RU2419072C2 - Simulation method of motion trajectories of air objects - Google Patents
Simulation method of motion trajectories of air objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419072C2 RU2419072C2 RU2009120762/28A RU2009120762A RU2419072C2 RU 2419072 C2 RU2419072 C2 RU 2419072C2 RU 2009120762/28 A RU2009120762/28 A RU 2009120762/28A RU 2009120762 A RU2009120762 A RU 2009120762A RU 2419072 C2 RU2419072 C2 RU 2419072C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- segments
- segment
- trajectory
- coordinate
- section
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к локационной технике и может быть использовано в тренажерах подготовки операторов локационных станций, а также для функционально-диагностического контроля локационных систем.The invention relates to location technology and can be used in training simulators for operators of location stations, as well as for functional diagnostic monitoring of location systems.
Известен способ имитации траекторий движения воздушных объектов [1], который осуществляется путем ручного ввода начальных полярных координат объекта в виде пеленга П0, дальности d0, курса kоб и начальной скорости νоб и последующего автоматического формирования траектории движения в виде отрезка прямой, исходящего из точки (П0; d0) в направлении kоб. Сигнал к началу маневра (поворота) поступает синхронно с вводом нового курса движения kоб и скорости объекта νоб к моменту выхода на новый курс. В результате выполняется имитация поворота путем сопряжения двух прямолинейных разнонаправленных участков движения дугой окружности, радиус которой определяется скоростью изменения курса ωк, которая также задается в момент начала маневра.A known method of simulating the trajectories of motion of air objects [1], which is carried out by manually entering the initial polar coordinates of the object in the form of bearing P 0 , range d 0 , course k about and the initial speed ν about and the subsequent automatic formation of the trajectory of motion in the form of a straight line, outgoing from the point (P 0 ; d 0 ) in the direction of k about . The signal to the beginning of the maneuver (turn) arrives synchronously with the introduction of a new course of movement k about and the speed of the object ν about at the time of entering a new course. As a result, rotation is simulated by pairing two rectilinear multidirectional sections of motion with an arc of a circle whose radius is determined by the rate of change of the course ω k , which is also set at the moment the maneuver begins.
Данный способ осуществляется в известном устройстве тренажера (фиг.1) операторов РЛС [1], содержащем пульт преподавателя 1, предназначенный для набора параметров движения объекта в виде цифровых кодов, первый выход которого соединен с первым входом преобразователя координат 2, предназначенного для вычисления текущих координат при имитации движения воздушного объекта, а второй выход - с первым входом сглаживающего блока 3, превращающего скачки курса и скорости движущегося объекта в плавное движение по дуге окружности, второй вход которого соединен с первым выходом преобразователя координат 2, выход сглаживающего блока 3 соединен со вторым входом преобразователя координат 2; второй выход преобразователя координат 2 соединен со входом пульта оператора 4 со встроенным выносным панорамным индикатором для слежения и вычисления координат объекта.This method is carried out in a known simulator device (Fig. 1) of radar operators [1], containing a teacher’s
Известному способу присущи следующие два основных недостатка. С одной стороны, это нереальная имитация траектории движения с учетом кинематики маневра воздушного объекта, когда объект (его пилот) испытывает мгновенное воздействие перегрузки вследствие скачка центробежной силы Fц=mυ2/R (m и υ - соответственно масса и скорость воздушного объекта), который неизбежно возникает при переходе с траектории движения по прямой с радиусом кривизны R→∞ на траекторию движения с конечным радиусом Rокр. С другой стороны, имитируемая траектория является плоскостной кривой, все точки которой расположены на некоторой условно заданной высоте над поверхностью земли, что не характерно для реальных полетов воздушных объектов в трехмерном пространстве.The known method has the following two main disadvantages. On the one hand, this is an unrealistic simulation of the trajectory, taking into account the kinematics of the maneuver of an air object, when the object (its pilot) experiences instantaneous overload due to a jump in the centrifugal force F c = mυ 2 / R (m and υ are the mass and speed of the air object, respectively), which inevitably arises during the transition from a motion path in a straight line with a radius of curvature R → ∞ to a motion path with a finite radius R okr . On the other hand, the simulated trajectory is a plane curve, all points of which are located at some conditionally specified height above the earth's surface, which is not typical for real flights of air objects in three-dimensional space.
Недостатком устройства тренажера является также приблизительное задание значений параметров движения по переходной кривой и ограниченные точностные возможности наложения на первичную радиолокационную обстановку вторичной имитируемой информации.The disadvantage of the simulator device is also the approximate setting of the values of the motion parameters along the transition curve and the limited accuracy of the possibility of imposing secondary simulated information on the primary radar situation.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства имитации траекторий движения воздушных объектов с расчетом на формирование наиболее реалистичной трассы полета в трехмерном воздушном пространстве без скачков скорости и ускорения, а также обеспечение более эффективного функционально-диагностического контроля аппаратуры РЛС, повышение качества подготовки операторов.The aim of the invention is to expand the functionality of the device simulating the trajectories of airborne objects with the expectation of the formation of the most realistic flight paths in three-dimensional airspace without jumps in speed and acceleration, as well as providing more efficient functional diagnostic monitoring of radar equipment, improving the quality of training of operators.
Поставленная цель достигается тем, что в способе и устройстве имитации траекторий движения воздушных объектов предлагается путем ручного ввода задавать координаты опорных точек траектории движения с указанием скоростей полета в этих точках и автоматически производить расчет уравнений движения по трем координатам x(t), y(t), z(t) и скорости ϑ(t) непосредственно после ввода исходных данных на рабочем месте оператора 5 (которое заменяет пульт преподавателя), выполненном на основе PC-подобного персонального компьютера, затем передавать коэффициенты указанных уравнений движения в блок расчета координат 6 (который заменяет сглаживающий блок), реализованный в виде модуля ADP24PCI на основе сигнального процессора 1892ВМ2Т производства ГУП НПЦ «ЭЛВИС», вход которого соединен с выходом рабочего места оператора 5 (фиг.2), а в последствии в нем в ответ на запрос информации о текущем положении объекта, поступающий через интерфейс внешних запросов, вычислять его декартовы координаты и конвертировать их в полярную систему в преобразователе координат 7, вход которого соединен с выходом блока расчета координат 6, а выход служит выходом устройства, путем подстановки параметра времени t в уравнения движения, соответствующие преодолеваемому в момент t участку траектории, а для этого предлагается представлять траекторию движения воздушного объекта состоящей из элементарных сегментов в виде отрезков прямых, сопряжение которых при значении угла между ними φ<90° производится с исключением скачков скорости и ускорения согласующими участками в виде дуги окружности и двух сегментов кубических парабол, на которых радиус кривизны Rк плавно меняется от бесконечного в точках стыка с прямолинейными участками до радиуса согласования Rc в точках стыка с участком в виде дуги окружности или с исключением участка в виде дуги окружности при значении угла между согласуемыми отрезками прямых φ≥90°.This goal is achieved by the fact that in the method and device for simulating the trajectories of motion of air objects, it is proposed by manually entering the coordinates of the reference points of the motion path with an indication of the flight speeds at these points and automatically calculate the equations of motion in three coordinates x (t), y (t) , z (t) and speed ϑ (t) immediately after entering the initial data at the operator’s workplace 5 (which replaces the teacher’s console) made on the basis of a PC-like personal computer, then transmit the coefficient nts of the indicated equations of motion to coordinate calculation block 6 (which replaces the smoothing block), implemented as an ADP24PCI module based on the 1892ВМ2Т signal processor manufactured by GUP SPC “ELVIS”, the input of which is connected to the output of the operator’s workstation 5 (Fig. 2), and later in it, in response to a request for information about the current position of the object coming through the external query interface, calculate its Cartesian coordinates and convert them into a polar system in coordinate converter 7, the input of which is connected to the output of the calculation unit and
На начальном участке переходной кривой траектория сопряжения отрезков прямых воспроизводится сегментом кубической параболы y=х3/6q с радиусом кривизныIn the initial section of the transition curve, the conjugation trajectory of line segments is reproduced by the segment of the cubic parabola y = x 3 / 6q with the radius of curvature
обеспечивающим плавный (без скачков скорости и ускорения) переход с прямолинейного участка при х=0 и Rк=∞ на начало второго участка с минимальным радиусом кривизны Rк=Rmin. providing a smooth (without jumps in speed and acceleration) transition from a straight section at x = 0 and R k = ∞ to the beginning of the second segment with a minimum radius of curvature R k = R min .
При значении угла между двумя отрезками прямых, определяющих направление прямолинейных движений, φ<90° траектория сопряжения двух отрезков прямых последовательно делится на три участка: сегмент кубической параболы, участок дуги окружности с радиусом Rmin и третий участок в виде сегмента кубической параболы с плавным изменением радиуса кривизны Rк от значения Rк=Rmin до Rк=∞. При φ≥90° траектория сопряжения двух отрезков прямых состоит из двух сегментов кубических парабол с плавным уменьшением для первого сегмента радиуса кривизны Rк от значения Rк=∞ до Rc=Rк в точке стыка и последующим увеличением для второго сегмента Rк от значения Rc до Rк=∞.If the angle between the two line segments defining the direction of rectilinear movements is φ <90 °, the conjugation path of the two line segments is successively divided into three sections: a segment of a cubic parabola, a section of a circular arc with a radius of R min and a third section in the form of a segment of a cubic parabola with a smooth change the radius of curvature R k from the value of R k = R min to R k = ∞. At φ≥90 °, the conjugation path of two line segments consists of two segments of cubic parabolas with a smooth decrease for the first segment of the radius of curvature R к from the value of R к = ∞ to R c = R к at the junction and subsequent increase for the second segment R к from the values of R c to R k = ∞.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства имитации траекторий движения (прототипа), состоящего из пульта преподавателя 1, преобразователя координат 2, сглаживающего блока 3 и пульта оператора 4.Figure 1 presents a structural diagram of a device for simulating motion trajectories (prototype), consisting of a
На фиг.2 представлена структурная схема заявляемого устройства, состоящая из рабочего места оператора 5, блока расчета координат 6 и преобразователя координат 7.Figure 2 presents the structural diagram of the inventive device, consisting of a workplace of the
Принцип работы заявляемого способа и устройства может быть показан следующим образом.The principle of operation of the proposed method and device can be shown as follows.
Оператор выбирает из функционального меню на рабочем месте преподавателя режим создания файла имитируемой воздушной обстановки и задает траекторию движения воздушных объектов с помощью «мыши» и клавиатуры. Один из вариантов реализации функционального меню приведен в [2; 3].The operator selects the mode of creating a simulated air situation file from the functional menu at the teacher’s workplace and sets the trajectory of the movement of air objects using the mouse and keyboard. One of the options for implementing the functional menu is given in [2; 3].
Траектория движения воздушного объекта рассматривается как участок плавной (без изломов) пространственной кривой, протяженный во времени с момента начала движения T0 до момента его завершения TL, образующийся при фиксации координат объекта в каждый момент времени при отсутствии в его движении скачков скорости и ускорения. Такая кривая задается набором опорных вершин {Mn(xn, yn, zn)} ломаной линии, очерчивающей траекторию движения объекта (фиг.3) [4].The trajectory of the movement of an air object is considered as a section of a smooth (without kinks) spatial curve, extended in time from the moment T 0 begins to move until its completion T L , which is formed when the coordinates of the object are fixed at each time point in the absence of speed and acceleration jumps in its movement. Such a curve is defined by the set of support vertices {M n (x n , y n , z n )} of the broken line outlining the trajectory of the object (Fig. 3) [4].
Ввод точек Mn осуществляется в естественном для оператора виде {Mn(xn, yn, hn)}, когда в качестве третьей координаты выступает высота hn воздушного объекта над поверхностью Земли (фиг.4).The input of points M n is carried out in a natural form for the operator {M n (x n , y n , h n )}, when the height h n of an air object above the Earth's surface acts as the third coordinate (Fig. 4).
Последующий расчет кинематики движения выполняется с использованием прямоугольной системы координат, в которой оси OX, OY и OZ попарно перпендикулярны и величина zn выражается через высоту hn следующим образом:The subsequent calculation of the kinematics of motion is performed using a rectangular coordinate system in which the axes OX, OY and OZ are pairwise perpendicular and the value z n is expressed in terms of height h n as follows:
где - радиус Земли.Where is the radius of the earth.
Величины xn и yn также задаются оператором относительно поверхности Земли, однако не подвергаются преобразованиям вследствие их незначительного несоответствия координатам в выбранной прямоугольной системе XYZ.The values x n and y n are also set by the operator relative to the surface of the Earth, however, they are not subjected to transformations due to their insignificant discrepancy with the coordinates in the selected rectangular system XYZ.
Для каждой точки Mn задается не только ее пространственное положение относительно некоторой выбранной прямоугольной системы координат (центром которой может случить антенна РЛС), но также и значение линейной скорости движения объекта νn. Траектория движения объекта повторяет опорную ломаную линию, совпадая с ней лишь в центральных участках отрезков MnMn+1. Излом опорной линии должен быть сглажен путем правильного подбора трассы маневра, учитывающей максимальную переносимую пилотом перегрузку. Вследствие этого, воздушный объект никогда не окажется ни в одной из точек Mn, за исключением первой и последней. Поэтому величина νn трактуется как скорость, которую имеет объект в момент выхода с переходной кривой на прямолинейный участок MnMn+1.For each point M n, not only its spatial position relative to some selected rectangular coordinate system (the center of which the radar antenna can happen) is set, but also the value of the linear velocity of the object ν n . The trajectory of the object repeats the reference broken line, coinciding with it only in the central sections of the segments M n M n + 1 . The kink of the reference line should be smoothed out by the correct selection of the maneuver route, taking into account the maximum overload tolerated by the pilot. As a result, an airborne object will never be at any of the points M n , except for the first and last. Therefore, the value of ν n is interpreted as the speed that the object has at the moment of exit from the transition curve to the straight section M n M n + 1 .
Заявляемое устройство осуществляет расчет координат (х, y, z) положения объекта в заданный момент времени t∈[Т0; TL] и формирует на выходе сигналы, соответствующие значениям координат.The inventive device calculates the coordinates (x, y, z) of the position of the object at a given point in time t∈ [T 0 ; T L ] and generates at the output signals corresponding to the coordinate values.
С этой целью траектория движения представляется состоящей из отрезков прямых линий и участков маневрирования (фиг.3), таких что каждый участок маневрирования может быть адекватно представлен совокупностью двух ветвей кубической параболы, сопряженных между собой дугой окружности (если угол φn между направлениями и острый) или совмещенных непосредственно (если угол φn прямой или тупой).To this end, the trajectory of motion is represented by segments of straight lines and maneuvering sections (Fig. 3), such that each maneuvering section can be adequately represented by a combination of two branches of a cubic parabola, interconnected by an arc of a circle (if the angle φ n between the directions and acute) or combined directly (if the angle φ n is straight or obtuse).
Таким образом, вся траектория делится на смежные сегменты трех типов: прямолинейные (DS), параболические (PS) и круговые (RS). Чередование сегментов происходит, как правило, циклически в порядке: К→DS→PS→RS→PS→К, однако в некоторых конкретных случаях сегменты DS и RS могут исключаться. При этом выбор граничных точек сегментов производится так, чтобы обеспечить плавную линию движения объекта без скачков скорости и ускорения.Thus, the entire trajectory is divided into adjacent segments of three types: rectilinear (DS), parabolic (PS) and circular (RS). The alternation of segments occurs, as a rule, cyclically in the order: K → DS → PS → RS → PS → K, however, in some specific cases, the DS and RS segments can be excluded. In this case, the selection of the boundary points of the segments is made so as to ensure a smooth line of movement of the object without jumps in speed and acceleration.
Для каждого из трех типов сегментов траектории сформулирован закон движения, позволяющий определить пространственное положение объекта, а также его радиальную скорость в заданный момент времени t. Каждый из трех законов применим только для своего типа сегмента и имеет в своей математической записи как постоянные во времени коэффициенты, так и параметры, зависящие от t. Поэтому перед расчетом положения объекта на траектории в рамках данного сегмента постоянные коэффициенты вычисляются на рабочем месте оператора 5 и заносятся в память ЭВМ. Такая операция проводится для каждого сегмента, в результате чего формируется основная расчетная таблица.For each of the three types of segments of the trajectory, a law of motion is formulated, which allows one to determine the spatial position of the object, as well as its radial velocity at a given point in time t. Each of the three laws is applicable only for its type of segment and has in its mathematical notation both time-constant coefficients and parameters depending on t. Therefore, before calculating the position of the object on the trajectory within the given segment, constant coefficients are calculated at the operator’s
где Tн и Tк - моменты времени начала и окончания движения объекта по сегменту, которые позволяют идентифицировать именно тот сегмент, по которому перемещается объект в момент времени t;where T n and T to are the moments of the beginning and end of the movement of the object along the segment, which allow us to identify exactly the segment along which the object moves at time t;
ω - угловая скорость;ω is the angular velocity;
ε - угловое ускорение.ε is the angular acceleration.
Величины ω и ε определены только для криволинейных сегментов траектории.The values of ω and ε are determined only for curved segments of the trajectory.
Для расчета радиальной скорости и координат объекта в заданный момент времени знание величин, взятых из столбца таблицы, для которого выполняется условие Tн≤t<Тк, является достаточным.To calculate the radial velocity and coordinates of the object at a given point in time, knowledge of the values taken from the column of the table for which the condition T n ≤t <T k is satisfied is sufficient.
2. Расчетные формулы для определения координат объекта в заданный момент времени t2. The calculation formulas for determining the coordinates of the object at a given point in time t
2.1 Прямолинейные сегменты траектории2.1 Rectilinear path segments
Для прямолинейных сегментов расчет текущих значений координат и радиальной скорости выполняется по формулам:For straight segments, the calculation of the current values of coordinates and radial velocity is performed according to the formulas:
Значения коэффициентов таблицы 1 для формул (1a)-(1г) принимаются следующими:The values of the coefficients of table 1 for formulas (1a) - (1g) are taken as follows:
Здесь:Here:
Δx01=xn-xn-1, Δy01=yn-yn-1, Δz01=zn-zn-1- расстояние от точки Mn-1 до точки Mn в проекции на оси х, y и z соответственно.Δx 01 = x n -x n-1 , Δy 01 = y n -y n-1 , Δz 01 = z n -z n-1 is the distance from the point M n-1 to the point M n in the projection on the x axis, y and z, respectively.
- расстояние от точки Mn-1 до точки Mn. - the distance from the point M n-1 to the point M n .
Аналогично:Similarly:
Δx02=xn+1-xn, Δy02=yn+1-yn, Δz02=zn+1-zn - расстояние от точки Mn до точки Mn+1 в проекции на оси х, y и z соответственно.Δx 02 = x n + 1 -x n , Δy 02 = y n + 1 -y n , Δz 02 = z n + 1 -z n is the distance from the point M n to the point M n + 1 in the projection on the x axis, y and z, respectively.
- расстояние от точки Mn до точки Mn+1. - the distance from the point M n to the point M n + 1 .
- угол между направлениями движения. - the angle between the directions of motion.
Величины и Rmin определяются в зависимости от характера переходной кривой на предшествующем участке поворота (соответствующем т. Mn-1) и влияют на вид траектории, огибающей точку Mn. Поскольку отрезок ломаной линии Mn-1Mn является для двух рассматриваемых участков общим и длина его ограничена, радиус кривизны поворота (с учетом максимальной переносимой перегрузки) вблизи т. Mn подбирается таким, что точка начала переходной кривой не заходит за точку и не оказывается ближе нее к вершине Mn-1 (см. фиг.5).Quantities and R min are determined depending on the nature of the transition curve in the previous section of the rotation (corresponding to the so-called M n-1 ) and affect the shape of the path enveloping the point M n . Since the segment of the broken line M n-1 M n is common for the two sections under consideration and its length is limited, the radius of curvature of rotation (taking into account the maximum tolerated overload) near t. M n is selected such that the starting point of the transition curve does not go beyond the point and does not appear closer to the vertex M n-1 (see Fig. 5).
Во избежание разрыва траектории расчет производится следующим образом. Сначала определяется максимальная скорость из двух заданных номинальных скоростей в точках Mn-1 и Mn: ϑmax=max(ϑn-1, ϑn). Затем выбирается номинальный (комфортный) уровень перегрузки, выраженный в числе ускорений свободного падения, например nц_ном=0,1, и вычисляется минимальный радиус кривизны поворота по формуле:To avoid discontinuity of the trajectory, the calculation is as follows. First, the maximum speed is determined from two given nominal speeds at points M n-1 and M n : ϑ max = max (ϑ n-1 , ϑ n ). Then the nominal (comfortable) level of overload is selected, expressed as the number of accelerations of gravity, for example, n c_nom = 0.1, and the minimum radius of curvature of rotation is calculated by the formula:
Номинальному значению минимального радиуса кривизны соответствует величина :The nominal value of the minimum radius of curvature corresponds to :
При значении Sb, равном , возможна ситуация, проиллюстрированная фиг.5б. Для ее исключения осуществляется проверка условий:When the value of S b equal to , a situation illustrated in figb. To exclude it, the following conditions are checked:
. .
Если оба условия выполняются, то Rmin и Sb принимаются равными Rmin_ном и соответственно, иначе расчет производится следующим образом:If both conditions are satisfied, then R min and S b are taken equal to R min_nom and accordingly, otherwise the calculation is as follows:
, ,
. .
Резервирование участка отрезка длиной S21/2 позволяет получить заявленный результат. Если в ходе дальнейших вычислений окажется, что поворот на опорной точке Mn+1 задан более крутым и для его осуществления требуется участок , больший чем S21/2, то в этом случае недостаток пространства для маневра компенсируется более резким поворотом с увеличением перегрузки.Section reservation length S 21/2 allows you to get the declared result. If in the course of further calculations it turns out that the rotation at the reference point M n + 1 is set steeper and its implementation requires a section greater than S 21/2 , then in this case the lack of space for maneuver is compensated by a sharper turn with an increase in overload.
Величина K(φn), использованная при расчете , показывает расстояние от точки Mn до ближайшего края прямолинейного отрезка движения, выраженное в числе Rmin. The value of K (φ n ) used in the calculation , shows the distance from the point M n to the nearest edge of the rectilinear motion segment, expressed as R min.
2.2 Переходная кривая2.2 Transition curve
На участке траектории от точки до точки при каждой вершине Mn опорной ломаной линии объект движется по переходной кривой. Она, как было условлено, может быть представлена совокупностью двух ветвей параболы, которые стыкуются между собой при φn≥90°, а при φn<90° - совмещаются посредством дуги окружности. При движении объекта по сегменту кубической параболы воспроизведение текущих значений координат в функции времени производится замещением дуги кубической параболы дугой окружности, совмещенной с ней в трех точках, с представлением значений координаты x через параметрическое представление координаты x(t) окружности и выражением значений координаты y(t) через координату x(t) в соответствии с уравнением кубической параболы. На фиг.6 представлены оба вида сопряжения: двухсегментное (а) и трехсегментное (б).On the trajectory from the point to the point at each vertex M n of the reference polyline, the object moves along a transition curve. As agreed, it can be represented by a combination of two parabola branches that are joined together at φ n ≥90 °, and at φ n <90 ° - they are combined using an arc of a circle. When an object moves along a segment of a cubic parabola, the current coordinate values are reproduced as a function of time by replacing the arc of the cubic parabola with an arc of a circle combined with it at three points, with the representation of the x coordinate values through the parametric representation of the x coordinate (t) of the circle and the expression of the y coordinate coordinates (t ) through the coordinate x (t) in accordance with the equation of the cubic parabola. Figure 6 shows both types of pairing: two-segment (a) and three-segment (b).
В обоих случаях переходная кривая симметрична относительно биссектрисы угла φn и не образует изломов в точках совмещения сегментов.In both cases, the transition curve is symmetric with respect to the bisector of the angle φ n and does not form kinks at the points where the segments coincide.
Расчет кинематики движения объекта на параболическом участке траектории осуществляется путем замены ветки параболы дугой окружности, которая совмещается с параболой в крайних точках и посередине. Однако перерасчет координат происходит таким образом, что объект не отклоняется от заданной параболой траектории. Такой результат достигается путем расчета координаты x положения объекта на круговой траектории и последующей ее подстановкой в выражение для вычисления координаты у принадлежащей параболе точки.The calculation of the kinematics of the object’s movement on a parabolic section of the trajectory is carried out by replacing the parabola branch with an arc of a circle, which is combined with the parabola at the extreme points and in the middle. However, the coordinates are recalculated in such a way that the object does not deviate from the path defined by the parabola. This result is achieved by calculating the x coordinate of the position of the object on a circular path and then substituting it into the expression for calculating the coordinate of the point belonging to the parabola.
Расчет движения объекта на каждом таком сегменте осуществляется в локальной, связанной с ним системе координат. Эта система выбирается для целого участка маневра (поворота) с прилегающими к траектории виража участками прямолинейного движения.The calculation of the movement of an object on each such segment is carried out in a local coordinate system associated with it. This system is selected for a whole section of maneuver (turn) with sections of rectilinear motion adjacent to the bend trajectory.
Переходная кривая лежит в плоскости Mn-1MnMn+1, и естественную систему координат, в которой переходная кривая имеет простейший вид, составляют ось O'X', совпадающая с вектором и перпендикулярная ей ось O'Y', направленная в сторону движения объекта (фиг.7). Началом координат служит точка Ma, в которой начинается переход на криволинейный участок.The transition curve lies in the plane M n-1 M n M n + 1 , and the natural coordinate system in which the transition curve has the simplest form is the O'X 'axis, which coincides with the vector and the axis O'Y 'perpendicular to it, directed towards the movement of the object (Fig.7). The origin is the point M a at which the transition to the curved section begins.
Траектория движения, рассчитанная в локальной системе координат, затем переводится в единые для всей траектории координаты (система XYZ, в которой заданы опорные точки). Для этого рассчитываются коэффициенты преобразования координат (направляющие косинусы осей). Для начального участка переходной кривой (до биссектрисы угла φn):The trajectory of motion calculated in the local coordinate system is then translated into coordinates uniform for the entire trajectory (XYZ system, in which reference points are specified). For this, the coordinate transformation coefficients (directing cosines of the axes) are calculated. For the initial section of the transition curve (to the bisector of the angle φ n ):
Для расчета движения по конечному участку переходной кривой (за биссектрисой угла φn) этот фрагмент траектории подвергается дополнительным аффинным преобразованиям, поэтому коэффициенты преобразования координат для него другие:To calculate the motion along the final section of the transition curve (behind the bisector of the angle φ n ), this fragment of the trajectory undergoes additional affine transformations, therefore, the coordinate transformation coefficients are different for it:
2.2.1 Круговые сегменты2.2.1 Circular segments
Круговой сегмент добавляется в переходную кривую при малых углах поворота (φn<90°) для того, чтобы не допустить значительное удаление от вершины Mn точки стыка Mc двух параболических сегментов (фиг.8).The circular segment is added to the transition curve at small rotation angles (φ n <90 °) in order to prevent a significant distance from the vertex M n of the junction point M c of two parabolic segments (Fig. 8).
Движение по круговому сегменту рассчитывается по формулам:The movement in a circular segment is calculated by the formulas:
гдеWhere
Значения используемых коэффициентов те же, что и для прямолинейного участка.The values of the coefficients used are the same as for the straight section.
2.2.2 Параболические сегменты2.2.2 Parabolic segments
Для параболических сегментов применяются следующие расчетные формулы:For parabolic segments, the following calculation formulas apply:
гдеWhere
Значения коэффициентов для параболических участков различаются для начального и конечного участка переходной кривой, а также зависят от метода ее построения (двух- или трехсегментный).The values of the coefficients for parabolic sections differ for the initial and final sections of the transition curve, and also depend on the method of its construction (two- or three-segment).
Для φn≥90° определены следующие вспомогательные величины:For φ n ≥90 ° the following auxiliary quantities are determined:
- отношение радиуса окружности, замещающей кубическую параболу, к минимальному радиусу кривизны Rmin:- the ratio of the radius of the circle replacing the cubic parabola to the minimum radius of curvature R min :
; ;
- максимальное перемещение по параболе:- maximum movement along the parabola:
- угол между осью O'Y' и радиус-вектором от центра замещающей окружности до точки выхода на переходную кривую (Ma):- the angle between the axis O'Y 'and the radius vector from the center of the replacement circle to the transition point (M a ):
. .
Расчет кинематики движения сопровождается проверкой перегрузок, которые неизбежно возникают при перемещении объекта по криволинейному участку траектории (будь то круговой или параболический сегмент). Для этого вычисляется максимальное центростремительное ускорение:Calculation of the kinematics of movement is accompanied by verification of overloads that inevitably arise when an object moves along a curved section of the trajectory (whether it is a circular or parabolic segment). For this, the maximum centripetal acceleration is calculated:
. .
Для вычисления линейного ускорения рассчитывается общий пройденный путь по траектории, огибающей вершину Mn (переходная кривая и предшествующий ей участок прямолинейного движения):To calculate the linear acceleration, the total distance traveled along the path enveloping the peak M n (transition curve and the preceding portion of the rectilinear motion) is calculated:
гдеWhere
. .
Испытываемая объектом совокупная перегрузка рассчитывается по формуле:The total load tested by the facility is calculated by the formula:
. .
Если a общ<8g, то расчет продолжается, иначе трасса (вершина Mn) бракуется.If a total <8g, then the calculation continues, otherwise the path (vertex M n ) is rejected.
В момент перехода устройства в режим вычисления координат коэффициенты таблицы 1, рассчитанные на рабочем месте оператора 5, передаются в блок расчета координат 6, реализующий вычисления по формулам (1а)-(1г), (2а)-(2д), (3а)-(3д) с подстановкой в них параметра времени t. Запросы на расчет координат поступают в блок расчета координат 6 через интерфейс канала передачи информации с интервалом 5-10 млс.At the moment the device enters the coordinate calculation mode, the coefficients of table 1 calculated at the operator’s
На выход устройства поступают координаты, переведенные преобразователем координат 7 в полярную систему, полюсом которой является установка РЛС, а отсчет угла ведется, например, от направления на север. Расчет осуществляется в соответствии с выражениями:The output of the device receives the coordinates translated by the coordinate transformer 7 into the polar system, the pole of which is the installation of the radar, and the angle is counted, for example, from the north direction. The calculation is carried out in accordance with the expressions:
дальность:;range: ;
азимут (отсчет от направления на север по часовой стрелке):azimuth (counting from the northward direction clockwise):
, ,
где:Where:
, ,
φ(t)=φ(t)+2π при φ(t)<0;φ (t) = φ (t) + 2π for φ (t) <0;
угол места (отсчет от горизонтали):elevation angle (counting from horizontal):
, . , .
ЛитератураLiterature
1. АС №991479 СССР. Тренажер оператора локационных станций. А.В.Гусев. Опубл. 1983 Бюл. №3.1. AS No. 991479 of the USSR. Simulator operator location stations. A.V. Gusev. Publ. 1983 Bull. Number 3.
2. Чекушкин В.В., Юрин О.В., Булкин В.В. Реализация вычислительных процессов в информационно-измерительных системах: Монография. Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ. 2005 - 158 с.2. Chekushkin VV, Yurin OV, Bulkin VV Implementation of computational processes in information-measuring systems: Monograph. Murom: Publishing house-printing center MI VlSU. 2005 - 158 p.
3. Юрин О.В., Чекушкин В.В., Дударев В.А. Автоматизированная система управления радиолокационным комплексом. Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика 2004, №1, с.18-21.3. Yurin OV, Chekushkin VV, Dudarev V.A. Automated radar control system. Devices and systems. Control. The control. Diagnostics 2004, No. 1, pp. 18-21.
4. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2009611848 от 09.04.2009 «Программа сглаживания траекторий движения воздушных объектов для радиолокационных систем управления (Trajectory)». Заявка №2009610537 от 16.02.2009.4. Certificate of state. registration of a computer program No. 20099611848 dated 04/09/2009 "Program for smoothing the trajectories of airborne objects for radar control systems (Trajectory)." Application No. 20099610537 dated February 16, 2009.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009120762/28A RU2419072C2 (en) | 2009-06-01 | 2009-06-01 | Simulation method of motion trajectories of air objects |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009120762/28A RU2419072C2 (en) | 2009-06-01 | 2009-06-01 | Simulation method of motion trajectories of air objects |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009120762A RU2009120762A (en) | 2010-12-10 |
RU2419072C2 true RU2419072C2 (en) | 2011-05-20 |
Family
ID=44733864
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009120762/28A RU2419072C2 (en) | 2009-06-01 | 2009-06-01 | Simulation method of motion trajectories of air objects |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2419072C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140331888A1 (en) * | 2013-05-09 | 2014-11-13 | Rockwell Automation, Inc. | Controlled motion system having an improved track configuration |
RU2617144C1 (en) * | 2015-12-09 | 2017-04-21 | Акционерное общество "Муромский завод радиоизмерительных приборов" | Method for simulating object movement trajectory |
RU2648556C2 (en) * | 2016-12-23 | 2018-03-26 | Акционерное общество "Конструкторское бюро промышленной автоматики" | Method of motion control of aerial vehicle |
RU2649287C2 (en) * | 2017-02-02 | 2018-03-30 | Акционерное общество "Конструкторское бюро промышленной автоматики" | Method of planning trajectory of motion of aircraft |
RU2665820C1 (en) * | 2017-07-17 | 2018-09-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of controlling the movement of the aircraft |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114740889A (en) * | 2022-04-08 | 2022-07-12 | 南京航空航天大学 | Non-cooperative unmanned aerial vehicle trajectory distribution prediction method based on flight state division |
CN118520199B (en) * | 2024-07-23 | 2024-09-27 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | Method for calculating drainage basin drainage curve based on improved rolling ball method |
-
2009
- 2009-06-01 RU RU2009120762/28A patent/RU2419072C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Тренажерные системы. ШУКШУНОВ В.Е., БАКУЛОВ Ю.А., ГРГОРЕНКО В.Н. и др. - М.: Машиностроение, 1981, с.20, 46, 99. * |
ЮРИН О.В., ЧЕКУШКИН В.В., ДУДАРЕВ В.А. Автоматизированная система управления радиолокационным комплексом. Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика, 2004, №1, с.18-21. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140331888A1 (en) * | 2013-05-09 | 2014-11-13 | Rockwell Automation, Inc. | Controlled motion system having an improved track configuration |
US9511681B2 (en) * | 2013-05-09 | 2016-12-06 | Rockwell Automation, Inc. | Controlled motion system having an improved track configuration |
RU2617144C1 (en) * | 2015-12-09 | 2017-04-21 | Акционерное общество "Муромский завод радиоизмерительных приборов" | Method for simulating object movement trajectory |
RU2648556C2 (en) * | 2016-12-23 | 2018-03-26 | Акционерное общество "Конструкторское бюро промышленной автоматики" | Method of motion control of aerial vehicle |
RU2649287C2 (en) * | 2017-02-02 | 2018-03-30 | Акционерное общество "Конструкторское бюро промышленной автоматики" | Method of planning trajectory of motion of aircraft |
RU2665820C1 (en) * | 2017-07-17 | 2018-09-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of controlling the movement of the aircraft |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009120762A (en) | 2010-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419072C2 (en) | Simulation method of motion trajectories of air objects | |
CN111174799B (en) | Map construction method and device, computer readable medium and terminal equipment | |
US6529821B2 (en) | Route planner with area avoidance capability | |
CN111006684B (en) | Aircraft flight information system and method | |
US20120143505A1 (en) | Method And Device For Determining An Optimal Flight Trajectory Followed By An Aircraft | |
US20160259043A1 (en) | Method for determining trajectories of moving physical objects in a space on the basis of sensor data of a plurality of sensors | |
CN113324542B (en) | Positioning method, device, equipment and storage medium | |
CN106060781B (en) | Spatial positioning method based on BIM and Zigbee technology fusion | |
WO2019107388A1 (en) | Location estimation system, location estimation method, and program | |
CN109813332A (en) | The method and apparatus for adding virtual guide line | |
CN110793548A (en) | Navigation simulation test system based on virtual-real combination of GNSS receiver hardware in loop | |
JP2006287685A (en) | Radio wave propagation estimation program, radio wave propagation estimation method and device for implementing the method | |
JP2023171742A (en) | Flying object controller, flying object control method and program | |
CN111638537A (en) | Indoor and outdoor multi-technology fusion positioning method | |
KR101469757B1 (en) | Method for calculating communication coverage using 3D Object Intersection and Storage medium thereof | |
WO2023088127A1 (en) | Indoor navigation method, server, apparatus and terminal | |
CN113720342B (en) | Navigation path planning method and device | |
CN110068333A (en) | A kind of high-speed rail robot localization method, apparatus and storage medium | |
CN110579739B (en) | Head-mounted display device, positioning method and positioning system | |
CN111553966A (en) | Method for realizing animation playback history track based on ArcGIS API for JavaScript | |
CN107767463B (en) | Method for flying and roaming in three-dimensional scene | |
KR20220014128A (en) | System and method for providing adjustable pipe cutting information using augmented reality | |
CN111580055A (en) | Method and device for drawing radar radiation range | |
KR101405499B1 (en) | Method for generating symbol object of route direction | |
WO2022157936A1 (en) | Method and device for visualizing accuracy of position estimation using wireless communication |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MZ4A | Patent is void |
Effective date: 20190617 |