RU2395061C1 - Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end - Google Patents
Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2395061C1 RU2395061C1 RU2009122850/28A RU2009122850A RU2395061C1 RU 2395061 C1 RU2395061 C1 RU 2395061C1 RU 2009122850/28 A RU2009122850/28 A RU 2009122850/28A RU 2009122850 A RU2009122850 A RU 2009122850A RU 2395061 C1 RU2395061 C1 RU 2395061C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinates
- unit
- magnetic field
- angular velocity
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в навигационных приборах, в том числе, с комплектированным алгоритмом работы, для определения координат подвижных объектов в условиях геомагнитных аномалий, естественных атмосферных, имитационных, заградительных и электромагнитных помех, а также при отсутствии или неустойчивом приеме сигналов спутниковых радионавигационных систем.The invention relates to the field of instrumentation and can be used in navigational instruments, including with a comprehensive operating algorithm, for determining the coordinates of moving objects in the conditions of geomagnetic anomalies, natural atmospheric, imitation, barrage and electromagnetic interference, as well as in the absence or unstable reception of signals satellite radio navigation systems.
Известен способ комплексирования инерциальных навигационных систем и комплексированная навигационная система по патенту [1]. В способе используется инерциальная навигационная системы с коррекцией от приемника спутниковой навигационной системы по корректирующим сигналам, сформированным фильтром коррекции по разности скоростей инерциальной навигационной системы и датчика базовой скорости, а также по разности сигналов с горизонтальных акселерометров, преобразованных интегратором и датчиком базовой скорости. Устройство состоит из автономной инерциальной навигационной системы, приемника спутниковой навигационной системы, сумматора, фильтров коррекции, интеграторов и фильтров управления. Указанные способ и устройство весьма сложны в реализации, причем устройство имеет большие габариты и потребляемую мощность, вследствие чего широкое применение их ограничено для использования в подвижных объектах, при определении координат местоположения.A known method of combining inertial navigation systems and integrated navigation system according to the patent [1]. The method uses an inertial navigation system with correction from the receiver of the satellite navigation system according to the correction signals generated by the correction filter according to the speed difference of the inertial navigation system and the base speed sensor, as well as to the difference of signals from horizontal accelerometers converted by the integrator and the base speed sensor. The device consists of an autonomous inertial navigation system, a satellite navigation receiver, an adder, correction filters, integrators and control filters. The specified method and device is very difficult to implement, and the device has large dimensions and power consumption, as a result of which their widespread use is limited for use in moving objects when determining location coordinates.
Известен способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации по патенту [2]. В способе проводятся измерения горизонтальных проекций суммарного вектора напряженности магнитного поля Земли и магнитного поля объекта. В каждом рабочем цикле измеряют усредненные значения проекций суммарного вектора напряженности и ускорения силы тяжести на оси приборной системы координат. По значениям горизонтальных проекций вектора напряженности магнитного поля, с учетом приращения пути и поправки направления, определяют приращения координат и угол направления движения. С учетом координат исходной точки определяют координаты объекта. Устройство содержит датчики магнитного поля, датчики вертикали, блок расчета горизонтальных проекций магнитного поля, блок управления, датчик перемещения и навигационный блок. Навигационный блок содержит блок расчета приращения координат, блок расчета угла и сумматор. Способ и устройство относится к автономным навигационным системам магнитного типа, использующим магнитное поле Земли для определения направления движения и одометрическую систему счисления пути.A known method for determining the location of moving objects and a device for its implementation according to the patent [2]. The method measures the horizontal projections of the total vector of the magnetic field of the Earth and the magnetic field of the object. In each working cycle, the average values of the projections of the total vector of tension and acceleration of gravity on the axis of the instrument coordinate system are measured. From the values of the horizontal projections of the magnetic field vector, taking into account the increment of the path and the correction of direction, determine the increment of coordinates and the angle of the direction of movement. Given the coordinates of the starting point, the coordinates of the object are determined. The device comprises magnetic field sensors, vertical sensors, a unit for calculating horizontal projections of a magnetic field, a control unit, a displacement sensor and a navigation unit. The navigation block contains a block for calculating the increment of coordinates, a block for calculating the angle, and an adder. The method and device relates to autonomous navigation systems of a magnetic type, using the Earth's magnetic field to determine the direction of movement and an odometric number system.
Недостатками указанного способа и устройства является низкая точность измерения координат и угла направления движения, а также сложность их использования. Это обусловлено ошибками определения координат в автономных навигационных системах магнитного типа. При этом ошибки, в зависимости от величины пройденного пути, с течением времени возрастают, что требует периодической коррекции определяемых координат с использованием топографических карт, информации об известных координатах и.т.д. Точность известного способа и устройства снижается в условиях воздействий внешних паразитных полей, от линий электропередач, в зонах магнитных аномалий. Вводимые поправки направления движения зависят от магнитного склонения, сближения меридианов в данной местности и рассогласования измерительной оси датчика продольной оси подвижного объекта.The disadvantages of this method and device is the low accuracy of measuring the coordinates and the angle of the direction of movement, as well as the complexity of their use. This is due to errors in determining coordinates in autonomous navigation systems of the magnetic type. Moreover, errors, depending on the size of the distance traveled, increase over time, which requires periodic correction of the determined coordinates using topographic maps, information about known coordinates, etc. The accuracy of the known method and device is reduced under conditions of external parasitic fields, from power lines, in areas of magnetic anomalies. The introduced corrections of the direction of motion depend on the magnetic declination, the approach of the meridians in a given area and the mismatch of the measuring axis of the sensor along the longitudinal axis of the moving object.
На подвижных системах используются одометрические системы счисления пути, основанные на подсчете числа оборотов колеса или привода гусеницы. Коэффициент пути, определяющий пересчет числа оборотов в пройденном пути, зависит от состояния ходовой части: типа шин, давления в них и т.п., а также от характера местности. Все это усложняет использование известного способа и устройства и ограничивает область их применения, а геомагнитные датчики вносят большие погрешности при определении дирекционного угла, т.к. находясь в какой-либо местности, нужно учитывать действующее магнитное склонение конкретно для данного участка местности.On moving systems, odometric number systems are used, based on the calculation of the number of revolutions of a wheel or a track drive. The coefficient of the path, which determines the conversion of the number of revolutions in the distance traveled, depends on the condition of the running gear: type of tires, pressure in them, etc., as well as on the nature of the terrain. All this complicates the use of the known method and device and limits the scope of their application, and geomagnetic sensors introduce large errors in determining the directional angle, because being in any locality, it is necessary to take into account the current magnetic declination specifically for a given locality.
Известен способ инерциальной навигации и устройство для его осуществления по патенту [3]. Способ инерциальной навигации заключается в использовании линейных акселерометров, работающих в режиме автоколебаний, пропорциональных ускорению и периоду автоколебаний. Одновременно с ускорением объекта измеряют, интервал времени, в течение которого измеряют ускорение, при помощи показаний акселерометра определяют составляющие вектора скорости и радиус-вектора по направлению оси чувствительности акселерометров на этом интервале. Значения показаний акселерометра за каждый период автоколебаний перемножают, а результаты для конкретного участка траектории суммируют.A known method of inertial navigation and a device for its implementation according to the patent [3]. The inertial navigation method consists in using linear accelerometers operating in the mode of self-oscillations proportional to the acceleration and the period of self-oscillations. Simultaneously with the acceleration of the object is measured, the time interval during which the acceleration is measured, using the accelerometer readings, the components of the velocity vector and the radius vector are determined in the direction of the sensitivity axis of the accelerometers in this interval. The values of the accelerometer readings for each period of self-oscillations are multiplied, and the results for a particular section of the trajectory are summarized.
Недостатками указанного способа и устройства является низкая точность измерения интервалов времени, т.к нет синхронизации с единым временем, что значительно снижает точность в расчете координат.The disadvantages of this method and device is the low accuracy of measuring time intervals, because there is no synchronization with a single time, which significantly reduces the accuracy in the calculation of coordinates.
Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым является способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации, описанные в патенте [4], принятые за прототип.The closest in technical essence to the proposed is a method for determining the location of moving objects and a device for its implementation, described in the patent [4], adopted as a prototype.
Способ-прототип заключается в следующем:The prototype method is as follows:
1) в калибровочном цикле осуществляют разворот подвижного объекта из начальной точки на 270 градусов через фиксированные положения 0,90,180 и 270 градусов и в каждом определяют значения горизонтальных проекций вектора напряженности магнитного поля;1) in the calibration cycle, the moving object is rotated from the starting point by 270 degrees through the fixed positions of 0.90.180 and 270 degrees and in each determine the values of the horizontal projections of the magnetic field vector;
2) по контрольным значениям горизонтальных проекций определяют коэффициенты коррекции;2) correction factors are determined from control values of horizontal projections;
3) в каждом рабочем цикле измеряют усредненные значения проекций суммарного вектора напряженности магнитного поля Земли и магнитного поля объекта на оси приборной системы координат, а также ускорения силы тяжести;3) in each working cycle measure the average values of the projections of the total vector of the Earth’s magnetic field and the magnetic field of the object on the axis of the instrument coordinate system, as well as the acceleration of gravity;
4) по измеренным значениям проекций, с учетом коэффициентов коррекции, определяют значения горизонтальных проекций векторов напряженности магнитного поля на оси горизонтальной системы координат объекта;4) the measured projection values, taking into account correction factors, determine the horizontal projection values of the magnetic field vectors on the axis of the horizontal coordinate system of the object;
5) по значениям горизонтальных проекций магнитного поля определяют угол направления движения и приращение координат за время рабочего цикла;5) the values of the horizontal projections of the magnetic field determine the angle of the direction of movement and the increment of coordinates during the working cycle;
6) определяют координаты объекта суммированием относительных координат и координат исходной точки;6) determine the coordinates of the object by summing the relative coordinates and the coordinates of the starting point;
7) с учетом координат исходной точки определяют координаты подвижного объекта;7) taking into account the coordinates of the starting point, the coordinates of the moving object are determined;
8) с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС) измеряют координаты объекта, с учетом которых проводят коррекцию относительных координат и координат начальной точки с помощью датчика базовой скорости.8) using satellite radionavigation systems (SRNS) measure the coordinates of the object, taking into account which carry out the correction of the relative coordinates and the coordinates of the starting point using the base speed sensor.
Устройство-прототип, функциональная схема которого приведена на фиг.1, содержит блок датчиков магнитного поля 2, блок датчиков линейного ускорения 1, блок преобразования и усреднения 13, блок расчета горизонтальных проекций магнитного поля 14, блок управления 15, приемник спутниковых радионавигационных систем (СРНС) 6, блок расчета угла 17, первый блок расчета приращения координат 18, первый сумматор 19, второй блок расчета приращения координат 20, блок коррекции 21, блок расчета корректирующих коэффициентов 22, блок умножения 23, второй сумматор 24, датчик перемещения 25, пульт управления 26, блок индикации 16.The prototype device, the functional diagram of which is shown in figure 1, contains a block of
Работа устройства-прототипа основана на комплексной обработке информации, поступающей от автономной навигационной системы магнитного типа и приемника СРНС, входящего в состав устройства.The operation of the prototype device is based on the integrated processing of information received from the autonomous navigation system of the magnetic type and the SRNS receiver, which is part of the device.
Недостатками известного способа и устройства является низкая скорость калибровки в рабочем режиме, при движении подвижного объекта. Кроме того, величина магнитного склонения задается константой и учитывается лишь для отдельной местности, а также при движении с учетом рельефа местности отсутствует перевод величины пройденного пути в проекцию, что приводит с течением времени к быстрому накоплению среднеквадратической ошибки при определении координат.The disadvantages of the known method and device is the low calibration speed in the operating mode, when moving a moving object. In addition, the magnitude of the magnetic declination is set by a constant and is taken into account only for a particular terrain, and when moving taking into account the terrain, there is no translation of the distance traveled into the projection, which leads to the rapid accumulation of the mean square error in determining coordinates over time.
Точность известного способа и устройства снижается также в условиях воздействия внешних паразитных полей от линий электропередач, в зонах магнитных аномалий, влияния магнитных полей соседних объектов и магнитного поля самого объекта, магнитного склонения для отдельной местности, внешних направленных магнитных и электромагнитных факторов воздействия. Также, недостатком известного способа и устройства является низкая функциональная и параметрическая надежность.The accuracy of the known method and device is also reduced under the influence of external spurious fields from power lines, in areas of magnetic anomalies, the influence of magnetic fields of neighboring objects and the magnetic field of the object itself, magnetic declination for a particular area, external directional magnetic and electromagnetic factors. Also, a disadvantage of the known method and device is the low functional and parametric reliability.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа определения местоположения подвижных объектов и комплексированной навигационной системы, использующей магнитную и гироскопическую систему угловой ориентации, с повышенной точностью и достоверностью измерительных характеристик движения и повышенной функциональной и параметрической надежностью в зонах с непредсказуемыми аномальными характеристиками.The problem to which the claimed invention is directed, is to create a method for determining the location of moving objects and an integrated navigation system using a magnetic and gyroscopic angular orientation system, with increased accuracy and reliability of measuring motion characteristics and increased functional and parametric reliability in areas with unpredictable anomalous characteristics .
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого способа и системы, заключается в повышении точности определения координат и измерения угловой ориентации подвижного объекта, повышении оперативности и упрощении калибровки в рабочем режиме, а также в повышении характеристик надежности.The technical result that can be obtained by implementing the proposed method and system consists in increasing the accuracy of determining the coordinates and measuring the angular orientation of the moving object, increasing efficiency and simplifying calibration in the operating mode, as well as improving the reliability characteristics.
Для решения поставленной задачи в способе определения местоположения подвижных объектов, включающем измерение в калибровочном цикле с использованием геомагнитной системы угловой ориентации контрольных значений горизонтальных проекций суммарного вектора напряженности магнитного поля Земли и магнитного поля объекта, измерение усредненных за время рабочего цикла значений проекций ускорения силы тяжести, проекций суммарного вектора напряженности магнитного поля Земли и магнитного поля объекта на оси приборной системы координат, по которым с учетом коэффициентов коррекции, полученных в калибровочном цикле, производят определение значений горизонтальных проекций вектора напряженности магнитного поля Земли на оси горизонтальной системы координат объекта, по которым производят определение угла направления движения, и с учетом приращения пути производят определение приращения координат за время рабочего цикла, по которым с учетом координат начальной точки производят определение координат объекта; кроме того, включающем измерение с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС) координат объекта, по которым в каждом рабочем цикле производят коррекцию относительных координат и координат исходной точки объекта, согласно изобретению в калибровочном цикле формируют оси гироскопической системы угловой ориентации в виде географически ориентированного трехгранника, одна из осей которого лежит в плоскости географического меридиана, другая ось направлена на восток, а третья - совпадает с направлением гравитационного поля силы тяжести; определяют контрольные значения проекций векторов угловой скорости на ортогональные оси приборной системы координат, измеряют усредненные за время рабочего цикла значения проекций векторов угловой скорости на оси сферической системы координат, по которым с учетом коэффициентов коррекций, полученных в калибровочном цикле, определяют значения проекций векторов угловой скорости на оси приборной системы координат, в каждом рабочем цикле производят определение географического азимута направления движения объекта с помощью гироскопической системы угловой ориентации, а также производят определение дирекционных углов направления движения объекта при совместной обработке с помощью геомагнитной, гироскопической и спутниковой систем, по полученным значениям величин кажущихся ускорений движения за время рабочего цикла определяют приращения пути, по полученным ранее значениям горизонтальных проекций напряженности векторов магнитного поля и по значениям проекций векторов угловой скорости определяют координаты подвижного объекта, которые визуально фиксируют на электронной карте в каждом рабочем цикле в реальном времени; одновременно проводят анализ полученных ранее значений координат и дирекционных углов направления движения, по результатам вторичной обработки в автономном сегменте навигационного алгоритма с учетом линейного анализа величины отклонений берут в расчет показания той системы, которая выдает наиболее точные показания в зависимости от текущих внешних воздействий; при этом, процессы и функции, выполняемые вышеописанным навигационным алгоритмом, синхронизируют со шкалой единого времени.To solve the problem in a method for determining the location of moving objects, including measuring in a calibration cycle using a geomagnetic angular orientation system of control values of horizontal projections of the total vector of the Earth’s magnetic field and magnetic field, measuring the values of the projections of gravity acceleration projections averaged over the duration of the working cycle the total vector of the magnetic field of the Earth and the magnetic field of the object on the axis of the instrument coordinate system, which, taking into account the correction coefficients obtained in the calibration cycle, determines the values of the horizontal projections of the Earth's magnetic field vector on the axis of the horizontal coordinate system of the object, which determine the direction of movement, and taking into account the increment of the path, determine the increment of coordinates during the working cycle, according to which, taking into account the coordinates of the starting point, the coordinates of the object are determined; in addition, including the measurement using satellite radio navigation systems (SRNS) of the coordinates of the object, according to which, in each working cycle, the relative coordinates and coordinates of the starting point of the object are corrected, according to the invention, the axes of the gyroscopic system of angular orientation are formed in the calibration cycle in the form of a geographically oriented trihedron, one of whose axes lies in the plane of the geographic meridian, the other axis is directed east, and the third axis coincides with the direction of the gravitational field of force t tin; the control values of the projections of the angular velocity vectors onto the orthogonal axes of the instrument coordinate system are determined, the projections of the angular velocity vectors projected on the axis of the spherical coordinate system averaged over the duration of the working cycle are measured, which, using the correction coefficients obtained in the calibration cycle, determine the values of the projections of the angular velocity vectors on the axis of the instrument coordinate system, in each working cycle determine the geographical azimuth of the direction of movement of the object using gyroscopic system of angular orientation, and also determine the directional angles of the direction of movement of the object during joint processing using geomagnetic, gyroscopic and satellite systems, from the obtained values of the apparent acceleration of movement during the working cycle, determine the increment of the path, previously obtained values of horizontal projections of the magnetic vectors of the magnetic vectors fields and the values of the projections of the angular velocity vectors determine the coordinates of the moving object, which are visually fixed on the electric onnoy map in each operating cycle in real time; at the same time, they analyze the coordinates and directional angles of the direction of movement obtained earlier, according to the results of secondary processing in the autonomous segment of the navigation algorithm, taking into account the linear analysis of the deviations, take into account the readings of the system that gives the most accurate readings depending on the current external influences; at the same time, the processes and functions performed by the above-described navigation algorithm are synchronized with a single time scale.
Причем в способе значения проекций векторов угловой скорости на оси приборной системы координат определяют из системы дифференциальных уравнений движения датчика угловой скорости, при этом преобразование векторов угловой скорости из сферической системы координат в приборную систему координат осуществляют с помощью матрицы перехода; в каждом рабочем цикле принимают дифференциальные поправки от СРНС; синхронизацию со шкалой единого времени осуществляют с помощью передачи один раз в секунду импульсного сигнала, передний фронт которого с высокой точностью соответствует началу секунды единого времени; при определении дирекционных углов направления движения объекта учитывают действующее магнитное склонение конкретно для данной местности; величину приращения пути определяют по полученным значениям величин кажущихся ускорений движения за время рабочего цикла и/или с использованием одометрической системы счисления пути по детерминированному алгоритму расчета пройденного пути.Moreover, in the method, the values of the projections of the angular velocity vectors on the axis of the instrument coordinate system are determined from the system of differential equations of motion of the angular velocity sensor, while the conversion of the angular velocity vectors from the spherical coordinate system to the instrument coordinate system is performed using the transition matrix; in each working cycle, differential corrections from the SRNS are received; synchronization with a single time scale is carried out by transmitting a pulse signal once a second, the leading edge of which with high accuracy corresponds to the beginning of a second of a single time; when determining the directional angles of the direction of movement of the object, the effective magnetic declination is taken into account specifically for a given area; the magnitude of the increment of the path is determined by the obtained values of the apparent acceleration of movement during the working cycle and / or using the odometric number system of the path according to a deterministic algorithm for calculating the distance traveled.
Решение поставленной задачи достигается также тем, что в навигационную систему для определения местоположения подвижных объектов, содержащую блок датчиков линейного ускорения, блок датчиков магнитного поля и приемник спутниковых радионавигационных систем (СРНС), согласно изобретению введены блок датчиков угловой скорости, блок согласования устройств по уровням сигнала, блок хранения времени, датчик перегрузки, блок калибровки и цифровой обработки, блок вычисления и управления, блок счисления пути, цифровой графический дисплей и интерфейс обмена, причем выходы блока датчиков линейного ускорения, блока датчиков магнитного поля и блока датчиков угловой скорости соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока согласования устройств по уровням сигнала, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими входами блока калибровки и цифровой обработки, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими входами блока вычисления и управления, четвертый выход которого соединен с входом интерфейса обмена, выход которого соединен с шестым входом блока вычисления и управления; кроме того, выход блока датчиков линейного ускорения соединен с первым входом блока счисления пути, и через датчик перегрузки - с четвертым входом блока вычисления и управления, первый выход которого соединен с входом блока датчиков угловой скорости, а второй выход блока вычисления и управления соединен с входом приемника СРНС, первый выход которого через блок хранения времени соединен с восьмым входом блока вычисления и управления, а второй выход соединен с седьмым входом блока вычисления и управления, третий выход которого соединен с входом цифрового графического дисплея, а пятый выход блока вычисления и управления соединен со вторым входом блока счисления пути, выход которого соединен с пятым входом блока вычисления и управления.The solution to this problem is also achieved by the fact that in the navigation system for determining the location of moving objects, containing a block of linear acceleration sensors, a block of magnetic field sensors and a receiver of satellite radio navigation systems (SRNS), according to the invention, a block of angular velocity sensors, a block matching devices by signal levels , time storage unit, overload sensor, calibration and digital processing unit, calculation and control unit, path reckoning unit, digital graphic display and inte face exchange, and the outputs of the linear acceleration sensor block, the magnetic field sensor block, and the angular velocity sensor block are connected, respectively, to the first, second, and third inputs of the device matching unit according to signal levels, the first, second, and third outputs of which are connected to the corresponding inputs of the calibration block and digital processing, the first, second and third outputs of which are connected to the corresponding inputs of the calculation and control unit, the fourth output of which is connected to the input of the exchange interface, the output of which connected to the sixth input of the calculation and control unit; in addition, the output of the linear acceleration sensor unit is connected to the first input of the dead reckoning unit, and through the overload sensor, to the fourth input of the calculation and control unit, the first output of which is connected to the input of the angular velocity sensor unit, and the second output of the calculation and control unit is connected to the input SRNS receiver, the first output of which is connected through the time storage unit to the eighth input of the calculation and control unit, and the second output is connected to the seventh input of the calculation and control unit, the third output of which is connected to Odom digital graphic display, and the fifth calculation unit and output control connected to the second input of dead reckoning, an output connected to a fifth input of the computing and control.
При этом в навигационной системе блок вычисления и управления выполнен с возможностью определения координат местоположения, дирекционных углов направления движения, магнитного и географического азимута, дальности и углов до контрольных точек маршрута, пройденного пути и скорости подвижных наземных объектов на основе комплексной обработки информации, поступающей от блоков датчиков линейного ускорения, датчиков магнитного поля и датчиков угловой скорости, а также от приемника СРНС. Блок хранения времени выполнен с возможностью выдачи синхросигналов единого времени, сигналов для синхронизации блоков системы с единым временем, обеспечения постоянной привязки к шкале единого времени и хранения времени с высокой точностью. Блок калибровки и цифровой обработки выполнен с возможностью масштабирования аналоговых сигналов по заданному уровню и аппроксимацией напряжения в двоичный код. Датчик перегрузки выполнен с возможностью выработки цифрового сигнала тревоги (блокировки) для устранения баллистической погрешности второго рода (погрешности ускорения-затухания) блока угловой скорости на время устранения погрешности, а при восстановлении работоспособности - выработки цифрового сигнала разрешения работы.Moreover, in the navigation system, the calculation and control unit is configured to determine the coordinates of the location, directional angles of the direction of movement, magnetic and geographical azimuth, range and angles to the control points of the route, the distance traveled and the speed of moving ground objects based on the integrated processing of information received from the blocks linear acceleration sensors, magnetic field sensors and angular velocity sensors, as well as from the SRNS receiver. The time storage unit is capable of issuing single-time clock signals, signals for synchronizing system units with a single time, providing constant reference to a single time scale, and storing time with high accuracy. The calibration and digital processing unit is configured to scale analog signals at a given level and approximate the voltage into a binary code. The overload sensor is capable of generating a digital alarm (blocking) signal to eliminate the second type of ballistic error (acceleration-attenuation error) of the angular velocity unit for the duration of the error elimination, and when operability is restored, to generate a digital operation permission signal.
Сущность изобретения поясняется с помощью следующих чертежей:The invention is illustrated using the following drawings:
на фиг.2 представлена схема координат подвижного объекта;figure 2 presents the coordinate diagram of a moving object;
на фиг.3 отражена векторная диаграмма перемещения маршрута подвижного объекта с использованием геомагнитной и гироскопической систем угловой ориентации, с коррекцией по спутниковой навигационной системе;figure 3 shows a vector diagram of the movement of the route of a moving object using geomagnetic and gyroscopic systems of angular orientation, corrected by a satellite navigation system;
на фиг.4 представлена блок-схема комплексированной навигационной системы для определения местонахождения подвижного объекта.figure 4 presents a block diagram of an integrated navigation system for determining the location of a moving object.
Предлагаемый способ определения местоположения подвижных объектов заключается в следующем.The proposed method for determining the location of moving objects is as follows.
В начале с помощью СРНС определяют исходные координаты объекта, либо вводят вручную, с помощью топографических карт.At the beginning, using the SRNS, the initial coordinates of the object are determined, or manually entered using topographic maps.
Затем в калибровочном цикле при использовании геомагнитной навигационной системы угловой ориентации определяют контрольные значения горизонтальных проекций суммарного вектора напряженности магнитного поля Земли и магнитного поля объекта.Then, in the calibration cycle using the geomagnetic navigation system of angular orientation, control values of horizontal projections of the total vector of the Earth’s magnetic field strength and the object’s magnetic field are determined.
В калибровочном цикле формируют оси гироскопической системы угловой ориентации в виде географически ориентированного трехгранника, в котором одна ось - лежит в плоскости географического меридиана, другая ось - направлена на восток, а третья ось - совпадает с направлением гравитационного поля силы тяжести.In the calibration cycle, the axes of the gyroscopic system of angular orientation are formed in the form of a geographically oriented trihedron, in which one axis - lies in the plane of the geographical meridian, the other axis - directed east, and the third axis - coincides with the direction of the gravitational field of gravity.
В каждом рабочем цикле с помощью геомагнитной и гироскопической систем угловой ориентации измеряют усредненные за время рабочего цикла значения проекций суммарного вектора напряженности магнитного поля Земли и магнитного поля объекта, значения проекций векторов угловой скорости и значения проекций ускорения силы тяжести на оси приборной системы координат.In each working cycle, using the geomagnetic and gyroscopic systems of angular orientation, the projection values of the projections of the total vector of the Earth's magnetic field and the magnetic field of the object, the projections of the angular velocity vectors and the values of the projections of the acceleration of gravity on the axis of the instrumental coordinate system are measured.
По измеренным значениям вышеуказанных проекций, с учетом коэффициентов коррекции, полученных в калибровочном цикле, определяют значения горизонтальных проекций векторов напряженности магнитного поля на оси горизонтальной системы координат объекта и проекций векторов угловой скорости на оси сферической системы координат.Using the measured values of the above projections, taking into account the correction coefficients obtained in the calibration cycle, the horizontal projections of the magnetic field vectors on the axis of the horizontal coordinate system of the object and the projections of the angular velocity vectors on the axis of the spherical coordinate system are determined.
Измеряют величины кажущихся ускорений движения за время рабочего цикла, по которым, путем интегрального преобразования по времени, вычисляют скорость движения объекта, по которой, путем интегрального преобразования по времени, вычисляют пройденный объектом путь и проекции пути с учетом углов наклона объекта, дирекционных углов и поправки направления движения.The values of the apparent acceleration of movement during the working cycle are measured, by which, by means of an integral transformation in time, the speed of the object is calculated, by which, by means of an integral transformation in time, the path traveled by the object and the projection of the path are calculated taking into account the tilt angles of the object, directional angles and corrections driving directions.
Кроме того, величину приращения пути определяют с использованием одометрической системы счисления пути по детерминированному алгоритму расчета пройденного пути.In addition, the path increment value is determined using the odometric number system of the path using a deterministic algorithm for calculating the distance traveled.
Измеряют географический азимут направления движения объекта с помощью гироскопической системы угловой ориентации, а также осуществляют процесс комплексного измерения азимутального угла направления движения с помощью геомагнитной и гироскопической систем угловой ориентации.The geographical azimuth of the direction of motion of the object is measured using a gyroscopic system of angular orientation, and the process of complex measurement of the azimuthal angle of the direction of motion using geomagnetic and gyroscopic systems of angular orientation is also carried out.
Определяют дирекционные углы и координаты объекта, по которым в каждом рабочем цикле проводят коррекцию относительных координат и координат исходной точки объекта, а так же осуществляют процесс комплексного измерения азимутального угла с помощью СРНС, геомагнитной и гироскопической систем угловой ориентации.The directional angles and coordinates of the object are determined, according to which, in each working cycle, the relative coordinates and coordinates of the object's starting point are corrected, and the process of complex measurement of the azimuthal angle is carried out using the SIRS, geomagnetic and gyroscopic systems of angular orientation.
По значениям горизонтальных проекций векторов напряженности магнитного поля и проекций векторов угловой скорости, определяют углы направления движения с учетом приращения координат за время рабочего цикла, дирекционных углов направления движения, магнитного и географического азимута, пройденного пути и скорости подвижных наземных объектов на основе комплексной обработки информации, поступающей от геомагнитной и гироскопической навигационных систем, а также от приемника СРНС.The values of the horizontal projections of the magnetic field vectors and the projections of the angular velocity vectors determine the angles of the direction of motion, taking into account the increment of coordinates during the working cycle, directional angles of the direction of motion, magnetic and geographical azimuth, distance traveled and speed of moving ground objects based on integrated information processing, coming from geomagnetic and gyroscopic navigation systems, as well as from the receiver SRNS.
С учетом координат исходной точки, определяют координаты подвижного объекта, получаемые от навигационных систем с геомагнитной и гироскопической угловой ориентацией.Given the coordinates of the starting point, determine the coordinates of the moving object obtained from navigation systems with geomagnetic and gyroscopic angular orientation.
Далее, определяют относительные координаты подвижного объекта путем суммирования приращения координат подвижного объекта, измеренных ранее в каждом рабочем цикле.Next, the relative coordinates of the moving object are determined by summing the increment of the coordinates of the moving object, previously measured in each working cycle.
Затем определяют координаты подвижного объекта путем суммирования относительных координат и координат исходной точки.Then determine the coordinates of the moving object by summing the relative coordinates and the coordinates of the starting point.
По текущим значениям координат объекта, которые визуально фиксируются на электронной карте маршрута в реальном времени, оценивают параметрическую надежность системы. В то же время, производят анализ показаний координат, вычисленных на основе значений, полученных от геомагнитной, гироскопической и спутниковой систем, а также дирекционных углов направления движения.The current values of the coordinates of the object, which are visually recorded on the electronic map of the route in real time, evaluate the parametric reliability of the system. At the same time, the coordinates are calculated based on the values obtained from geomagnetic, gyroscopic and satellite systems, as well as directional angles of direction of movement.
По результатам комплексированного алгоритма вторичной обработки в автономном сегменте, который можно классифицировать как детерминированный алгоритм предсказания по одной точке, с учетом линейного анализа величины отклонений берут в расчет показания той системы, которая выдает наиболее точные показания в зависимости от текущих внешних воздействий.According to the results of a complex secondary processing algorithm in an autonomous segment, which can be classified as a single-point deterministic prediction algorithm, taking into account a linear analysis of the deviations, the readings of the system that produces the most accurate readings depending on the current external influences are taken into account.
При этом процессы и функции, выполняемые вышеописанным навигационным алгоритмом, синхронизируют со шкалой единого времени.At the same time, the processes and functions performed by the above-described navigation algorithm are synchronized with a single time scale.
При расхождении значений координат в автономном режиме производится оценка достоверности измерений, определяются зоны магнитных, электромагнитных, ионизационных и гравитационных аномалий. Производится оценка функциональной надежности системы.When the coordinate values diverge in the autonomous mode, the reliability of the measurements is evaluated, the zones of magnetic, electromagnetic, ionization, and gravitational anomalies are determined. The functional reliability of the system is evaluated.
С помощью СРНС измеряют координаты подвижного объекта, с учетом которых проводят коррекцию исходной точки, относительных координат и угловой ориентации объекта.Using SRNS, the coordinates of a moving object are measured, taking into account which the initial point, relative coordinates and the angular orientation of the object are corrected.
При необходимости осуществляют обмен информацией с автоматизированным рабочим местом.If necessary, exchange information with a workstation.
Настоящее изобретение может быть реализовано с помощью устройства, представляющего собой комплексированную навигационную систему, блок-схема которой представлена на фиг.4.The present invention can be implemented using a device representing an integrated navigation system, a block diagram of which is presented in figure 4.
Предлагаемая комплексированная навигационная система для определения местоположения подвижных объектов содержит блок датчиков линейного ускорения 1, блок датчиков магнитного поля 2, блок датчиков угловой скорости 3, блок согласования устройств по уровням сигнала 4, блок хранения времени 5, приемник спутниковых радионавигационных систем (СРНС) 6, в качестве которого может быть использован высокочувствительный спутниковый приемник GPS/Глонасс, датчик перегрузки 7, блок калибровки и цифровой обработки 8, блок вычисления и управления 9, блок счисления пути 10, интерфейс обмена 11 и цифровой графический дисплей 12. При этом выходы блока датчиков линейного ускорения 1, блока датчиков магнитного поля 2 и блока датчиков угловой скорости 3 соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока согласования устройств по уровням сигнала 4, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока калибровки и цифровой обработки 8, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока вычисления и управления 9, четвертый выход которого соединен с входом интерфейса обмена 11, выход которого соединен с шестым входом блока вычисления и управления 9; кроме того, выход блока датчиков линейного ускорения 1 соединен с первым входом блока счисления пути 10, а через датчик перегрузки 7 - с четвертым входом блока вычисления и управления 9, первый выход которого соединен с входом блока датчиков угловой скорости (ДУС) 3, а второй выход соединен с входом приемника СРНС 6, первый выход которого через блок хранения времени 5 соединен с восьмым входом блока вычисления и управления 9, а второй выход приемника СРНС 6 соединен с седьмым входом блока вычисления и управления 9, третий выход которого соединен с входом цифрового графического дисплея 12, а пятый выход блока вычисления и управления 9 соединен со вторым входом блока счисления пути 10, выход которого соединен с пятым входом блока вычисления и управления 9.The proposed integrated navigation system for determining the location of moving objects contains a block of
Работа устройства основана на комплексной обработке информации, поступающей с блока датчиков линейного ускорения 1, блока датчиков магнитного поля 2, блока датчиков угловой скорости 3 и приемника СРНС 6.The operation of the device is based on the integrated processing of information received from the block of
В исходном состоянии блоки датчиков угловой скорости 3 (гироскопической системы угловой ориентации) и датчиков линейного ускорения 1 переходят в режим начальной выставки, причем по таблицам коррекции проводят точную калибровку смещений осей блока датчиков угловой скорости 3.In the initial state, the blocks of angular velocity sensors 3 (gyroscopic system of angular orientation) and
Известно, что северный магнитный полюс в действительности не совпадает с истинным географическим Севером. Истинный географический Север - это ось вращения Земли. В различных точках планеты эта разница, называемая деклинацией λ, может достигать ±25°. Деклинация зависит от географического расположения и определятся из геодезических таблиц. Из вышесказанного видно, что для точного определения направления движения на Север (азимута) при использовании геомагнитной системы угловой ориентации, работающей в автономном режиме, необходимо выполнение двух итераций:It is known that the North Magnetic Pole does not really coincide with the true geographical North. The true geographical North is the axis of rotation of the Earth. At various points on the planet, this difference, called the declination of λ, can reach ± 25 °. The declaration depends on the geographical location and are determined from the geodetic tables. It can be seen from the foregoing that in order to accurately determine the direction of movement to the North (azimuth) when using a geomagnetic angular orientation system operating in an autonomous mode, iteration is necessary to perform two iterations:
1) измерение горизонтальных составляющих магнитного поля Земли на оси приборной системы координат HXM, HYM (при этом нужно учитывать крен объекта);1) measurement of the horizontal components of the Earth’s magnetic field on the axis of the instrument coordinate system H XM , H YM (the roll of the object must be taken into account);
2) добавление или вычитание деклинации λ для коррекции курса на истинный географический Север.2) adding or subtracting the declaration of λ to correct the course to the true geographical North.
При отсутствии приема сигналов СРНС в блок вычисления и управления 9 производится ввод координат начальной точки объекта (начальных координат объекта) X0, Y0 и значение магнитного склонения (поправки направления Δα для данной местности), которые проходят коррекцию в блоке вычисления и управления 9, с применением электронной таблицы коррекции, заложенной в навигационный алгоритм блока вычисления и управления 9.If there is no reception of the SRNS signals in the calculation and
В режиме измерения блок датчиков линейного ускорения 1, блок датчиков магнитного поля 2 и блок датчиков угловой скорости 3 непрерывно формируют на своих выходах аналоговые сигналы, пропорциональные соответствующим значениям проекций векторов HXM суммарного магнитного поля Земли и магнитного поля объекта, проекций векторов ускорения силы тяжести AX, AY, AZ и проекций векторов угловой скорости VX, VY, VZ на оси приборной системы координат OXYZ (фиг.2). Аналоговые сигналы с блоков датчиков 1, 2, 3 поступают соответственно на первый, второй и третий входы блока согласования устройств по уровням сигнала 4, где происходит подавление шумов и нормализация по уровню. Затем с выходов блока 4 аналоговые сигналы поступают соответственно на первый, второй и третий входы блока 8, где проходят отдельную цифровую обработку с последующей дискретизацией с помощью аналого-цифрового преобразователя, который является преобразователем последовательной аппроксимации, которую можно вычислить по формуле:In the measurement mode, the linear
где Ts - период выборки;where T s is the sampling period;
Tb, - временная развертка;T b , - time scan;
NS - умножитель.N S is the multiplier.
Затем скорректированные и оцифрованные значения проекций векторов ускорения силы тяжести , , оцифрованные значения проекций векторов напряженности магнитного поля , , и оцифрованные значения проекций векторов угловой скорости , , c соответствующих выходов блока 8 поступают соответственно на первый, второй и третий входы блока 9, где проводится цифровой расчет горизонтальных проекций векторов магнитного поля Земли HXM, HYM, поступающих с блока 2, расчет проекций векторов ускорения силы тяжести AXM, AYM, AZM, поступающих с блока 1, и проекций векторов угловой скорости ,
Then, the corrected and digitized values of the projections of the gravity acceleration vectors , , digitized projections of the magnetic field vectors , , and digitized projections of angular velocity vectors , , c the corresponding outputs of
поступающих с блока 3. Кроме того, с первого выхода блока 1 аналоговые сигналы поступают на вход блока 7 и первый вход блока 10, с выходов которых сигналы соответственно поступают на четвертый и пятый входы блока 9. При механических перегрузках, возникающих в процессе движения подвижного объекта, сигнал перегрузки с блока 1 поступает на вход датчика перегрузки 7, с выхода которого сигнал поступает на четвертый вход блока 9, с первого выхода которого блокирующий сигнал поступает на вход блока датчиков угловой скорости 3, в результате чего его работа блокируется на время перегрузки. При этом обработка информации о движении подвижного объекта производится с помощью геомагнитной системы угловой ориентации с использованием блоков 1 и 2. По окончании перегрузок с выхода датчика перегрузки 7 сигнал разрешения поступает на четвертый вход блока 9, с первого выхода которого сигнал разрешения работы по блоку 3 поступает на его вход. Одновременно с ускорением объекта измеряют интервал времени движения объекта в блоке 10, в котором измеряется кажущееся ускорение движения, в которое входит ускорение свободного падения; путем интегрирования полученного значения ускорения движения вычисляют скорость, последующим интегрированием скорости определяют пройденный путь. Сигналы коррекции координат подвижного объекта с первого выхода приемника СРНС 6 поступают на вход блока хранения времени 5, с выхода которого сигнал поступает на восьмой вход блока 9, для синхронизации метки времени и обеспечения временной стабильности. Со второго выхода блока 9 сигнал запроса поступает на вход приемника СРНС 6, со второго выхода которого ответный сигнал поступает на седьмой вход блока 9. Для контроля точности расчетов координат и обмена информацией введен блок интерфейса обмена 11, сигнал с выхода которого поступает на шестой вход блока 9, с четвертого выхода которого ответный сигнал поступает на вход интерфейса обмена 11. Сигнал с третьего выхода блока 9 поступает на вход цифрового графического дисплея 12, позволяющего использовать электронные карты для визуального наблюдения и управления работой навигационной системы.coming from
По значениям , , , , , , , , и по значению вычисленного приращения пройденного пути δS, с учетом поправки направления Δα, определяют приращение координат в блоке 9. В блоке 9 определяются приращения пройденного пути δS за каждый рабочий цикл в соответствии с фиг.3. По значениям приращений координат, измеренных в каждом рабочем цикле, определяют относительные координаты ΔX, ΔY в соответствии со значениями исходной точки X0, Y0. При отсутствии приема сигналов СРНС значения относительных координат и координат исходной точки геометрически суммируются в блоке 9, который обеспечивает определение координат с отображением навигационной информации на цифровом графическом дисплее 12.By values , , , , , , , , and from the value of the calculated increment of the traveled path δS, taking into account the correction of the direction Δα, determine the increment of coordinates in
При резком старте или резком торможении объекта кратковременно блок датчиков линейного ускорения 1 переходит в режим ограничения и срабатывает датчик перегрузки 7, сигнал которого приходит на четвертый вход блока 9, где формируется ответный сигнал, который по цепи обратной связи с первого выхода блока 9 поступает на вход блока 3, работа которого блокируется на время действия перегрузки блока 1, по истечении которой подается сигнал разрешения работы с первого выхода блока 9 на вход блока 3. Во время действия блокирующих сигналов осуществляется калибровка блока датчиков угловой скорости 3 в целях устранения ошибок, связанных с погрешностью ускорения-затухания (баллистической погрешностью второго рода). На время блокировки датчиков угловой скорости в блоке 9 осуществляются вычисление приращений координат по значениям HXM, HYM блока датчиков магнитного поля 2. В каждом рабочем цикле блок 9 по значениям горизонтальных проекций HXM, HYM, значениям проекций угловых скоростей значению поправки направления Δα и значению деклинации λ, проводит расчет дирекционного угла α направления движения.With a sharp start or sudden braking of the object, the linear
Блок вычисления и управления 9, работающий в соответствии вышеописанным навигационный алгоритмом, может быть реализован на ПЛИС и процессоре семейства АРМ.The calculation and
Цифровой графический дисплей 12 предназначен для визуального отображения измеряемых параметров на электронных картах в реальном времени, поступающих от СРНС и навигационных систем с гироскопической и магнитной угловой ориентацией, работающих в автономном режиме.Digital
Введение в предлагаемом изобретении операции расчета угловой скорости движения объекта при использовании блока датчиков угловой скорости 3 для ориентации на истинный географический меридиан, введение датчика перегрузки 7, включающего операцию расчета угла по датчикам магнитного типа (вторичной обработки в автономном сегменте), для компенсации погрешностей ДУС (гирокомпаса), возникающих при ускоренном движении объекта, при резком ускорении и резком торможении объекта, связанных с баллистической погрешностью второго рода, или погрешностью ускорения-затухания, операции переориентации гирокомпаса на географический меридиан в случае работ в районе севера, а также вычисления разницы дирекционного угла между магнитным и географическим севером, чтобы в зависимости от ориентации гирокомпаса (север-юг), компенсировать угловую разницу (деклинацию λ≈±11,5°). Введение интерфейса обмена 11 позволяет организовать связь с автоматизированным рабочим местом, а с помощью блока хранения времени 5 обеспечивают стабилизированную секундную метки (временную стабильность), интегрируя кажущееся ускорение по времени, вычисляют скорость движения объекта и последующим интегрированием скорости определяют пройденный объектом путь посредством блока 10. Блок счисления пути может быть реализован на контроллерах серии МК с возможностью подключения дополнительных одометрических датчиков и акселерометров.The introduction in the present invention of the operation of calculating the angular velocity of an object when using the angular
Все вышеупомянутое позволяет обеспечивать повышенную точность и достоверность определения координат объекта в сравнении с прототипом.All of the above allows you to provide increased accuracy and reliability of determining the coordinates of the object in comparison with the prototype.
Это достигается, тем что:This is achieved by:
1. Определение относительных координат проводится на основе комплексной обработки информации с учетом ее достоверности, поступающей с навигационных систем с геомагнитной и гироскопической угловой ориентации, работающих в автономном режиме, и СРНС. При этом, с одной стороны, обеспечивается учет систематических погрешностей автономной навигационной системы, с другой стороны, - геомагнитная автономная система позволяет скомпенсировать погрешности гирокомпаса, т.к датчики магнитного поля не реагируют на инерционные составляющие движения подвижного объекта.1. The determination of relative coordinates is carried out on the basis of integrated processing of information, taking into account its reliability, coming from navigation systems with geomagnetic and gyroscopic angular orientations, operating in standalone mode, and SRNS. At the same time, on the one hand, the systematic errors of the autonomous navigation system are taken into account, and on the other hand, the geomagnetic autonomous system allows you to compensate for the gyrocompass errors, because the magnetic field sensors do not respond to the inertial components of the movement of a moving object.
2. Обеспечивается постоянная работа устройства, не требующая необходимости проведения отдельного калибровочного цикла, это достигается за счет введения датчика перегрузки 7, который реагирует на избыточный сигнал, полученный с блока 1, и вырабатывает логический сигнал, который поступает на блок 9, а затем с его выхода сигнал поступает в блок 3 и отключает его на время погашения возбуждающих сил инерции, в течение которых производится калибровка блока 3. По окончании калибровки блока 3 в блоке 9 формируется управляющий сигнал для переключения режима работы с блока 2 на блок 3.2. The continuous operation of the device is ensured, which does not require the need for a separate calibration cycle, this is achieved by introducing an
Блоки датчиков 1 и 3 могут быть реализованы, например, на микросхемах типа ADIS16355, представляющих собой точно выровненные по осям и откалиброванные по смещению и чувствительности устройства.The sensor blocks 1 and 3 can be implemented, for example, on microcircuits of the ADIS16355 type, which are precisely aligned along the axes and calibrated by the offset and sensitivity of the device.
Блок датчиков магнитного поля 2 может быть реализован, например, на микросхеме типа MMC212×MG фирмы MEMSIC.The block of
В качестве датчика перегрузки может быть использован компаратор, с обратной связью и pic-микроконтроллер.As an overload sensor, a comparator with feedback and a pic microcontroller can be used.
3. Введенный блок хранения времени 5 производит синхронизацию секундной метки по времени, полученной от приемника СРНС 6, и в автономном режиме обеспечивает временную стабильность системы, что повышает точность расчета пути и определения координат. В качестве блока хранения времени можно использовать, например, прецизионный кварцевый генератор с двойным термостатированием.3. The introduced
4. Введение интерфейса обмена 11 обеспечивает информационный обмен с автоматизированным рабочим местом.4. The introduction of the
5. Введение цифрового графического дисплея 12 позволяет использовать электронные карты, вести наблюдение в виде графиков, а также позволяет производить визуальный контроль работы навигационной системы.5. The introduction of a digital
В сравнении с прототипом, который требует проведение вынужденного калибровочного цикла, в связи с чем была необходима остановка работы устройства, в предлагаемом изобретении обеспечивается непрерывная работа системы за счет взаимозаменяемости автономных навигационных систем. Коррекция относительных координат и координат исходной точки производится как от спутниковой навигационной системы, так и от автономных навигационных систем. Кроме повышения точности следует отметить более высокую параметрическую и функциональную надежность и устойчивость работы предлагаемой системы, особенно в условиях воздействия помех, в районах магнитных аномалий, в зонах неустойчивого приема сигналов СРНС и т п. Использование в качестве приемника СРНС высокочувствительного спутникового приемника GPS/Глонасс 6 обеспечивает начальную привязку исходной точки без участия оператора.Compared with the prototype, which requires a forced calibration cycle, and therefore it was necessary to stop the operation of the device, in the present invention provides continuous operation of the system due to the interchangeability of autonomous navigation systems. Correction of the relative coordinates and the coordinates of the starting point is made both from the satellite navigation system and from autonomous navigation systems. In addition to increasing accuracy, it is worth noting the higher parametric and functional reliability and stability of the proposed system, especially under the influence of interference, in areas of magnetic anomalies, in areas of unstable reception of SRNS signals, etc. The use of a highly sensitive GPS /
Все вышеперечисленное позволяет обеспечивать решение задач, на которые направлено заявляемое изобретение.All of the above allows you to provide a solution to the problems to which the claimed invention is directed.
Рассмотрим векторную диаграмму перемещения маршрута подвижного объекта, с использованием гироскопической и магнитной навигационных систем, с коррекцией по спутниковой навигационной системе, представленную на фиг.3, где обозначено:Consider a vector diagram of the moving route of a moving object, using gyroscopic and magnetic navigation systems, corrected by the satellite navigation system, presented in figure 3, where it is indicated:
- RO - координаты исходной точки;- RO - coordinates of the starting point;
- RD - приращение автономных координат за один цикл измерений;- RD - increment of autonomous coordinates for one measurement cycle;
- RT - смещение координат относительно исходной точки;- RT - coordinate offset relative to the starting point;
- RC - текущие координаты объекта (результат вычислений при совместной обработке);- RC - the current coordinates of the object (the result of calculations during joint processing);
- RG - координаты полученные от спутниковой навигационной системы;- RG - coordinates received from the satellite navigation system;
- RS - координаты не участвующие в расчетах координат объекта;- RS - coordinates not involved in the calculation of the coordinates of the object;
- SS - максимально допустимый коэффициент ошибки (если превышает, то вводится фильтрация).- SS - maximum permissible error coefficient (if it exceeds, then filtering is introduced).
В исходной точке Ro производится калибровка и начальная выставка навигационных систем с использованием корректирующих поправок от СРНС. В первом цикле приращений автономных координат измерений фиксируются координаты, получаемые от трех навигационных систем. В этом пункте визуально демонстрируется точность работы комплексированной системы. Во втором цикле в результате воздействия экстремальных сил инерции, возникающих в процессе движения подвижного объекта (пробуксовка, резкое торможение, ускорение и т.д.), гироскопическая система дает погрешности (которые могут укладываться в допустимые пределы погрешности расчета). В этом случае наиболее точные результаты получаются от магнитной навигационной системы. Третий цикл демонстрирует адекватную работу комплексированной системы с хорошими точностными характеристиками. В четвертом цикле система фиксирует зону аномалий (геомагнитной, электромагнитной и т.д.), где магнитная система дает ошибку, выходящую за пределы допуска, и координаты в автономном режиме оцениваются по гироскопической навигационной системе. Таким образом, обеспечивается параметрическая надежность предложенной навигационной системы. При сбое или отказе одной из систем функциональная надежность обеспечивается другой навигационной системой.At the starting point Ro, the calibration and initial exhibition of navigation systems are performed using corrective corrections from the SRNS. In the first cycle of increments of the autonomous measurement coordinates, the coordinates obtained from three navigation systems are fixed. This paragraph visually demonstrates the accuracy of the integrated system. In the second cycle, as a result of the influence of extreme inertia forces arising in the process of moving a moving object (slipping, sudden braking, acceleration, etc.), the gyroscopic system gives errors (which can fit into the allowable limits of calculation errors). In this case, the most accurate results are obtained from the magnetic navigation system. The third cycle demonstrates the adequate operation of an integrated system with good accuracy characteristics. In the fourth cycle, the system fixes the zone of anomalies (geomagnetic, electromagnetic, etc.), where the magnetic system gives an error that is outside the tolerance, and the coordinates in the autonomous mode are estimated by the gyroscopic navigation system. Thus, the parametric reliability of the proposed navigation system is provided. In the event of a failure or failure of one of the systems, functional reliability is provided by another navigation system.
Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа.Consider an example of the implementation of the proposed method.
Предварительно, до начала режима навигационных измерений, проводится калибровочный цикл, в котором измеряют значения горизонтальных проекций магнитного поля HXM, HYM в четырех ориентациях эллипса, соответствующих направлениям 0, 90, 180, и 270 градусов.Previously, before the start of the navigation measurement mode, a calibration cycle is carried out in which the horizontal projections of the magnetic field H XM , H YM are measured in four ellipse orientations corresponding to the
В исходном пункте с использованием блоков 1, 2, 3 производится измерение значений проекций AX, AY, AZ ускорения силы тяжести, проекций HXM, HYM суммарного вектора напряженности МПЗ и паразитного магнитного поля подвижного объекта и проекций VX, VY, VZ угловых скоростей на ортогональные оси приборной системы координат подвижного объекта. Оси приборной системы координат (см. фиг.2) скорректированы следующим образом. Ось OY направлена вдоль оси подвижного объекта по направлению его движения, ось ОХ - вдоль поперечной оси подвижного объекта (ПО), а ось OZ - вдоль его вертикальной оси.At the starting point, using
Обозначим показания датчиков блоков 1, 2, 3 соответственно , , и , , и , , . Проекции , , , вектора магнитного поля Н, проекции , , вектора кажущегося ускорения А и проекции , , угловой скорости V на оси приборной системы координат вычисляются из показаний блоков датчиков 1, 2 и 3 следующим образом:Denote the readings of the sensors of the
Входящие в эти формулы смещения нулей ΔHK, ΔAK ΔVK блоков датчиков 1, 2, 3, а также их масштабные множители PHK, PAK, PVK находятся в процессе начальной калибровки блока датчиков. Кроме того, параметры ΔHK, PHK, PVK могут уточняются и изменяться в процессе устранения девиации.The zero offsets ΔH K , ΔA K ΔV K of the sensor blocks 1, 2, 3 included in these formulas, as well as their scale factors P HK , P AK , P VK are in the process of initial calibration of the sensor block. In addition, the parameters ΔH K , P HK , P VK can be refined and changed in the process of eliminating deviation.
Блоки датчиков 1, 2, 3 закреплены на подвижном объекте так, что ось OZ направлена ортогонально плоскости основания объекта, а ось OY расположена параллельно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось объекта.The sensor blocks 1, 2, 3 are fixed on the movable object so that the OZ axis is directed orthogonal to the plane of the base of the object, and the OY axis is parallel to the vertical plane passing through the longitudinal axis of the object.
Известно, что гироскопическая система угловой ориентации не оценивает внешние воздействующие факторы, являясь инерциальной системой, которая не требует преобразования измеряемых величин, тогда как для определения магнитного курса подвижного объекта из приборной системы координат необходимо синтезировать вспомогательную систему координат для того, чтобы достоверно оценить магнитное поле Земли, которое действует в данной точке, на подвижный наземный объект OXMYMZM (Фиг 2), ось OZM которой направлена вертикально, а ось OYM - горизонтально в направлении движения. Проекции HXM, HYM, HZM напряженности магнитного поля на оси этой системы координат вычисляются с помощью матрицы С перехода от системы координат OXYZ к OXMYMZM:It is known that the gyroscopic system of angular orientation does not evaluate external influencing factors, being an inertial system that does not require conversion of the measured values, while to determine the magnetic course of a moving object from the instrument coordinate system, it is necessary to synthesize an auxiliary coordinate system in order to reliably estimate the Earth's magnetic field which acts at a given point on a moving ground object OX M Y M Z M (Fig. 2), the axis OZ M of which is directed vertically and the axis OY M is horizontally in direction of movement. The projections H XM , H YM , H ZM of the magnetic field on the axis of this coordinate system are calculated using the matrix C of the transition from the coordinate system OXYZ to OX M Y M Z M :
Элементы строк матрицы С совпадают с компонентами ортов iM, jM, kM в системе координат OXYZ.The elements of the rows of the matrix C coincide with the components of the unit vectors i M , j M , k M in the coordinate system OXYZ.
Вектор кажущегося ускорения А, измеряемый акселерометрами, складывается из вектора истинного ускорения относительно земной поверхности и вектора - g (минус g), где g - ускорение свободного падения. Орт, направленный по оси OZM, может быть определен выражением:The apparent acceleration vector A, measured by accelerometers, consists of the true acceleration vector relative to the earth's surface and the vector g (minus g), where g is the acceleration of gravity. The unit vector directed along the axis OZ M can be defined by the expression:
где - величина вектора А.Where is the magnitude of the vector A.
Компоненты вектора iM в приборной системе координат находим из условия перпендикулярности к вертикальной плоскости, проходящей через приборную ось OY:The components of the vector i M in the instrument coordinate system are found from the condition of perpendicularity to the vertical plane passing through the instrument axis OY:
Для вектора jM получаем:For the vector j M we get:
Таким образом, матрица С имеет вид:Thus, the matrix C has the form:
Определим горизонтальные составляющие вектора напряженности магнитного поля.We determine the horizontal components of the magnetic field vector.
Магнитный азимут направления движения (магнитный курс) объекта αm определяется этими составляющими следующим образом:The magnetic azimuth of the direction of motion (magnetic course) of the object α m is determined by these components as follows:
Географический азимут направления движения (истинный курс) объекта определяется следующим образом.The geographic azimuth of the direction of motion (true course) of an object is determined as follows.
Используя математический аппарат сферической тригонометрии, можно записать первую группу алгоритмов для азимутального ориентирования объектов в виде:Using the mathematical apparatus of spherical trigonometry, we can write the first group of algorithms for azimuthal orientation of objects in the form:
где α - азимутальный угол между приборной осью Y и плоскостью географического меридиана;where α is the azimuthal angle between the instrument axis Y and the plane of the geographic meridian;
µ - угол между осью Y и линией пересечения экваториальной плоскости с плоскостью горизонта;µ is the angle between the Y axis and the line of intersection of the equatorial plane with the horizon plane;
ω - угловая скорость вращения Земли;ω is the angular velocity of the Earth;
φ0 - широта местонахождения;φ 0 - latitude of location;
t - время движения ДУС, измеряемое с момента начальной выставки;t is the time of movement of the CRS, measured from the moment of the initial exhibition;
Δω, Δλ - приращение координат по широте и долготе. Представленные алгоритмы соответствуют случаю, когда одна из осей гироскопа первоначально выставляется по вертикали места. При этом первый алгоритм используется для азимутального определения осей неподвижного объекта, а второй для подвижного объекта. При произвольной Δφ0 и начальной Δλ0 выставке осей параметры свободного движения ДУС будут отличаться от рассмотренных случаев угловыми параметрами. Определение угловых параметров при произвольной Δφ0 и начальной Δλ0 выставке осей осуществляется непосредственно перед азимутальным ориентированием объектов по алгоритму:Δω, Δλ - increment of coordinates in latitude and longitude. The presented algorithms correspond to the case when one of the axes of the gyroscope is initially aligned vertically. In this case, the first algorithm is used for azimuthal determination of the axes of a stationary object, and the second for a moving object. For an arbitrary Δφ 0 and initial Δλ 0 exhibition of axes, the parameters of the TLS free motion will differ from the cases considered by the angular parameters. The determination of the angular parameters for an arbitrary Δφ 0 and initial Δλ 0 exhibition of axes is carried out immediately before the azimuthal orientation of objects according to the algorithm:
Тогда угловое положение ψ линий осей ДУС (при неподвижном основании) относительно плоскости меридиана может быть вычислено по алгоритму:Then the angular position ψ of the lines of the TLS axes (with the base stationary) relative to the plane of the meridian can be calculated by the algorithm:
При азимутальном ориентировании подвижных объектов алгоритм вычисления ψ угла имеет вид:With the azimuthal orientation of moving objects, the algorithm for calculating the angle ψ has the form:
Вторая группа алгоритмов азимутального ориентирования объектов с учетом дрейфа реального гироскопа может быть получена из системы дифференциальных уравнений движения ДУС:The second group of algorithms for azimuthal orientation of objects, taking into account the drift of a real gyroscope, can be obtained from the system of differential equations of motion of the TLS:
где VX, Vy, VZ - угловые скорости вращения гироскопа относительно осей географической системы координат;where V X , V y , V Z - the angular velocity of rotation of the gyroscope relative to the axes of the geographical coordinate system;
Mx, My - известные возмущающие моменты;M x , M y - known disturbing moments;
Н - кинетический момент скорости, необходимый для получения силы Кориолиса во время вращения.H is the kinetic moment of speed necessary to obtain the Coriolis force during rotation.
Полученная система после линеаризации должна быть решена в отклонениях осей реального гироскопа от осей идеального (невозмущаемого) гироскопа:The resulting system after linearization should be solved in the deviations of the axes of a real gyroscope from the axes of an ideal (unperturbed) gyroscope:
где ψH, θH - расчетные угловые положения угловых осей и вертикальной оси вращения ДУС относительно географической системы координат;where ψ H , θ H are the calculated angular positions of the angular axes and the vertical axis of rotation of the TLS relative to the geographical coordinate system;
Δφ, Δθ - отклонения осей реального гироскопа относительно осей идеального гироскопа, которые уточняются (корректируются) при периодических проверках одновременно с определением переменных коэффициентов уравнений.Δφ, Δθ are the deviations of the axes of a real gyroscope relative to the axes of an ideal gyroscope, which are specified (corrected) during periodic checks simultaneously with the determination of variable coefficients of the equations.
Линейная система дифференциальных уравнений в отклонениях для реального гироскопа на основе системы (5) может быть записана в виде:A linear system of differential equations in deviations for a real gyroscope based on system (5) can be written in the form:
где коэффициенты:where the coefficients:
Датчики линейных ускорений ориентированы по осям приборной системы координат OXYZ. Преобразование векторов из сферической систему координат в приборную осуществляется с помощью матрицы перехода:Linear acceleration sensors are oriented along the axes of the instrument coordinate system OXYZ. The transformation of vectors from a spherical coordinate system to the instrument is carried out using the transition matrix:
Система линеаризованных уравнений (19) решается итеративными методами, основанными на разностных схемах, в реальном времени.The system of linearized equations (19) is solved by iterative methods based on difference schemes in real time.
Совокупность всех частных решений или сочетания отдельных из них позволяет получить набор алгоритмов решения задач азимутального ориентирования для самых различных ситуаций.The totality of all particular solutions or a combination of individual ones allows you to get a set of algorithms for solving azimuthal orientation problems for a wide variety of situations.
Для определения дирекционного угла α необходимо учесть значение поправки направления Δα, которая равна сумме магнитного склонения θ, аппаратурной поправки ΔαA, вызванной отклонением оси OY блока 2 от продольной оси и деклинации ±λ.To determine the directional angle α, it is necessary to take into account the value of the directional correction Δα, which is equal to the sum of the magnetic declination θ, the hardware correction Δα A , caused by the deviation of the axis OY of
Текущие координаты объекта при совместной (комплексной) обработке находятся в соответствии с фиг 3:The current coordinates of the object during joint (complex) processing are in accordance with Fig 3:
Суммируя приращения координат в течение одного цикла измерений, получают значения текущих координат объекта:Summing up the increment of coordinates during one measurement cycle, the values of the current coordinates of the object are obtained:
Среднеквадратическая погрешность SA координат, рассчитанных в автономном режиме, линейно увеличивается на каждом шаге вычисленийThe root-mean-square error S A of the coordinates calculated in the autonomous mode linearly increases at each step of the calculations
где δS - ожидаемая ошибка приращений координат на одном шаге вычислений.where δS is the expected error of the increment of coordinates at one step of the calculations.
В отсутствие сигналов СРНС расчет координат в каждом автономном цикле производится в соответствии с выражением:In the absence of SRNS signals, the coordinates in each autonomous cycle are calculated in accordance with the expression:
При этом оценочное значение среднеквадратической ошибки увеличивается в соответствии с (24). При получении координат XR и YR от СРНС рассчитанные ранее относительные координаты ΔXT, ΔYT и координаты , начальной точки уточняются в соответствии с формулами:In this case, the estimated value of the mean square error increases in accordance with (24). Upon receipt of the coordinates X R and Y R from the SRNS, the previously calculated relative coordinates ΔX T , ΔY T and coordinates , starting points are specified in accordance with the formulas:
Элементы K1 и K2 матрицы усиления вычисляются следующим образом:The elements K 1 and K 2 of the gain matrix are calculated as follows:
где Pij - элементы корреляционной матрицы ошибок экстраполяции Р. Эта матрица обновляется в каждом цикле обработки результатов наблюдения (при получении координат XR, YR от СРНС) в соответствии с формулой:where P ij are the elements of the correlation matrix of the extrapolation errors P. This matrix is updated in each cycle of processing the observation results (upon receipt of the coordinates X R , Y R from the SRNS) in accordance with the formula:
Дисперсия DA приращений автономных координат в период между последними двумя посылками СРНС определяется как , после чего величина SA обнуляется. Для вычислений по формуле (28) необходимо задать матрицу Р в начальный момент времени. Начальное значение P=P0 определяется величиной дисперсии D0 координат начальной точки в момент старта:The dispersion D A of the increments of the autonomous coordinates in the period between the last two packages of the SRNS is defined as after which the value of S A is reset. For calculations by formula (28), it is necessary to specify the matrix P at the initial instant of time. The initial value P = P 0 is determined by the dispersion value D 0 of the coordinates of the starting point at the time of start:
Эта дисперсия зависит от условий начала движения.This dispersion depends on the conditions of the beginning of motion.
Описанный алгоритм обеспечивает надежную работу системы как при наличии, так и в отсутствии СРНС-посылок. Если сигналов от СРНС не поступает, координаты рассчитываются в автономном сегменте с соответствующим постепенным накоплением ошибок. При поступлении радионавигационной информации даже после длительного периода работы в автономном режиме, как следует из (13)-(15), происходит довольно быстрое уточнение координат и уменьшение их среднеквадратической погрешности. При дальнейшей совместной работе автономная аппаратура фактически осуществляет сглаживание в динамическом режиме координат от СРНС, тем самым делая их более точными. Отдельные заведомо ложные грубые скачки СРНС-координат в таком режиме могут быть просто отброшены. Собственная же ошибка автономных систем в этом случае (за время нескольких циклов) является совсем незначительной.The described algorithm ensures reliable operation of the system both in the presence and in the absence of SRNS packages. If there are no signals from the SRNS, the coordinates are calculated in the autonomous segment with the corresponding gradual accumulation of errors. Upon receipt of radionavigation information, even after a long period of operation in the autonomous mode, as follows from (13) - (15), the coordinates are rather quickly refined and their root-mean-square error decreases. With further joint work, the autonomous equipment actually performs smoothing in the dynamic mode of coordinates from the SRNS, thereby making them more accurate. Separate deliberately false rough jumps of the SRNS coordinates in this mode can simply be discarded. Own error of autonomous systems in this case (during several cycles) is very insignificant.
Как уже отмечалось, погрешности определения координат при длительной работе аппаратуры в автономном режиме во многом зависят от выбора правильных значений путевого множителя KS и поправки направления Δα. Дополнительная информация от приемника СРНС позволяет проводить непрерывную коррекцию этих параметров во время движения. Для этого формируются два массива одинаковой фиксированной длины, в которых хранятся результаты выборочных 10-20 последних измерений координат приемником СРНС и автономной аппаратурой. Выборка требуется для того, чтобы длина участка, на котором производится сравнение координат, значительно превышала ошибку измерений СРНС. Запись очередных точек в эти массивы производится одновременно при условии, что нет резкого скачка координат от приемника СРНС, и расстояние до предыдущей точки (по автономным вычислениям) составляет не менее 10 метров. Перед записью очередной точки производится сравнение приращений координат от начальной до конечной точки обоих массивов. Обозначим LR и LA - расстояние в метрах между первой и последней точками соответственно для СРНС и автономных массивов. Если разность этих расстояний по абсолютной величине не превосходит ожидаемой допустимой ошибки и LA>(100÷200) м, производится плавная коррекция параметров KS и Δα по формулам:As already noted, the errors in determining the coordinates during long-term operation of the equipment in stand-alone mode largely depend on the choice of the correct values of the path factor K S and the direction correction Δα. Additional information from the SRNS receiver allows continuous correction of these parameters during movement. For this, two arrays of the same fixed length are formed, in which the results of selective 10-20 last coordinate measurements by the SRNS receiver and autonomous equipment are stored. The sample is required so that the length of the plot on which the coordinates are compared significantly exceeds the error of the SRNS measurements. The recording of the next points in these arrays is carried out simultaneously, provided that there is no sharp jump in the coordinates from the receiver of the SRNS, and the distance to the previous point (according to autonomous calculations) is at least 10 meters. Before recording the next point, a comparison of the increments of the coordinates from the start to the end point of both arrays is performed. Let L R and L A be the distance in meters between the first and last points, respectively, for the SRNS and autonomous arrays. If the difference of these distances in absolute value does not exceed the expected permissible error and L A > (100 ÷ 200) m, the parameters K S and Δα are smoothly corrected using the formulas:
где δα - угол в градусах между направлениями от первой до последней точки соответственно для СРНС и автономных массивов,where δα is the angle in degrees between the directions from the first to the last point, respectively, for SRNS and autonomous arrays,
QS и Qα - параметры фильтрации, определяемые опытным путем.Q S and Q α are the filtration parameters determined experimentally.
Процедура вычисления скорости по данным продольного ускорения выполняется в блоке вычислителя и управления 9 специальной программой. В качестве численного метода интегрирования используется метод Симпсона, общая формула которого:The procedure for calculating the speed according to the longitudinal acceleration data is performed in the calculator and
а и b - нижний и верхний пределы соответственно;a and b are the lower and upper limits, respectively;
n - четное число равноотстоящих по времени отсчетов.n is an even number of equally spaced samples in time.
Калибровку в рабочем режиме проводят в случае выявления погрешностей, связанных с баллистической погрешностью второго порядка, или погрешностью ускорения-затухания. При этом гирокомпас блокируется сигналом перегрузки, зависящим от значения момента сил инерции. Инерционная девиация проявляется в форме затухающих колебаний после окончания маневра подвижного объекта (курсом и/или скоростью).Calibration in the operating mode is carried out in case of detection of errors associated with a second-order ballistic error, or an acceleration-damping error. In this case, the gyrocompass is blocked by an overload signal, which depends on the value of the moment of inertia forces. Inertial deviation manifests itself in the form of damped oscillations after the end of the maneuver of a moving object (course and / or speed).
Наибольшее значение инерционная погрешность первого рода имеет в момент окончания маневра, инерционная погрешность второго рода достигает наибольшей величины после окончания маневра. Совокупность перечисленных выше погрешностей образует суммарную погрешность гирокомпаса, подразделяемую на систематическую и случайную составляющую. Также калибровку проводят при возникновении других погрешностей, связанных с внешними аномальными факторами окружающей среды. Предусматривается взаимозаменяемость датчиков в процессе работы, например блока датчиков угловой скорости на блок датчиков магнитного поля Земли и/или наоборот. Так в случае отказа одних датчиков система проводит измерение по другим датчикам, обеспечивается постоянный рабочий режим системы, тем самым повышается ее оперативность, а также функциональная надежность.The inertial error of the first kind is of greatest importance at the time of the end of the maneuver; the inertial error of the second kind reaches its greatest value after the end of the maneuver. The combination of the above errors forms the total error of the gyrocompass, subdivided into a systematic and random component. Calibration is also carried out in case of other errors associated with external abnormal environmental factors. Interchangeability of sensors is envisaged during operation, for example, a block of angular velocity sensors on a block of sensors of the Earth's magnetic field and / or vice versa. So in the event of a failure of some sensors, the system measures by other sensors, a constant operating mode of the system is ensured, thereby increasing its efficiency, as well as functional reliability.
Из вышесказанного следует, что использование в предлагаемом способе комплексной обработки информации с помощью геомагнитной и гироскопической навигационных систем позволяет обнаруживать и исключать ошибки приемника СРНС, а также выполняет функцию фильтра, резко уменьшающего случайные некоррелированные между собой ошибки отдельных измерений. Кроме того, такие навигационные системы могут работать самостоятельно при невозможности приема сигналов СРНС.From the foregoing, it follows that the use in the proposed method of integrated information processing using geomagnetic and gyroscopic navigation systems allows to detect and eliminate errors of the SRNS receiver, and also acts as a filter that sharply reduces random non-correlated errors of individual measurements. In addition, such navigation systems can operate independently if it is impossible to receive SRNS signals.
В свою очередь, информация от приемника СРНС позволяет отфильтровать ошибки измерений геомагнитной и гироскопической навигационных систем, в том числе вызванные кратковременным воздействием паразитных внешних магнитных полей, и дает возможность автоматически корректировать настраиваемые параметры комплексированной навигационной системы - поправку направления DAp, коэффициент пути Ks и деклинацию ±λ. При совместной обработке информации недостатки обеих систем взаимно компенсируются, и работа комплекса является более устойчивой по отношению к внешним воздействиям.In turn, the information from the SRNS receiver allows you to filter out measurement errors of geomagnetic and gyroscopic navigation systems, including those caused by short-term exposure to spurious external magnetic fields, and makes it possible to automatically adjust the tuned parameters of the integrated navigation system - direction correction DAp, path coefficient Ks and declination ± λ. In the joint processing of information, the shortcomings of both systems are mutually compensated, and the complex is more stable with respect to external influences.
Таким образом, в предлагаемом способе введение комплексной обработки информации с подвижных объектов с использованием геомагнитной и гироскопической систем угловой ориентации, а также приемника СРНС позволяет повысить достоверность оценки местоположения объекта и оценить параметрическую надежность системы.Thus, in the proposed method, the introduction of integrated processing of information from moving objects using geomagnetic and gyroscopic systems of angular orientation, as well as the receiver SRNS can improve the reliability of assessing the location of the object and evaluate the parametric reliability of the system.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2082098 "Способ комплексирования инерциальных навигационных систем и комплектированная навигационная система", 2007 г.1. RF patent No. 2082098 "A method for integrating inertial navigation systems and a complete navigation system", 2007
2. Патент РФ №2098764 "Способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации", 1997 г.2. RF patent No. 2098764 "Method for determining the location of moving objects and a device for its implementation", 1997
3. Патент РФ №2334198 "Способ инерциальной навигации и устройство для его осуществления", 2008 г.3. RF patent No. 2334198 "Inertial navigation method and device for its implementation", 2008
4. Патент РФ №2202102 "Способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации", 2003 г.4. RF patent No. 2202102 "Method for determining the location of moving objects and a device for its implementation", 2003
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009122850/28A RU2395061C1 (en) | 2009-06-15 | 2009-06-15 | Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009122850/28A RU2395061C1 (en) | 2009-06-15 | 2009-06-15 | Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2395061C1 true RU2395061C1 (en) | 2010-07-20 |
Family
ID=42686056
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009122850/28A RU2395061C1 (en) | 2009-06-15 | 2009-06-15 | Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2395061C1 (en) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2443978C1 (en) * | 2010-10-07 | 2012-02-27 | Андрей Александрович Крутских | Method of determining spatial coordinates of mobile objects and integrated navigation system for realising said method |
RU2445576C1 (en) * | 2010-10-18 | 2012-03-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of determining position of ground-based mobile objects |
RU2446410C1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-03-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method of angular orientation of object by signals of satellite radio-navigation systems |
RU2463560C1 (en) * | 2011-05-17 | 2012-10-10 | Открытое акционерное общество "Раменский приборостроительный завод" (ОАО "РПЗ") | Navigation system |
RU2529016C1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-09-27 | Андрей Викторович Тельный | Method of locating mobile object in navigation measurements |
RU2603821C2 (en) * | 2015-04-27 | 2016-11-27 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" | Multifunctional navigation system for moving ground objects |
RU2634071C1 (en) * | 2016-11-08 | 2017-10-23 | Сергей Анатольевич Черенков | Method for determining navigational parameters and strapdown inertial navigation system for its implementation |
RU2644632C1 (en) * | 2016-11-03 | 2018-02-13 | Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") | Small-sized navigational complex |
RU182513U1 (en) * | 2017-12-01 | 2018-08-21 | Андрей Викторович Тельный | A device for integrating navigation information of satellite navigation systems (options) |
CN108958269A (en) * | 2018-10-09 | 2018-12-07 | 南京景曜智能科技有限公司 | A kind of inertial navigation magnetic stripe hybrid navigation AGV system |
RU2680091C1 (en) * | 2017-12-20 | 2019-02-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) | Global navigation satellite systems signals simulators calibration method |
RU2697859C1 (en) * | 2018-10-03 | 2019-08-21 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method for determining location of a ground mobile object |
CN111854752A (en) * | 2019-04-30 | 2020-10-30 | 意法半导体公司 | Dead reckoning by determining misalignment angle between moving direction and sensor traveling direction |
RU2738342C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-12-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." | Method for independent orientation of mobile object using inertial measuring module |
RU2773872C2 (en) * | 2020-12-07 | 2022-06-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Odometric navigation system |
CN116280295A (en) * | 2023-03-31 | 2023-06-23 | 中国科学院力学研究所 | Ultra-high-speed fine sighting control release separation system and control method |
-
2009
- 2009-06-15 RU RU2009122850/28A patent/RU2395061C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БАБИЧ О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991, с.6-8. * |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2443978C1 (en) * | 2010-10-07 | 2012-02-27 | Андрей Александрович Крутских | Method of determining spatial coordinates of mobile objects and integrated navigation system for realising said method |
RU2445576C1 (en) * | 2010-10-18 | 2012-03-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of determining position of ground-based mobile objects |
RU2446410C1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-03-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method of angular orientation of object by signals of satellite radio-navigation systems |
RU2463560C1 (en) * | 2011-05-17 | 2012-10-10 | Открытое акционерное общество "Раменский приборостроительный завод" (ОАО "РПЗ") | Navigation system |
RU2529016C1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-09-27 | Андрей Викторович Тельный | Method of locating mobile object in navigation measurements |
RU2603821C2 (en) * | 2015-04-27 | 2016-11-27 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" | Multifunctional navigation system for moving ground objects |
RU2644632C1 (en) * | 2016-11-03 | 2018-02-13 | Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") | Small-sized navigational complex |
RU2634071C1 (en) * | 2016-11-08 | 2017-10-23 | Сергей Анатольевич Черенков | Method for determining navigational parameters and strapdown inertial navigation system for its implementation |
RU182513U1 (en) * | 2017-12-01 | 2018-08-21 | Андрей Викторович Тельный | A device for integrating navigation information of satellite navigation systems (options) |
RU2680091C1 (en) * | 2017-12-20 | 2019-02-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) | Global navigation satellite systems signals simulators calibration method |
RU2697859C1 (en) * | 2018-10-03 | 2019-08-21 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method for determining location of a ground mobile object |
CN108958269A (en) * | 2018-10-09 | 2018-12-07 | 南京景曜智能科技有限公司 | A kind of inertial navigation magnetic stripe hybrid navigation AGV system |
CN108958269B (en) * | 2018-10-09 | 2024-01-19 | 南京景曜智能科技有限公司 | Inertial navigation magnetic stripe hybrid navigation AGV system |
CN111854752A (en) * | 2019-04-30 | 2020-10-30 | 意法半导体公司 | Dead reckoning by determining misalignment angle between moving direction and sensor traveling direction |
RU2738342C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-12-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." | Method for independent orientation of mobile object using inertial measuring module |
RU2773872C2 (en) * | 2020-12-07 | 2022-06-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Odometric navigation system |
RU2800846C1 (en) * | 2022-11-28 | 2023-07-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of autonomous inertial orientation of moving objects |
CN116280295A (en) * | 2023-03-31 | 2023-06-23 | 中国科学院力学研究所 | Ultra-high-speed fine sighting control release separation system and control method |
CN116280295B (en) * | 2023-03-31 | 2023-09-05 | 中国科学院力学研究所 | Ultra-high-speed fine sighting control release separation system and control method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2395061C1 (en) | Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end | |
US8005635B2 (en) | Self-calibrated azimuth and attitude accuracy enhancing method and system (SAAAEMS) | |
US8311757B2 (en) | Miniaturized smart self-calibration electronic pointing method and system | |
US9541392B2 (en) | Surveying system and method | |
US6459990B1 (en) | Self-contained positioning method and system thereof for water and land vehicles | |
Ladetto et al. | Digital magnetic compass and gyroscope integration for pedestrian navigation | |
US10704902B2 (en) | Surveying pole | |
CN103674034B (en) | Multi-beam test the speed range finding revise robust navigation method | |
EP3460399A1 (en) | Methods, apparatuses, and computer programs for estimating the heading of an axis of a rigid body | |
Iozan et al. | Using a MEMS gyroscope to measure the Earth’s rotation for gyrocompassing applications | |
CN110057356B (en) | Method and device for positioning vehicles in tunnel | |
Zhou et al. | Low-cost INS/GPS with nonlinear filtering methods | |
Park et al. | MEMS 3D DR/GPS integrated system for land vehicle application robust to GPS outages | |
CN102116634A (en) | Autonomous dimensionality reduction navigation method for deep sky object (DSO) landing detector | |
US20140249750A1 (en) | Navigational and location determination system | |
Ladetto et al. | Digital magnetic compass and gyroscope for dismounted soldier position & navigation | |
RU2443978C1 (en) | Method of determining spatial coordinates of mobile objects and integrated navigation system for realising said method | |
Yang et al. | Application of adaptive cubature Kalman filter to in-pipe survey system for 3D small-diameter pipeline mapping | |
Guangcai et al. | An iterative Doppler velocity log error calibration algorithm based on Newton optimization | |
Reddy et al. | Advanced navigation system for aircraft applications | |
US10006770B2 (en) | Remote location determination system | |
RU2277696C2 (en) | Integrated satellite inertial-navigational system | |
RU2308681C1 (en) | Gyroscopic navigation system for movable objects | |
RU2539131C1 (en) | Strapdown integrated navigation system of average accuracy for mobile onshore objects | |
RU2202102C2 (en) | Procedure establishing positions of mobile objects and device for its realization |