RU2469273C1

RU2469273C1 - Способ формирования локальных геодезических сетей и определения координат целей с использованием метода относительных определений параметров

Info

Publication number: RU2469273C1
Application number: RU2011127466/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Вячеславович Громов; Давид Лазорович Липсман; Олег Николаевич Лопуховский; Сергей Михайлович Мосалёв; Игорь Семенович Рыбкин; Владимир Анатольевич Хитров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева"
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2012-12-10

Abstract

Изобретение относится к геодезии, в частности к способам топогеодезической подготовки боевых действий ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск. Для решения задачи комплексирования одометрического и спутниковых каналов служит вычислитель со специальным программно-математическим обеспечением (СПМО). Автономная одометрическая навигационная станция (НС) вырабатывает выходную информацию (плоские прямоугольные координаты) по данным о пути (скорости) и дирекционном угле (азимуте) наземного подвижного объекта. Процесс формирования локальных геодезических сетей и определения координат целей реализуется при наличии навигационной аппаратуры потребителей спутниковых навигационных систем (НАП СНС), вычислителя с СПМО и радиостанции с интерфейсом к вычислителю, а также при вычислениях применяется метод относительных определений геодезических параметров. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании способа формирования локальных геодезических сетей и определении координат целей с использованием метода относительных определений параметров, в котором осуществляется комплексирование данных навигационной аппаратуры потребителей спутниковых навигационных систем и инерциальных навигационных систем, реализующих соответственно абсолютный и относительный способы измерений и обладающих различными спектральными характеристиками ошибки, что позволяет объединить преимущества и ослабить недостатки обеих систем. 2 ил.

Description

Изобретение относится к геодезии, в частности к способам топогеодезической подготовки боевых действий ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск.

Известен «Учебник сержанта ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск» для командиров топогеодезических отделений и топопривязчиков, книга 4, утвержденный командующим ракетными войсками и артиллерией Сухопутных войск, под редакцией В.В.Бурова Воениздат. М., 1975, стр.4-8.

В учебнике изложены основы топогеодезической подготовки боевых действий ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск - способ создания опорной артиллерийской (локальной) сети, т.е. совокупности закрепленных на местности опорных точек, создаваемых как исходная основа для топографической привязки элементов боевого порядка ракетных войск и артиллерии и подготовки исходных данных для стрельбы.

Топогеодезическая подготовка ракетных войск и артиллерии включает:

- создание исходной основы для топогеодезической привязки;

- топогеодезическую привязку позиций, пунктов, постов.

Исходная основа для топогеодезической привязки (геодезические сети и каталоги координат геодезических пунктов, топографические и специальные карты, аэроснимки с координатной сеткой создаются заблаговременно в мирное и военное время, а также непосредственно в ходе военных действий.

К геодезическим сетям относятся:

- государственная геодезическая сеть (ГГС);

- специальные геодезические сети (СГС).

Государственная геодезическая сеть создается по единому плану в масштабе государства и является основой для составления топографических карт и выполнения геодезических измерений. Данные о пунктах ГГС помещаются в каталоги, в которых содержатся следующие сведения: название пункта с указанием типа и высоты наружного знака, класс пункта, полные прямоугольные координаты, абсолютная высота, дирекционные углы направлений на ориентирные пункты и другие геодезические пункты с указанием названий этих пунктов и расстояний до них.

СГС создаются на основе пунктов ГГС в районах развертывания войск с целью обеспечения их действий. Для каждого пункта СГС определяют его координаты, дирекционные углы сторон сети и направлений на ориентирные пункты.

Пункты СГС на местности закрепляются постоянными или временными центрами и обозначаются наружными знаками. Данные о пунктах СГС помещаются в списки координат, которые составляются на каждый позиционный район.

Кроме создания исходной основы составной частью топогеодезической подготовки является топогеодезическая привязка позиций, пунктов, постов, которая включает: определение координат и высот позиций, пунктов, постов и определение дирекционных углов ориентирных направлений. Координаты позиций ракетных и артиллерийских подразделений используются при определении дальности до цели и направления на нее, координаты пунктов, постов - при определении координат целей. Высоты позиций обеспечивают возможность при подготовке данных определить поправку в дальность до цели за счет превышения цели над позицией. Дирекционные углы ориентирных направлений необходимы для наведения в заданном направлении (на цель) ракет, пусковых установок и орудий.

Координаты привязываемых точек и дирекционные углы ориентирных направлений определяют с помощью приборов относительно пунктов и направлений геодезических сетей.

Недостатками данного способа создания опорной артиллерийской (локальной) сети топогеодезическими подразделениями и топопривязчиками, взятого за прототипа, являются:

- высокая погрешность при определении параметров локальных геодезических сетей;

- высокие временные затраты при проведении топогеодезической привязки;

- невозможность обеспечения функционирования высокоточных систем вооружений;

- необходимость использования большого количества топогеодезических расчетов для боевого обеспечения крупных подразделений войск;

- необходимость проведения большого количества контрольных замеров для обеспечения требуемой точности;

- низкий уровень технических средств, применяемых в топопривязчике.

Предлагаемым изобретением решается задача по повышению эффективности топогеодезического обеспечения Сухопутных войск.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании способа формирования локальных геодезических сетей и определении координат целей с использованием метода относительных определений параметров, в котором осуществляется комплексирование данных навигационной аппаратуры потребителей спутниковых навигационных систем и инерциальных навигационных систем, реализующих соответственно абсолютный и относительный способы измерений и обладающих различными спектральными характеристиками ошибки, что позволяет объединить преимущества и ослабить недостатки обеих систем.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе формирования локальных геодезических сетей и определения координат целей с использованием метода относительных определений параметров, включающем в себя определение с помощью навигационной системы (НС) координат, дирекционных углов на ориентирные направления пунктов локальных геодезических сетей, закрепление полученных данных на местности постоянными или временными центрами, составление списков координат на каждый позиционный район с дальнейшей топогеодезической привязкой позиций, пунктов, постов, новым является то, что процесс формирования локальных геодезических сетей и определения координат целей реализуется при наличии навигационной аппаратуры потребителей спутниковых навигационных систем (НАП СНС), вычислителя со специальным программно-математическим обеспечением (СПМО), обеспечивающим комплексирование сигналов автономной одометрической НС и сигналов НАП СНС, и радиостанции с интерфейсом к вычислителю за счет использования специального режима работы НАП СНС - дифференциального режима методом относительных определений геодезических параметров, для реализации которого задается локальная система координат с началом координат в одной из составляющих локальной геодезической сети.

Реализация процесса формирования локальных геодезических сетей и определения координат целей при наличии НАП СНС, вычислителя с СПМО, обеспечивающим комплексирование сигналов автономной одометрической НС и сигналов НАП СНС, и радиостанции с интерфейсом к вычислителю позволяет:

- создать локальную систему координат, связанную со всеми элементами комплекса вооружений;

- обеспечить оперативное управление и обеспечение геодезической информацией подразделения войск и отдельные единицы вооружений;

- обеспечить получение геодезической информации в различных условиях местности, в любом месте, при различных климатических и погодных условиях;

- повысить степень автоматизации подготовки исходных данных для стрельбы;

- повысить управляемость и боеготовность войсковых подразделений.

Использование специального режима работы НАП СНС - дифференциального режима, разновидностью которого является метод относительных определений геодезических параметров, позволяет:

- повысить точность геодезических определений;

- повысить степень сгущения геодезических сетей высокого класса;

- исключить необходимость использования развитых специальных геодезических сетей;

- повысить точность поражения цели.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема определения координат цели с началом координат локальной геодезической сети в месте размещения машины начальника штаба; на фиг.2 - схема определения координат цели с началом координат локальной геодезической сети в месте размещения наблюдательного пункта (топопривязчика).

Способ формирования локальных геодезических сетей и определения координат целей с использованием метода относительных определений параметров реализуется следующим образом.

Тенденции развития современных вооруженных сил и опыт локальных конфликтов последнего времени указывают на значительное увеличение роли высокоточных систем вооружений. Это обуславливает повышение требований к эксплутационным и точностным характеристикам средств топогеодезического обеспечения войск.

К настоящему времени резервы совершенствования классических НС, использующих принцип счисления координат по информации датчиков, основанных на различных физических принципах, практически исчерпаны. Наиболее перспективным направлением решения этой проблемы является интеграция в приборный состав НС НАП СНС, что позволяет получать информацию об абсолютных координатах, скорости движения и времени потребителя в любом месте, где обеспечивается радиовидимость достаточного количества навигационных космических аппаратов (НКА).

Комплексирование НАП СНС и классических НС, реализующих соответственно абсолютный и относительный способы измерений и обладающих различными спектральными характеристиками ошибки, позволяет объединить преимущества и ослабить недостатки обеих систем. Кроме того, имеется возможность значительно повысить точность топогеодезических работ за счет использования специальных режимов работы НАП СНС.

Для решения задачи комплексирования одометрического и спутниковых каналов служит вычислитель с СПМО. Автономная одометрическая НС вырабатывает выходную информацию (плоские прямоугольные координаты) по данным о пути (скорости) и дирекционном угле (азимуте) наземного подвижного объекта.

Если прямоугольные координаты представить в комплексной форме:

то алгоритм счисления координат можно представить выражением:

где K - прямоугольные координаты текущего положения в комплексной форме;

R - модуль радиус - вектора приращения координат;

V - модуль скорости движения (величина скорости);

a _R - дирекционный угол радиус-вектора приращения координат;

а _V - дирекционный угол направления вектора скорости;

К_H=Х_H+JY_H - координаты точки начала движения. С учетом погрешностей выражение (2) принимает вид:

Постоянные составляющие a _V и Δa _V приводят к изменению модуля радиус-вектора приращения координат и к отклонению его от истинного его положения из-за погрешностей датчиков угловой ориентации и взаимных уходов продольной оси и вектора скорости. С учетом этого приборные координаты равны:

где Δ_H=ΔХ_H+j·ΔY_H - погрешность задания координат точки начала движения;

- составляющая погрешности счисления радиус-вектора, обусловленная погрешностью датчиков пути;

- составляющая погрешности счисления направления радиус-вектора, обусловленная постоянной погрешностью измерения дирекционного угла продольной оси и постоянным расхождением дирекционного угла продольной оси и направлением движения шасси;

Δ - остаточная погрешность счисления координат из-за наличия переменной погрешности датчиков пути и датчиков угловой ориентации.

Требуемая точность счисления координат системой топопривязки обеспечивается ее периодической юстировкой. Однако так называемые постоянные погрешности медленно изменяются во времени. Основным фактором, вызывающим их изменения, являются условия движения: изменение дорожных условий, повороты при кренах, смена покрытия дорог и т.п. Медленность изменений не позволяет учесть их при калибровке, но позволяет определять их усредненные (сглаженные) значения при наличии в составе топопривязчика (ТП) эталонной аппаратуры определения координат, работающей на других принципах, хотя бы не в любой момент движения объекта.

В качестве такой аппаратуры используется НАП CMC, определяющая координаты по радиосигналам НКА.

Приборные координаты, получаемые с НАП СНС, равны:

где К_ИСТ - истинные координаты;

Δ_НАП - погрешность определения координат по НАП СНС.

Сравнение показаний одометрической НС и НАП СНС нагляднее проводить в виде векторов приращений определяемых ими координат:

Применяя к формулам (6) метод парной регрессии в сочетании с весовыми поправками, учитывающими оценку точности НАП СНС, приходим к следующим рабочим формулам для вычисления поправок для датчиков пути и датчиков угловой ориентации:

где К - коэффициент калибровки в путевой системы;

dA - поправка в курсовой системе;

MD_i - величина, характеризующая точность НАП.

Комплексированное значение координат вычисляется по формулам:

Комплексированная система во время работы НАП СНС обладает точностью НАП СНС с усреднением за период наблюдений, а в паузе работы, когда корректировка ведется по памяти, точность с увеличением продолжительности паузы постепенно возвращается к качеству одометрической НС, откалиброванной за период наблюдений НАП СНС.

Процесс формирования локальных геодезических сетей и определения координат целей реализуется в дифференциальном режиме работы НАП СНС методом относительных определений геодезических параметров. Причем в данном случае совокупность программно аппаратных средств, размещенных в опорной точке, выполняют роль контрольной станции (КС). В основу метода относительных определений положено вычисление приращений координат между опорной и определяемой точками путем сопоставления данных одних и тех же НКА, синхронно наблюдаемых на КС и потребителем:

где ΔК_П - вектор приращения координат потребителя относительно опорной точки;

K_ППР, К_КСПР - векторы оценок координат определяемой и опорной точек по НАП СНС.

При использовании метода относительных определений задается локальная система координат с началом в КС, причем при наличии эталонных координат КС возможно высокоточное определение абсолютных координат потребителя. Такая особенность метода относительных определений позволяет использовать его для решения широкого круга задач навигации и геодезии - от автоматизации посадки летательных аппаратов до сгущения геодезических сетей высокого класса. Максимальную точность обеспечивают измерения на фазе несущей частоты, наиболее полно реализующие точностной потенциал НАП СНС.

Для реализации относительных определений в локальной геодезической сети ее составляющие должны быть оснащены НАП СНС, вычислителем с установленным СПМО и радиостанцией с интерфейсом к вычислителю. При выборе ТП, машины командира батареи или какой-либо другой единицы комплекса в качестве основного узла образуется локальная система координат, связанная с таким объектом. В качестве его истинных координат может быть принято: первое достоверное определение коодинат в абсолютном режиме, накопленное значение координат в абсолютном режиме, значение координат, скорректированное по данным другой КС, значение координат с ЦЭК, значение координат, полученное привязкой к пункту СГС. Отличие указанных вариантов состоит в точности геодезических данных, передаваемых за пределы единого навигационного поля. Один такой узел способен обеспечить корректирующей информацией любое количество потребителей на площади в несколько десятков тысяч км².

Формирование геодезической компоненты исходных данных для стрельбы осуществляется следующим образом. С помощью аппаратуры дистанционной привязки (ДП) измеряются полярные координаты цели (Ц) (азимут, вертикальный угол, наклонная дальность). Параллельно этому результаты обсерваций НАП СНС на НП (ТП) протоколируются на интервале 1…3 минут в форме сжатого информационного пакета с дальнейшей передачей его по радиоканалу вычислителю машины начальника штаба (МНШ). В результате работы СПМО вырабатывается информация о прямоугольных координатах цели в системе координат, связанной с МНШ. Определение координат огневой позиции (ОП) проводится аналогично НП (ТП), затем осуществляется расчет исходных данных для стрельбы, наведение орудия и поражение цели.

Точность определения координат по данной схеме:

где σ_ОР - средняя квадратическая погрешность определения координат методом относительных определений;

σ_Ц - средняя квадратическая погрешность определения координат цели относительно МНШ;

σ_ЦУ - средняя квадратическая погрешность определения координат огневой позиции относительно цели.

Возможен вариант, при котором начало координат локальной геодезической сети размещается непосредственно на НП (ТП).

Применение метода относительных определений НАП СНС позволяет многократно повысить точность подготовки исходных данных для стрельбы, доведя ее до величины, соизмеримой с габаритами типовых целей. Исключается необходимость в наличии развитой СГС, сокращается время и повышается степень автоматизации подготовки исходных данных для стрельбы. При этом не происходит радиодемаскирования НП (ТП) и огневой позиции, так как трансляция данных может осуществляться в беззапросном режиме в виде сжатых пакетов.

Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача по достижению технического результата, заключающегося в создании способа формирования локальных геодезических сетей и определения координат целей с использованием метода относительных определений параметров, в котором осуществляется комплексирование данных навигационной аппаратуры потребителей спутниковых навигационных систем и инерциальных навигационных систем, реализующих соответственно абсолютный и относительный способы измерений и обладающих различными спектральными характеристиками ошибки, что позволяет объединить преимущества и ослабить недостатки обеих систем.

Claims

Способ формирования локальных геодезических сетей и определения координат целей с использованием метода относительных определений параметров, включающий в себя определение с помощью навигационной системы (НС) координат, дирекционных углов на ориентирные направления пунктов локальных геодезических сетей, закрепление полученных данных на местности постоянными или временными центрами, составление списков координат на каждый позиционный район с дальнейшей топогеодезической привязкой позиций, пунктов, постов, отличающийся тем, что процесс формирования локальных геодезических сетей и определения координат целей реализуется при наличии навигационной аппаратуры потребителей спутниковых навигационных систем (НАП CНC), вычислителя со специальным программно-математическим обеспечением (СПМО), обеспечивающим комплексирование сигналов автономной одометрической НС и сигналов НАП СНС, и радиостанции с интерфейсом к вычислителю за счет использования специального режима работы НАП СНС - дифференциального режима методом относительных определений геодезических параметров, для реализации которого задается локальная система координат с началом координат в одной из составляющих локальной геодезической сети.