RU2486467C1 - Apparatus for measuring and recording spherical coordinates of remote object and method of determining spherical coordinates of remote object on location - Google Patents
Apparatus for measuring and recording spherical coordinates of remote object and method of determining spherical coordinates of remote object on location Download PDFInfo
- Publication number
- RU2486467C1 RU2486467C1 RU2011141673/28A RU2011141673A RU2486467C1 RU 2486467 C1 RU2486467 C1 RU 2486467C1 RU 2011141673/28 A RU2011141673/28 A RU 2011141673/28A RU 2011141673 A RU2011141673 A RU 2011141673A RU 2486467 C1 RU2486467 C1 RU 2486467C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinates
- observer
- cos
- spherical coordinates
- remote object
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относится к области измерительной техники, в частности к топогеодезии и навигации, и могут быть использованы при выполнении поисковых и спасательных работ, для регистрации координат удаленных объектов (морских, воздушных судов и т.п.), при патрулировании границ, обследовании районов стихийных бедствий и др.The invention relates to the field of measuring equipment, in particular to geodesy and navigation, and can be used when performing search and rescue operations, for registering the coordinates of distant objects (ships, aircraft, etc.), while patrolling borders, surveying natural disaster areas and etc.
Известна (см., напр., патент РФ №2123165) оптико-лазерная система для прицеливания и дальнометрирования воздушных целей. Система состоит из лазерного излучателя с блоком накачки и приемника излучения, входящих в состав оптической следящей системы, и дальномерного канала, а также блока вычислений. При этом прицельная следящая система содержит зеркало, установленное с возможностью поворота, положение которого определяется по сигналу, вырабатываемому блоком вычислений. Для уменьшения расходимости луча используется телескопический объектив.Known (see, for example, RF patent No. 2123165) is an optical laser system for aiming and ranging air targets. The system consists of a laser emitter with a pump unit and a radiation receiver, which are part of the optical tracking system, and a rangefinder channel, as well as a calculation unit. In this case, the sighting tracking system contains a mirror mounted rotatably, the position of which is determined by the signal generated by the calculation unit. A telescopic lens is used to reduce beam divergence.
Недостатком системы является ее сравнительно узкое применение - в основном для ракет класса "воздух-воздух" и, тем самым, невозможность использования с позиций на местности для поиска и локализации объектов как наземных, так и воздушных в определенной системе координат. Кроме того, весь комплекс является довольно сложным и дорогостоящим.The disadvantage of the system is its relatively narrow application - mainly for air-to-air missiles and, therefore, the inability to use objects from the ground to search and localize objects, both ground and air, in a specific coordinate system. In addition, the entire complex is quite complex and expensive.
Известна оптико-электронная система поиска и сопровождения цели (патент РФ №2155323), которая содержит подвижное зеркало с датчиком углов и приводами, спектроделительный фильтр, пеленгационный канал, формирующий сигнал рассогласования между оптической осью системы и направлением на цель, а также передающий и приемный лазерные каналы. В режиме поиска просмотр пространства целей осуществляется подвижным зеркалом по сигналам рассогласования между информациями пеленгационного канала и внешней системой целеуказания. Сигнал рассогласования между оптической осью системы и направлением на цель по двум координатам - азимуту и высоте подается на приводы подвижного зеркала, приводя изображение цели в центр поля зрения чувствительных площадок. Далее производится переход в режим слежения и дальнометрирования.A known optical-electronic target search and tracking system (RF patent No. 2155323), which contains a movable mirror with an angle sensor and drives, a spectro-splitting filter, a direction finding channel, which generates a mismatch signal between the optical axis of the system and the direction to the target, as well as transmitting and receiving laser channels. In the search mode, viewing the target space is carried out by a moving mirror according to the mismatch signals between the direction finding channel information and the external target designation system. The mismatch signal between the optical axis of the system and the direction to the target in two coordinates - azimuth and altitude is fed to the drives of the moving mirror, bringing the image of the target to the center of the field of view of the sensitive areas. Next, the transition to tracking and ranging mode.
Недостатком системы является необходимость использования в ней сложных дорогостоящих специальных оптических систем.The disadvantage of the system is the need to use complex expensive special optical systems.
Известно устройство для измерения сферических координат, содержащее лазерный дальномер с цифровым индикатором и блок измерения магнитного азимута и угла тангажа, в котором блок измерения магнитного азимута и угла тангажа выполнен в виде двух датчиков соответствующих углов, установленных в кардановом подвесе, каждый из которых состоит из диска с углоизмерительным кодом и считывающей оптотронной пары с излучателем и приемником, причем ось внешней рамки карданова подвеса установлена в корпусе лазерного дальномера параллельно оси визира, на внешней рамке по ее оси размещена оптотронная пара датчиков угла тангажа, охватывающая углоизмерительный диск, который размещен на оси внутренней рамки, являющейся корпусом магнитного компаса, установленной перпендикулярно оси внешней рамки со смещением центра массы, на внутренней рамке размещена оптотронная пара датчиков магнитного азимута, охватывающая углоизмерительный диск, являющийся картушкой магнитного компаса, который размещен на внутренней оси внутренней рамки, установленной перпендикулярно оси внешней рамки и внешней оси внутренней рамки, при этом выходы датчиков углов соединены с соответствующими дополнительными входами цифрового индуктора (Патент РФ №1827136).A device for measuring spherical coordinates is known, comprising a laser range finder with a digital indicator and a unit for measuring the magnetic azimuth and pitch angle, in which the unit for measuring the magnetic azimuth and pitch angle is made in the form of two sensors of the corresponding angles mounted in a gimbal, each of which consists of a disk with an angle code and an optotronic coupler with a transmitter and receiver, the axis of the outer frame of the gimbal is mounted in the laser rangefinder housing parallel to the axis of the sight , on the outer frame along its axis there is an optocoupler pair of pitch angle sensors, covering the angle measuring disk, which is placed on the axis of the inner frame, which is the body of the magnetic compass mounted perpendicular to the axis of the outer frame with the center of mass offset, the optocoupler pair of magnetic azimuth sensors is placed on the inner frame, covering the angle measuring disk, which is the card of the magnetic compass, which is placed on the inner axis of the inner frame mounted perpendicular to the axis of the outer frame and externally inner frame axis, the angle sensor outputs are connected to corresponding additional inputs digital inductor (RF Patent №1827136).
Недостатком указанного технического решения является невысокая точность и надежность измерения в связи с отсутствием учета изменения положения наблюдателя, а также низкое быстродействие прибора и информативность его выходных данных.The disadvantage of this technical solution is the low accuracy and reliability of the measurement due to the lack of accounting for changes in the position of the observer, as well as the low speed of the device and the information content of its output.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для измерения сферических координат удаленного объекта и способ определения координат удаленного объекта на местности, содержащее оптико-электронный прибор, указатель курса и позиции наблюдателя, бесплатформенный инерциальный блок, альтиметр и микропроцессор. Причем оптико-электронный прибор, лазерный дальномер и указатель курса и позиции наблюдателя скреплены между собой жестко. Бесплатформенный инерциальный блок и альтиметр подключены раздельно к входам микропроцессора и размещены в корпусе указателя курса и позиции наблюдателя. Кроме того, в него введен индикатор указателя курса и позиции наблюдателя и объекта. Указатель снабжен разъемами для связи с этим индикатором, и оптико-электронным прибором (Патент РФ №2381447).The closest technical solution to the proposed invention is a device for measuring the spherical coordinates of a remote object and a method for determining the coordinates of a remote object on the ground, containing an optoelectronic device, an indicator of the course and position of the observer, a strapdown inertial unit, an altimeter and a microprocessor. Moreover, the optoelectronic device, the laser range finder and the course indicator and observer positions are rigidly fastened together. The strapdown inertial block and altimeter are connected separately to the microprocessor inputs and are placed in the body of the course indicator and observer position. In addition, an indicator of the course indicator and the position of the observer and the object is introduced into it. The pointer is equipped with connectors for communication with this indicator, and an optoelectronic device (RF Patent No. 2381447).
Недостатком устройства является наличие большого количества компонентов, в частности унифицированного посадочного места, оправы с полупрозрачной пластиной и дополнительным индикатором и т.д., что приводит к уменьшению точности и надежности системы в целом, а также к увеличению ее габаритов и веса. Наличие в составе системы магнитометра (указателя курса) не позволяет использовать ее при воздействии сильных магнитных полей. Кроме того, требуется периодическая калибровка прибора.The disadvantage of this device is the presence of a large number of components, in particular a unified seat, frames with a translucent plate and an additional indicator, etc., which leads to a decrease in the accuracy and reliability of the system as a whole, as well as to an increase in its dimensions and weight. The presence of a magnetometer (course indicator) in the system does not allow using it when exposed to strong magnetic fields. In addition, periodic instrument calibration is required.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства наблюдения и способа его применения с одновременным уменьшением габаритов и повышением точности и надежности измерения и регистрации с возможностью определения сферических координат объекта из положения «с рук» на местности без прекращения наблюдения за объектом и местностью. Также обеспечивается возможность сохранения цифрового фото и видео изображения с записью времени съемки, координат наблюдателя и координат объекта.The technical result of the invention is to expand the functionality of the monitoring device and the method of its application while reducing dimensions and improving the accuracy and reliability of measurement and registration with the ability to determine the spherical coordinates of the object from the “on hand” position on the ground without stopping monitoring of the object and terrain. It is also possible to save a digital photo and video image with recording the shooting time, observer coordinates and object coordinates.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для измерения сферических координат удаленного объекта, содержащее лазерный дальномер, датчик угла места в корпусе, оптико-электронный прибор, введен коллимирующий модуль, а оптико-электронный прибор выполнен в виде цифрового фотоаппарата и скреплен жестко с коллимирующим модулем, лазерным дальномером и корпусом датчика угла места так, что оптические оси объектива цифрового фотоаппарата и коллимирующего модуля параллельны.The specified technical result is achieved by the fact that a collimating module is introduced into the device for measuring the spherical coordinates of a remote object, which contains a laser range finder, an elevation sensor in the housing, an optoelectronic device, and the optoelectronic device is made in the form of a digital camera and fastened firmly with a collimating a module, a laser rangefinder, and a housing for the elevation sensor so that the optical axes of the lens of the digital camera and the collimating module are parallel.
Кроме того, в него введены размещенный в корпусе датчика угла места модуль обработки информации на базе программируемой логической схемы, а в коллимирующий модуль - микродисплей, который подключен к модулю обработки информации.In addition, an information processing module based on a programmable logic circuit located in the housing of the elevation sensor is introduced into it, and a microdisplay that is connected to the information processing module is inserted into the collimating module.
Кроме того, в него введен приемник GPS/Глонасс, причем лазерный дальномер, приемник GPS/Глонасс и датчик угла места подключены раздельно к входам модуля обработки информации.In addition, a GPS / Glonass receiver is introduced into it, and a laser rangefinder, a GPS / Glonass receiver and an elevation sensor are connected separately to the inputs of the information processing module.
Кроме того, коллимирующий модуль может быть выполнен в виде расположенных по ходу светового луча микродисплея в собственной оправе, объектива и двух зеркал, закрепленных в оправе оборачивающей системы, причем оправа оборачивающей системы, объектив и оправа микродисплея жестко соединены между собой.In addition, the collimating module can be made in the form of a microdisplay located along the light beam in its own frame, a lens and two mirrors mounted in the frame of the wrapping system, and the frame of the wrapping system, the lens and the microdisplay frame are rigidly interconnected.
Для способа определения координат удаленного объекта на местности указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, заключающемся в измерении координат наблюдателя, расстояния до объекта, вычислении координат объекта и визуальном их представлении для наблюдателя, в качестве измерителя координат удаленного объекта используют оптико-электронный прибор с возможностью фиксации и обработки данных в микропроцессоре, а при измерении координат наблюдателя автономно контролируют текущее положение прибора наблюдателя относительно местного горизонта и курса с одновременным вычислением координат удаленного объекта в микропроцессоре оптико-электронного прибора и представлением их на электронном изображении удаленного объекта.For the method of determining the coordinates of a remote object on the terrain, the specified technical result is achieved by the fact that in the known method, which consists in measuring the coordinates of the observer, the distance to the object, calculating the coordinates of the object and visualizing them for the observer, an optical-electronic device is used as a meter for coordinates of the remote object with the possibility of fixing and processing data in the microprocessor, and when measuring the coordinates of the observer, the current position of the device is monitored autonomously For relative to the local horizon and course, with the simultaneous calculation of the coordinates of the remote object in the microprocessor of the optoelectronic device and their representation on the electronic image of the remote object.
Кроме того, измерение координат удаленного объекта производят из одной точки положения наблюдателя, а вычисление координат удаленного объекта осуществляют в соответствии с зависимостями:In addition, the coordinates of a remote object are measured from one point of the observer's position, and the coordinates of a remote object are calculated in accordance with the dependencies:
где: φА, λА и НА - соответственно широта, долгота и высота положения прибора наблюдателя,where: φ A , λ A and H A are the latitude, longitude and height of the observer’s device, respectively
φВ, λВ и НВ - соответственно широта, долгота и высота удаленного объекта,φ In , λ In and N In - respectively the latitude, longitude and height of the remote object,
α - угол места α,α - elevation angle α,
β - угол между направлением на северный полюс и направлением на объект (угол курса),β is the angle between the direction to the north pole and the direction to the object (course angle),
L - расстояние от наблюдателя до удаленного объекта,L is the distance from the observer to the remote object,
RЗ=6378.1 км - радиус Земли,R З = 6378.1 km - the radius of the Earth,
а текущие результаты вычислений фиксируют на электронном изображении удаленного объекта.and the current results of the calculations are fixed on the electronic image of the remote object.
Кроме того, при выполнении измерений с трех и более точек изменяют положение наблюдателя относительно удаленного объекта, производят измерение координат удаленного объекта не менее чем с трех точек положения наблюдателя, не лежащих на одной прямой и расположенных на определенном расстоянии друг от друга, обрабатывают информацию о положениях наблюдателя во время съемки - его координат, угла места оптической оси прибора и дальности до объекта, после чего сферические координаты точек положения наблюдателя преобразуют в декартову систему координат, в которой производят вычисление координат удаленного объекта, которые затем преобразуют в сферические координаты и отображают на электронном изображении объекта.In addition, when taking measurements from three or more points, the observer’s position relative to the distant object is changed, the coordinates of the remote object are measured from at least three observer position points that are not lying on one straight line and located at a certain distance from each other, process information about the positions the observer during the survey - his coordinates, the elevation angle of the optical axis of the device and the distance to the object, after which the spherical coordinates of the observer's position points are transformed into a Cartesian system coordinates in which the coordinates of the distant object are calculated, which are then converted into spherical coordinates and displayed on the electronic image of the object.
Кроме того, сферические координаты (φ, λ, h) точек положения наблюдателя преобразуют в декартову систему координат в соответствии с зависимостямиIn addition, the spherical coordinates (φ, λ, h) of the observer's position points are transformed into a Cartesian coordinate system in accordance with the dependencies
а текущие результаты вычислений фиксируют на электронном изображении удаленного объекта.and the current results of the calculations are fixed on the electronic image of the remote object.
В случае измерения координат удаленного объекта из одной точки положения наблюдателя угол курса вычисляется по изменению координат наблюдателя при совпадении линии визирования на объект с направлением движения, либо с использованием датчика угла курса.In the case of measuring the coordinates of a distant object from one point of the observer's position, the heading angle is calculated by changing the coordinates of the observer when the line of sight of the object coincides with the direction of movement, or using a heading angle sensor.
В случае изменения положения наблюдателя относительно удаленного объекта, когда производят измерение координат удаленного объекта не менее чем с трех точек положения наблюдателя, не лежащих на одной прямой и расположенных на определенном расстоянии друг от друга, т.е. в случае подвижного наблюдателя, он удерживает перекрестие прицельной метки дальномера, видимое в видоискателе фотоаппарата на объекте, перемещается и несколько раз регистрирует изображение объекта (производит измерение) с нескольких точек. При каждом измерении дальности до объекта при новом положении наблюдателя становятся известны параметры новой окружности, центром которой является положение наблюдателя, а радиусом - проекция наклонной дальности. Дальше находятся координаты точек пересечения окружностей, если они есть. После проведения трех измерений получаются 6 точек пересечения окружностей (в случае наличия таковых), которые можно разделить на 2 группы. Из двух групп точек выбирается та, в которой расстояния между точками минимально. За координаты объекта принимается среднее значение координат точек пересечения той группы окружностей, в которой расстояние между точками минимально. Далее эти координаты преобразуются в сферическую систему координат и через коллимирующий модуль заводятся в объектив фотоаппарата. При этом для исключения неоднозначности в определении группы точек на характер движения наблюдателя накладываются ограничения - точки съемки не должны лежать на одной прямой и быть расположенными близко друг к другу. Точность определения координат объекта определяется точностью, с которой наблюдатель удерживает перекрестие прицельной метки дальномера на объекте во время съемки.In the case of a change in the position of the observer relative to the remote object, when the coordinates of the remote object are measured from at least three points of the observer's position, not lying on one straight line and located at a certain distance from each other, i.e. in the case of a moving observer, he holds the crosshair of the aiming mark of the rangefinder, visible in the viewfinder of the camera on the object, moves and registers the image of the object several times (makes measurement) from several points. With each measurement of the distance to the object with a new position of the observer, the parameters of a new circle become known, the center of which is the position of the observer, and the radius is the projection of the inclined range. Next are the coordinates of the intersection points of the circles, if any. After three measurements, 6 intersection points of the circles (if any) are obtained, which can be divided into 2 groups. Of the two groups of points, one is selected in which the distance between the points is minimal. For the object’s coordinates, the average value of the coordinates of the intersection points of the group of circles in which the distance between the points is minimal is taken. Further, these coordinates are transformed into a spherical coordinate system and, through the collimating module, are entered into the camera lens. At the same time, to avoid ambiguity in determining the group of points, restrictions are imposed on the nature of the observer's movement — the survey points should not lie on one straight line and be located close to each other. The accuracy of determining the coordinates of the object is determined by the accuracy with which the observer holds the crosshair of the aiming mark of the range finder on the object during shooting.
Расчет курса и позиции объекта осуществляется модулем обработки информации.The calculation of the course and position of the object is carried out by the information processing module.
На фиг.1 показан общий вид устройства для вычисления сферических координат удаленного объекта.Figure 1 shows a General view of a device for calculating the spherical coordinates of a remote object.
На фиг.2 показана функциональная схема устройства для вычисления сферических координат удаленного объекта.Figure 2 shows a functional diagram of a device for calculating the spherical coordinates of a remote object.
На фиг.3 показан общий вид коллимирующего оптического модуля.Figure 3 shows a General view of the collimating optical module.
На фиг.4 показана система координат, используемая в устройстве для вычисления сферических координат удаленного объекта.Figure 4 shows the coordinate system used in the device to calculate the spherical coordinates of a remote object.
На фиг.5 показана схема определения сферических координат удаленного объекта в случае съемки объекта с нескольких точек.Figure 5 shows a diagram for determining the spherical coordinates of a remote object in the case of shooting an object from several points.
На фиг.6 показано определение точек пересечение окружностей. Figure 6 shows the definition of the points of intersection of circles.
На фиг.1 приведены позиции:Figure 1 shows the position:
1 - цифровой фотоаппарат;1 - digital camera;
2 - лазерный дальномер;2 - laser range finder;
3 - коллимирующий оптический модуль;3 - collimating optical module;
4 - корпус прибора с модулем обработки информации и датчиком угла места;4 - the case of the device with the information processing module and the elevation sensor;
На фиг.2 приведено:Figure 2 shows:
5 - модуль обработки информации;5 - information processing module;
2 - лазерный дальномер с датчиками углов места и курса;2 - laser range finder with elevation and heading angle sensors;
6 - объект наблюдения;6 - object of observation;
1 - фотоаппарат;1 - camera;
3 - коллимирующий оптический модуль;3 - collimating optical module;
7 - разъемы для питания и подачи видеосигнала на коллимирующий модуль;7 - connectors for power and video signal supply to the collimating module;
8 - разъем соединителя активации затвора фотоаппарата;8 - connector of the camera shutter activation connector;
9 - интерфейс RS232;9 - RS232 interface;
10 - датчик угла места на основе НЭМИП с АЭЭ;10 - elevation sensor based on NEMIP with AEE;
11 - датчик угла курса на основе НЭМИП с АЭЭ;11 - heading angle sensor based on NEMIP with AEE;
12 - приемник сигналов спутниковой навигации GPS/Глонасс;12 - receiver of signals of satellite navigation GPS / Glonass;
13 - антенна приемника сигналов спутниковой навигации GPS/Глонасс;13 - antenna receiver GPS / Glonass satellite navigation signals;
14 - выключатель питания модуля обработки информации;14 - power switch of the information processing module;
15 - переключатель "способ определения координат объекта";15 - switch "method for determining the coordinates of the object";
16 - переключатель "режим определения угла курса";16 - switch "course angle determination mode";
17 - кнопка "Установка 0 азимута/новая серия измерений";17 - button "
18 - кнопка «Измерить».18 - button "Measure".
Устройство содержит лазерный дальномер 2, жестко связанный с цифровым фотоаппаратом 1. Вверху размещен коллимирующий оптический модуль 3, который осуществляет проецирование координатной информации на матрицу фотоаппарата. Модуль обработки информации 5 считывает данные с дальномера 2 и датчика угла места 10, приемник сигналов спутниковой навигации GPS/Глонасс 12 вычисляет координаты удаленного объекта 6 и формирует видеосигнал для коллимирующего модуля 3 с алфавитно-цифровым представлением информации о положении наблюдателя: географическая широта, географическая долгота, угол места и высота наблюдателя, а также параметры объекта наблюдения: географическая широта, географическая долгота, расстояние до него и время наблюдения. Выбор объекта производится наведением на него перекрестия, фиксацией положения прибора и нажатием на кнопку «Измерение».The device comprises a
Наблюдатель наблюдает изображение объекта 6 на фоне окружающей местности. После того как наблюдатель нажимает на кнопку «Измерить» 18, лазерный дальномер 2 вычисляет расстояние до объекта и передает это расстояние в модуль обработки информации 5. С датчика угла места 10 модулем обработки информации 5 через интерфейс 9 считывается значение угла места оптической оси прибора с датчика угла места 10. Переключатель 16 определяет способ вычисления угла курса - либо с датчика угла курса 11, если он установлен в приборе, либо с приемника GPS/Глонасс. Переключатель 17 определяет способ, с помощью которого определяются координаты объекта - режим однократного измерения, режим нескольких измерений. При начале новой серии измерения наблюдатель нажимает на кнопку 17, а в случае режима однократного измерения нажатие кнопки 17 приводит к заданию текущего угла места и курса, равного 0. Сферические координаты наблюдателя определяются приемником сигналов спутниковой навигации GPS/Глонасс 12, к которому подключается антенна 13. Далее модуль обработки информации рассчитывает сферические координаты объекта и передает их на коллимирующий оптический модуль 3 через разъем 7. После формирования координатной информации коллимирующим оптическим модулем 3 модулем обработки информации 5 в фотоаппарат 1 посылается через разъем 8 сигнал на срабатывание затвора фотоаппарата.The observer observes the image of object 6 against the background of the surrounding area. After the observer presses the “Measure” button 18, the
На фиг.3 показан общий вид коллимирующего оптического модуля. Figure 3 shows a General view of the collimating optical module.
На фиг.3 приведено:Figure 3 shows:
19 - микродисплей;19 - microdisplay;
20 - оправа микродисплея;20 - frame microdisplay;
21 - объектив;21 - lens;
22 - оправа оборачивающей системы;22 - rim of the wrapping system;
23 - зеркала.23 - mirrors.
На микродисплее 19 формируется изображение с координатной информацией, которое переносится объективом 21 в бесконечность. Далее после отражения от двух зеркал 23, закрепленных в оправе 22, изображение переворачивается. Оправа оборачивающей системы 22, объектив 21 и оправа микродисплея 20 жестко соединены между собой. Жесткая связь коллимирующего модуля с лазерным дальномером и корпусом датчика угла места так, что оптические оси объектива цифрового фотоаппарата и коллимирующего модуля параллельны, обеспечивает повышение точности и надежности измерения и регистрации с возможностью определения сферических координат объекта из положения «с рук» на местности без прекращения наблюдения за объектом и местностью.An image with coordinate information is formed on the
Способ определения сферических координат удаленного объекта на местности осуществляется следующим образом.The method for determining the spherical coordinates of a remote object on the ground is as follows.
Измерение координат удаленного объекта на местности в результате однократного измерения практически осуществляется тем, что наблюдатель автономно производит сканирование местности оптико-электронным наблюдательным прибором с контролем и фиксацией в этот момент положения прибора относительно местного горизонта и курса, его координат и расстояния от объекта до наблюдателя, которые поступают в микропроцессор, вычисляются координаты объекта, запоминаются и фиксируются на электронном изображении объекта и индикаторе.The coordinates of a distant object on the ground as a result of a single measurement are practically carried out by the fact that the observer autonomously scans the terrain with an optical-electronic observational device with control and fixing at this moment the position of the device relative to the local horizon and course, its coordinates and the distance from the object to the observer, which enter the microprocessor, the coordinates of the object are calculated, stored and recorded on the electronic image of the object and the indicator.
На фиг.4 точкой А обозначено положение наблюдателя, точкой В - положение объекта. Точка С - проекция точки В на параллель объекта, точка Е - проекция точки С на параллель наблюдателя, точка D - проекция точки А на параллель объекта. Направление отсчета углов показано на фиг.4 стрелками.In figure 4, point A indicates the position of the observer, point B is the position of the object. Point C is the projection of point B on the object’s parallel, point E is the projection of point C on the observer’s parallel, point D is the projection of point A on the object’s parallel. The direction of the reference angles shown in figure 4 by arrows.
Пусть известны широта φА, долгота λА и высота НА точки А, расстояние L до точки В, угол курса β (угол между направлением на северный полюс и направлением на объект), угол места α. Поскольку максимальная измеряемая дальность не превышает 10 км, а при расстояниях меньше 10 км, заменяя дуги AC, AD, СЕ, АЕ касательными в точке А, сделаем ошибку, меньшую 1:1000000 длины этой дуги, то для вычисления долготы и широты будем считать, что точки A, E, C, D расположены на плоскости, нормально расположенной к поверхности Земли. При измерении вертикальных расстояний нельзя пренебрегать кривизной Земли даже при небольших горизонтальных расстояниях между точками.Let the latitude φ A , longitude λ A and height H A of point A, the distance L to point B, the angle β of the course (the angle between the direction to the north pole and the direction to the object), elevation angle α be known. Since the maximum measured range does not exceed 10 km, and at distances less than 10 km, replacing the arcs AC, AD, CE, AE by the tangents at point A, we make an error less than 1: 1,000,000 of the length of this arc, then to calculate longitude and latitude we will assume that points A, E, C, D are located on a plane normally located to the surface of the Earth. When measuring vertical distances, the curvature of the Earth cannot be neglected even at small horizontal distances between points.
Высота точки В вычисляется по формуле
Последний член учитывает прогиб Земли
Приращение широты δφ=φВ-φА определим из треугольника ADO по теореме косинусовThe latitude increment δφ = φ B -φ A is determined from the triangle ADO by the cosine theorem
Приращение долготы δλ=λВ-λА определим из треугольника АРЕ по теореме косинусовThe longitude increment δλ = λ B −λ A is determined from the triangle APE by the cosine theorem
В зависимости от диапазона, в который попадает значение магнитного курса β (см. фиг.4), формулы для расчета координат удаленного объекта имеют вид:Depending on the range in which the value of the magnetic course β falls (see figure 4), the formulas for calculating the coordinates of a distant object are:
Таким образом, выведенные формулы позволяют вычислить координаты удаленного объекта наблюдения при однократном замере расстояния до объекта.Thus, the derived formulas make it possible to calculate the coordinates of a remote observation object with a single measurement of the distance to the object.
Способ измерения координат удаленного объекта на местности в результате нескольких измерений практически осуществляется тем, что наблюдатель перемещается относительно объекта и производит измерение с нескольких точек - серии измерений, не лежащих на одной прямой и расположенных на определенном расстоянии друг от друга. После проведения трех и более измерений становится возможным определение сферических координат объекта, которые определяются в результате обработки информации о положениях наблюдателя во время съемки - его координат, угла места оптической оси прибора и дальности до объекта. При этом сферические координаты точек измерения преобразуются в декартову систему координат, в которой происходит вычисление координат объекта, которые затем преобразуются в сферические. Вычисленные сферические координаты отображаются на электронном изображении объекта, формируемого фотоаппаратом.The method of measuring the coordinates of a distant object on the ground as a result of several measurements is practically carried out by the fact that the observer moves relative to the object and measures from several points - a series of measurements that do not lie on one straight line and located at a certain distance from each other. After three or more measurements, it becomes possible to determine the spherical coordinates of the object, which are determined as a result of processing information about the observer's position during the survey - his coordinates, the elevation angle of the optical axis of the device and the distance to the object. In this case, the spherical coordinates of the measurement points are converted into a Cartesian coordinate system, in which the coordinates of the object are calculated, which are then converted to spherical. The calculated spherical coordinates are displayed on the electronic image of the object formed by the camera.
Значение дальности до объекта l и угол места α оптической оси позволяют найти проекцию наклонной дальности на плоскость объекта, являющейся касательной к поверхности. Пусть наблюдатель производит измерения из нескольких точек на определенном участке траектории полета, происходит слежение за объектом, то есть перекрестие удерживается на объекте съемки и производится замер расстояния до объекта. На фиг.5 точки А', В', С' - это проекции точек, в которых производится измерение расстояния до объекта. Величина проекции наклонной дальности вычисляется по формуле lпр=l·cos(α), где α - угол места оптической оси прибора. Как видно из фиг.6, определение координат объекта сводится к нахождению точки, в которой пересекаются окружности, радиусом lпр с центром в точках А', В', С'. Координаты пересечения окружностей легче всего находить в декартовой системе координат, оси которой ориентированы так, что ось х является касательной к параллели и направлена в сторону возрастания долготы, а ось у - касательная к меридиану и направлена в сторону возрастания широты. Высота, на которой расположен объект, может быть найдена сразу по формуле hОб=hнaб+lsin(α), где l - наклонная дальность до объекта, hнаб - высота, на которой расположен наблюдатель. При начале новой серии измерений за начало декартовой системы координат принимается точка текущего расположения наблюдателя. Координаты точек пересечения окружностей будут вычисляться в этой системе координат. При измерении становятся известны навигационные параметры: текущее расположение наблюдателя (сферические координаты, которые преобразуются в декартовы), расстояние до объекта и угол места оси прибора. Пусть сферические координаты начала декартовой системы координат равны (φ0, λ0, h0), а сферические координаты наблюдателя в момент измерения расстояния равны (φ, λ, h). Сферические координаты наблюдателя (центры окружностей) в декартовой системе координат могут быть найдены по формулам:The value of the distance to the object l and the elevation angle α of the optical axis make it possible to find the projection of the inclined range onto the plane of the object that is tangent to the surface. Let the observer take measurements from several points on a certain section of the flight path, track the object, that is, the crosshair is held at the object and the distance to the object is measured. In Fig. 5, points A ', B', C 'are the projections of the points at which the distance to the object is measured. The projection value of the oblique range is calculated by the formula l CR = l · cos (α), where α is the elevation angle of the optical axis of the device. As can be seen from Fig.6, the determination of the coordinates of the object is reduced to finding the point at which the circles intersect, of radius l CR with the center at points A ', B', C '. The coordinates of the intersection of circles are most easily found in the Cartesian coordinate system, the axes of which are oriented so that the x axis is tangent to the parallel and directed toward increasing longitude, and the y axis is tangent to the meridian and directed towards increasing latitude. The height at which the object is located can be found immediately by the formula h Ob = h nab + lsin (α), where l is the inclined distance to the object, h nab is the height at which the observer is located. At the beginning of a new series of measurements, the point of the current location of the observer is taken as the beginning of the Cartesian coordinate system. The coordinates of the intersection points of the circles will be calculated in this coordinate system. During the measurement, the navigation parameters become known: the current position of the observer (spherical coordinates, which are converted to Cartesian), the distance to the object and the elevation angle of the instrument axis. Let the spherical coordinates of the beginning of the Cartesian coordinate system be equal (φ 0 , λ 0 , h 0 ), and the spherical coordinates of the observer at the moment of measuring the distance equal (φ, λ, h). The spherical coordinates of the observer (centers of circles) in the Cartesian coordinate system can be found by the formulas:
где δφ=φ-φ0, δλ=λ-λ0 - приращения сферических координат.where δφ = φ-φ 0 , δλ = λ-λ 0 are the increments of the spherical coordinates.
При каждом измерении дальности до объекта при новом положении наблюдателя становятся известны параметры новой окружности. Дальше находятся координаты точек пересечения окружностей, если они есть. Если поступило более двух точек, то необходимо проверить условия однозначности определения группы точек пересечения окружностей. Для этого необходимо найти угол между прямыми, соединяющими 3 точки, не лежащими на одной прямой, и сравнить его с некоторым порогом (10 градусов). Кроме этого, расстояние между точками не должно быть меньше порога, равного 200 метров. Если оба условия выполняются, то можно вычислить координаты объекта как среднее значение точек группы, в которой расположен объект. На этом этапе координаты объекта вычислены в декартовой системе координат, начало которой расположено в точке с географическими координатами λ0, φ0, h. Далее происходит преобразование этих координат в сферические и формирование на микродисплее координатной информации. Далее активизируется затвор фотоаппарата. Во время срабатывания затвора наблюдатель не должен сместить перекрестие прицельной метки дальномера с объекта. Далее рассматривается алгоритм определения точек пересечения окружностей. После проведения 3 измерений получаются 6 точек пересечения окружностей (в случае наличия таковых), которые можно разделить на 2 группы (см. фиг.6). Из двух групп точек выбирается та, в которой расстояния между точками минимально. Преобразование декартовых координат в сферические выполняется в следующей последовательности. Вначале определяется магнитный азимут ψ по известным координатам х и у по следующей формуле:With each measurement of the distance to the object with a new position of the observer, the parameters of the new circle become known. Next are the coordinates of the intersection points of the circles, if any. If more than two points have arrived, then it is necessary to check the conditions for the uniqueness of determining the group of intersection points of circles. To do this, find the angle between the lines connecting 3 points that do not lie on the same line, and compare it with a certain threshold (10 degrees). In addition, the distance between the points should not be less than a threshold equal to 200 meters. If both conditions are met, then you can calculate the coordinates of the object as the average value of the points of the group in which the object is located. At this stage, the coordinates of the object are calculated in a Cartesian coordinate system, the origin of which is located at a point with geographical coordinates λ0, φ0, h. Next, these coordinates are converted to spherical and the coordinate information is formed on the microdisplay. Next, the shutter of the camera is activated. During the shutter release, the observer should not move the crosshair of the aiming mark of the rangefinder from the object. Next, we consider an algorithm for determining the intersection points of circles. After 3 measurements, 6 intersection points of the circles (if any) are obtained, which can be divided into 2 groups (see Fig.6). From two groups of points, one is selected in which the distance between the points is minimal. The transformation of Cartesian coordinates to spherical is performed in the following sequence. First, the magnetic azimuth ψ is determined by the known coordinates x and y according to the following formula:
где х, у - декартовы координаты объекта. Далее вычисляются приращения широты и долготы:where x, y are the Cartesian coordinates of the object. Next, increments of latitude and longitude are calculated:
В зависимости от знака приращений dφ и dλ широта и долгота объекта вычисляются по следующим формулам:Depending on the sign of the increments dφ and dλ, the latitude and longitude of the object are calculated using the following formulas:
Таким образом, обеспечено достижение технического результата изобретений в виде повышения точности и надежности измерения, расширения функциональных возможностей и увеличения быстродействия прибора при обеспечении считывания сферических координат объекта из положения «с рук» без прекращения наблюдения за объектом и местностью. Также обеспечена возможность сохранения цифрового изображения с записью времени съемки, координат наблюдателя, координат объекта, дальности до объекта.Thus, the achievement of the technical result of inventions is achieved in the form of improving the accuracy and reliability of measurement, expanding the functionality and increasing the speed of the device while ensuring the reading of the spherical coordinates of the object from the “from hand” position without stopping the observation of the object and terrain. It is also possible to save a digital image with recording the shooting time, observer coordinates, object coordinates, range to the object.
Claims (5)
где НА - высота положения прибора наблюдателя,
φ0, λ0, h0 - сферические координаты начала декартовой системы координат,
δφ=φ-φ0, δλ=λ-λ0 - приращения сферических координат,
R3=6378.1 км - радиус Земли,
после чего производят вычисление декартовых координат х и у удаленного объекта, а для преобразования декартовой системы координат в сферические координаты сначала определяют магнитный азимут ψ по известным координатам х и у удаленного объекта по следующей формуле:
затем вычисляют приращения широты dφ и долготы dλ по зависимостям
и с учетом знака приращений dφ и dλ вычисляют сферические координаты удаленного объекта по следующим формулам:
а текущие результаты вычислений фиксируют на электронном изображении удаленного объекта. 5. The method according to claim 4, characterized in that the spherical coordinates (φ, λ, h) of the observer's position points are transformed into a Cartesian coordinate system in accordance with the dependencies
where N A is the height of the observer’s device,
φ 0 , λ 0 , h 0 - spherical coordinates of the beginning of the Cartesian coordinate system,
δφ = φ-φ 0 , δλ = λ-λ 0 - increments of spherical coordinates,
R 3 = 6378.1 km - the radius of the Earth,
after which the Cartesian coordinates x and y of the remote object are calculated, and to convert the Cartesian coordinate system to spherical coordinates, the magnetic azimuth ψ is first determined from the known x and y coordinates of the remote object using the following formula:
then the increments of latitude dφ and longitude dλ are calculated from the dependencies
and taking into account the sign of the increments dφ and dλ, the spherical coordinates of the remote object are calculated using the following formulas:
and the current results of the calculations are fixed on the electronic image of the remote object.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011141673/28A RU2486467C1 (en) | 2011-10-14 | 2011-10-14 | Apparatus for measuring and recording spherical coordinates of remote object and method of determining spherical coordinates of remote object on location |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011141673/28A RU2486467C1 (en) | 2011-10-14 | 2011-10-14 | Apparatus for measuring and recording spherical coordinates of remote object and method of determining spherical coordinates of remote object on location |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011141673A RU2011141673A (en) | 2013-04-20 |
RU2486467C1 true RU2486467C1 (en) | 2013-06-27 |
Family
ID=48702329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011141673/28A RU2486467C1 (en) | 2011-10-14 | 2011-10-14 | Apparatus for measuring and recording spherical coordinates of remote object and method of determining spherical coordinates of remote object on location |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2486467C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659897C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-07-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭргоПродакшн" | Photovideofixation module |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5331881A (en) * | 1992-05-19 | 1994-07-26 | United Technologies Corporation | Helicopter integrated fire and flight control having azimuth and pitch control |
RU1827136C (en) * | 1991-03-11 | 1996-03-10 | Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроени | Device for measuring spherical coordinates |
RU2123165C1 (en) * | 1998-06-17 | 1998-12-10 | Акционерное общество открытого типа "ОКБ Сухого" | Opto-laser system for sighting and ranging of air targets |
RU2381447C1 (en) * | 2008-10-01 | 2010-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Геофизика-НВ" | Spherical positioner for remote object and method for afield positioning of remote object |
-
2011
- 2011-10-14 RU RU2011141673/28A patent/RU2486467C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU1827136C (en) * | 1991-03-11 | 1996-03-10 | Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроени | Device for measuring spherical coordinates |
US5331881A (en) * | 1992-05-19 | 1994-07-26 | United Technologies Corporation | Helicopter integrated fire and flight control having azimuth and pitch control |
RU2123165C1 (en) * | 1998-06-17 | 1998-12-10 | Акционерное общество открытого типа "ОКБ Сухого" | Opto-laser system for sighting and ranging of air targets |
RU2381447C1 (en) * | 2008-10-01 | 2010-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Геофизика-НВ" | Spherical positioner for remote object and method for afield positioning of remote object |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659897C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-07-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭргоПродакшн" | Photovideofixation module |
WO2019070151A1 (en) * | 2017-10-05 | 2019-04-11 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭргоПродакшн" | Photo/video recording module |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011141673A (en) | 2013-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5471218A (en) | Integrated terrestrial survey and satellite positioning system | |
US7728264B2 (en) | Precision targeting | |
US6727849B1 (en) | Seamless surveying system | |
US6369755B1 (en) | Integrated SATPS total survey station | |
US8471906B2 (en) | Miniature celestial direction detection system | |
US9341473B2 (en) | Geodetic survey system having a camera integrated in a remote control unit | |
US20120059575A1 (en) | Target locator device and methods | |
US6732051B1 (en) | Seamless surveying system | |
US20160178368A1 (en) | Portable gnss survey system | |
US11781868B2 (en) | System and method for GNSS reflective surface mapping and position fix estimation | |
CN109343072A (en) | Laser range finder | |
US11199631B2 (en) | Apparatus and methods for geo-locating one or more objects | |
US20140249750A1 (en) | Navigational and location determination system | |
US11914077B2 (en) | System and method for determination of origin displacement for a laser rangefinding instrument | |
US20210055103A1 (en) | Target device and surveying system | |
KR100963680B1 (en) | Apparatus and method for measuring remote target's axis using gps | |
US10006770B2 (en) | Remote location determination system | |
RU2522784C1 (en) | Laser pointer/range-finder | |
RU2486467C1 (en) | Apparatus for measuring and recording spherical coordinates of remote object and method of determining spherical coordinates of remote object on location | |
US10288738B1 (en) | Precision mobile baseline determination device and related method | |
RU116224U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING AND REGISTRATION OF SPHERICAL COORDINATES OF A REMOTE OBJECT IN AREA | |
RU2381447C1 (en) | Spherical positioner for remote object and method for afield positioning of remote object | |
RU157952U1 (en) | 24 HOUR OBSERVATION INSTRUMENT | |
US20240069211A1 (en) | Method for determining, using an optronic system, positions in a scene, and associated optronic system | |
Brown et al. | Precision Targeting Using GPS/Inertial-Aided Sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131015 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150210 |