tilt angles with a resolution of 0.1 degrees, with an accuracy of determining angles of not more than 0.5 degrees, were obtained, the error in determining the coordinates of movement is not more than 1%.
Таким образом, применение полезной модели позволяет обеспечить точность определения координат местоположения подвижного объекта не хуже 1% от величины пройденного пути и точности определения дирекционного угла направления на географический север не хуже 0,5 градуса.Thus, the application of the utility model allows to ensure the accuracy of determining the coordinates of the location of a moving object is not worse than 1% of the distance traveled and the accuracy of determining the directional angle of direction to the geographic north is not worse than 0.5 degrees.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010128209/28U RU100232U1 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | COMPLEX NAVIGATION SYSTEM FOR DETERMINING THE COORDINATES OF MOBILE LAND OBJECTS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010128209/28U RU100232U1 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | COMPLEX NAVIGATION SYSTEM FOR DETERMINING THE COORDINATES OF MOBILE LAND OBJECTS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU100232U1 true RU100232U1 (en) | 2010-12-10 |
Family
ID=46306927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010128209/28U RU100232U1 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | COMPLEX NAVIGATION SYSTEM FOR DETERMINING THE COORDINATES OF MOBILE LAND OBJECTS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU100232U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2597658C2 (en) * | 2010-11-08 | 2016-09-20 | ЭлпайнРиплей, Инк. | Device and method of calibrating gyro sensors |
| RU2601614C1 (en) * | 2015-09-21 | 2016-11-10 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Method of generating and transmitting differential corrections upon request from surveying system to consumer quality analyzing |
| RU2740335C1 (en) * | 2019-12-27 | 2021-01-13 | Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования "Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева" | Ground vehicle navigation system |
-
2010
- 2010-07-07 RU RU2010128209/28U patent/RU100232U1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2597658C2 (en) * | 2010-11-08 | 2016-09-20 | ЭлпайнРиплей, Инк. | Device and method of calibrating gyro sensors |
| RU2601614C1 (en) * | 2015-09-21 | 2016-11-10 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Method of generating and transmitting differential corrections upon request from surveying system to consumer quality analyzing |
| RU2740335C1 (en) * | 2019-12-27 | 2021-01-13 | Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования "Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева" | Ground vehicle navigation system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3397923B1 (en) | Improved surveying pole | |
| CN107270893B (en) | Lever arm and time asynchronous error estimation and compensation method for real estate measurement | |
| EP2264403B1 (en) | Positioning device and positioning method | |
| JP5243956B2 (en) | Self-calibration for inertial instrument based on real-time bias estimator | |
| RU2395061C1 (en) | Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end | |
| CN105509740A (en) | Measuring method and module for attitude of agriculture machinery vehicle | |
| CN113203418B (en) | GNSSINS visual fusion positioning method and system based on sequential Kalman filtering | |
| CN102538780A (en) | Positioning apparatus, positioning method, and storage medium for measuring position using both autonomous navigation and GPS | |
| CN110057356B (en) | Method and device for positioning vehicles in tunnel | |
| CN103644911A (en) | Gyroscope assisted positioning method | |
| CN112833917B (en) | Three-axis magnetic sensor calibration method based on magnetic course angle and least square method | |
| CN111189474A (en) | Autonomous calibration method of MARG sensor based on MEMS | |
| RU100232U1 (en) | COMPLEX NAVIGATION SYSTEM FOR DETERMINING THE COORDINATES OF MOBILE LAND OBJECTS | |
| CN109781096A (en) | A kind of integrated navigation and location system and method for intelligent agricultural machinery | |
| RU2443978C1 (en) | Method of determining spatial coordinates of mobile objects and integrated navigation system for realising said method | |
| RU118740U1 (en) | ADAPTIVE NAVIGATION COMPLEX | |
| CN204255368U (en) | A kind of SINS/CNS deep integrated navigation system being applicable to Marsokhod | |
| CN106403999A (en) | GNSS-based real-time compensation method for inertial navigation accelerometer drifting | |
| CN111197994B (en) | Position data correction method, position data correction device, computer device, and storage medium | |
| KR20170015768A (en) | Location compensation system at disabled global navigation satellite systems and method thereof | |
| CN108416387A (en) | Height filtering method based on GPS Yu barometer fused data | |
| JPH07306056A (en) | Apparatus for detecting running distance of vehicle | |
| WO2011159185A1 (en) | Method and device for determining the direction of a start of a movement | |
| RU2436045C1 (en) | Method for determining coordinates of ground mobile objects | |
| RU2202102C2 (en) | Procedure establishing positions of mobile objects and device for its realization |