RU2559820C1 - Method for navigation of moving objects - Google Patents
Method for navigation of moving objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559820C1 RU2559820C1 RU2014126546/07A RU2014126546A RU2559820C1 RU 2559820 C1 RU2559820 C1 RU 2559820C1 RU 2014126546/07 A RU2014126546/07 A RU 2014126546/07A RU 2014126546 A RU2014126546 A RU 2014126546A RU 2559820 C1 RU2559820 C1 RU 2559820C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- moving objects
- rays
- coordinates
- angles
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области навигации движущихся объектов и может быть использовано при построении различных систем локации, предназначенных для определения местоположения движущихся объектов, управления их движением и обеспечения навигации движущихся объектов.The invention relates to the field of navigation of moving objects and can be used in the construction of various location systems designed to determine the location of moving objects, control their movement and provide navigation for moving objects.
Известен способ навигации движущихся объектов (ДО) [1]. Способ навигации [1] осуществляется следующим образом.A known method of navigation of moving objects (TO) [1]. The navigation method [1] is as follows.
Используют информацию эталонной карты местности, установленной на ДО до начала движения, о навигационном поле земли.Use the information of the reference terrain map installed on the BS before the start of the movement about the navigation field of the earth.
Выбирают необходимый участок местности эталонной карты, который представляет собой мерный участок и определяется величиной допустимых отклонений местоположения ДО от заданного (квадрат неопределенности).Select the necessary area of the terrain of the reference map, which is a measured area and is determined by the value of the permissible deviations of the location of BEFORE the given (square of uncertainty).
Составляют текущую карту путем измерения параметров мерного участка с помощью трех лучей радиоволн, расположенных в одной плоскости, которая находится перпендикулярно направлению движения ДО.A current map is compiled by measuring the parameters of the measuring section using three rays of radio waves located in the same plane, which is perpendicular to the direction of motion of the DO.
Лучи радиоволн циклически излучают следующим образом. Первым излучают луч, направление распространения которого расположено в плоскости, ортогональной плоскости горизонта мерного участка или в плоскости, которая находится под углом к плоскости горизонта мерного участка (первый луч). Далее излучают лучи, направления распространения которых не совпадает с направлением распространения первого луча, причем направления распространения одной части лучей находятся слева (по направлению движения ДО) от первого луча, а другой части - справа (по направлению движения ДО) от первого луча.The rays of radio waves cyclically emit as follows. The first to emit a beam whose propagation direction is located in a plane orthogonal to the horizon plane of the measured section or in a plane that is at an angle to the horizontal plane of the measured section (first beam). Then, rays are emitted whose propagation directions do not coincide with the propagation direction of the first ray, and the propagation directions of one part of the rays are to the left (in the direction of motion of the DO) of the first ray, and the other part to the right (in the direction of motion of DO) of the first ray.
Вычисляют параметры мерного участка (высоту до поверхности мерного участка в точках пересечения лучей с поверхностью мерного участка в точках измерений) на основе измерений дальностей с помощью лучей радиоволн от ДО до поверхности мерного участка.The parameters of the measured area (height to the surface of the measured area at the points of intersection of the rays with the surface of the measured area at the measurement points) are calculated based on the measurement of ranges using radio waves from the DO to the surface of the measured area.
Проводят вычисления, аналогичные описанным выше, по эталонной карте для каждого возможного положения ДО внутри квадрата неопределенности для каждой гипотезы.Calculations are performed similar to those described above, using a reference map for each possible position of DO within the uncertainty square for each hypothesis.
Вычисляют для всех гипотез внутри квадрата неопределенности слагаемые показателя близости.For all hypotheses inside the square of uncertainty, the terms of the proximity indicator are calculated.
Проводят по завершении всех измерений поиск экстремума показателя близости.At the end of all measurements, an extremum of the proximity indicator is searched.
Определяют поправки к координатам местоположения ДО в плановых координатах мерного участка на основе анализа взаимных смещений эталонной и текущей карт местности мерного участка (смещение экстремума показателя близости от центра квадрата неопределенности).Corrections to the coordinates of the DO location in the planned coordinates of the measured area are determined based on the analysis of the mutual displacements of the reference and current terrain maps of the measured area (offset of the extremum of the proximity indicator from the center of the uncertainty square).
Вычисляют высоту ДО над поверхностью мерного участка в координатах мерного участка (в точке определения местоположения ДО в плановых координатах мерного участка).The height of the DO above the surface of the measured area is calculated in the coordinates of the measured area (at the point of determining the location of the DO in the planned coordinates of the measured area).
Выдают поправки к координатам местоположения ЛА в плановых координатах мерного участка по трем координатам.Corrections are given to the coordinates of the location of the aircraft in the planned coordinates of the measuring area in three coordinates.
Управляют движением ЛА путем коррекции их местоположения по трем координатам по мере прохождения мерного участка.Control the movement of the aircraft by correcting their location in three coordinates as you progress through the measuring section.
Недостатком способа [1] является отсутствие информации об углах эволюции движущегося объекта. Дело в том, что при движении положение ДО в пространстве - динамическое: постоянно возникают и действуют на условия измерений углы азимута, крена и тангажа [2]. Однако, углы азимута, крена и тангажа ДО в моменты проведения измерений не учитываются, что снижает точность навигации ДО.The disadvantage of this method [1] is the lack of information about the angles of evolution of a moving object. The fact is that during movement the position of DO in space is dynamic: the azimuth, roll and pitch angles constantly arise and act on the measurement conditions [2]. However, the azimuth, roll and pitch angles of DOs are not taken into account at the time of measurements, which reduces the accuracy of navigation of DOs.
Известен способ навигации движущихся объектов (ДО) [3], выбранный за прототип. Способ навигации [3] осуществляется следующим образом.A known method of navigation of moving objects (TO) [3], selected for the prototype. The navigation method [3] is as follows.
Используют информацию эталонной карты местности, установленной на ДО до начала движения, о навигационном поле земли.Use the information of the reference terrain map installed on the BS before the start of the movement about the navigation field of the earth.
Выбирают необходимый участок местности эталонной карты, который представляет собой мерный участок.Select the required area of the terrain of the reference map, which is a measured area.
Составляют текущую карту путем измерения параметров мерного участка с помощью трех лучей радиоволн. Циклически излучают лучи радиоволн: вначале первый - центральный луч (по направлению движения ДО), вторым - левый луч и третьим - правый луч относительно центрального луча. Лучи радиоволн находятся в одной плоскости (плоскость лучей), перпендикулярной направлению движения ДО.Make up the current map by measuring the parameters of the measured area using three rays of radio waves. Rays of radio waves emit cyclically: first, the first is the central ray (in the direction of motion of the DO), the second is the left ray and the third is the right ray relative to the central ray. The rays of the radio waves are in the same plane (the plane of the rays), perpendicular to the direction of motion of the DO.
При составлении текущей карты местности используют данные об измеренных значениях дальности с помощью лучей радиоволн, а также значения скорости и углах эволюций ДО (тангаж, крен и курс - априорно известные данные, полученные от иной системы измерения (инерциальная система навигации - ИНС) до проведения указанных ниже измерений). При этом данные об угле тангажа имеют собственную погрешность измерения.In compiling the current terrain map, data on the measured range values using radio wave beams are used, as well as the values of the velocity and angles of evolution of the DO (pitch, roll and course - a priori known data received from another measurement system (inertial navigation system - ANN) before the indicated below measurements). In this case, the pitch angle data have their own measurement error.
Измеряют дальности и интегральные параметры (ИП) отраженных сигналов (измеренных сигналов) по каждому лучу.Measure the ranges and integrated parameters (PI) of the reflected signals (measured signals) for each beam.
Определяют разности измерений левого и центрального лучей, правого и центрального лучей текущего измерения, а также вычисляют разности измерений центрального луча в текущем измерении и в предыдущем.The differences of measurements of the left and central rays, the right and central rays of the current measurement are determined, and the differences of measurements of the central beam in the current measurement and in the previous one are also calculated.
Вычисляют параметры мерного участка (высоту до поверхности мерного участка в точках измерений) на основе измерений дальностей с помощью лучей радиоволн от ДО до поверхности мерного участка.The parameters of the measured area (height to the surface of the measured area at the measurement points) are calculated on the basis of range measurements using radio waves from the DO to the surface of the measured area.
Проводят вычисления, аналогичные описанным выше, по эталонной карте для каждого возможного положения ДО внутри квадрата неопределенности для каждой гипотезы.Calculations are performed similar to those described above, using a reference map for each possible position of DO within the uncertainty square for each hypothesis.
Вычисляют для всех гипотез внутри квадрата неопределенности слагаемые показателя близости.For all hypotheses inside the square of uncertainty, the terms of the proximity indicator are calculated.
Проводят по завершении всех измерений поиск экстремума показателя близости.At the end of all measurements, an extremum of the proximity indicator is searched.
Определяют поправки к координатам местоположения ДО в плановых координатах мерного участка на основе анализа взаимных смещений эталонной и текущей карт местности мерного участка (смещение экстремума показателя близости от центра квадрата неопределенности).Corrections to the coordinates of the DO location in the planned coordinates of the measured area are determined based on the analysis of the mutual displacements of the reference and current terrain maps of the measured area (offset of the extremum of the proximity indicator from the center of the uncertainty square).
Вычисляют высоту ДО над поверхностью мерного участка в координатах мерного участка (в точке определения местоположения ДО в плановых координатах мерного участка).The height of the DO above the surface of the measured area is calculated in the coordinates of the measured area (at the point of determining the location of the DO in the planned coordinates of the measured area).
Для устранения погрешности измерения за счет колебаний ДО по тангажу, измеряют и запоминают интегральные параметры (ИП) измеренных отраженных сигналов по всем трем лучам при последнем измерении наклонных дальностей.To eliminate the measurement error due to pitch oscillations in pitch, the integrated parameters (PI) of the measured reflected signals are measured and stored for all three beams during the last measurement of inclined ranges.
Определяют на эталонной карте по определенным ранее точкам измерений в местной системе координат при последнем измерении дальностей средний угол наклона поверхности и тип подстилающей поверхности для каждого из лучей при последнем измерении.On the reference map, the average angle of inclination of the surface and the type of underlying surface for each of the rays during the last measurement are determined from the previously determined measurement points in the local coordinate system during the last range measurement.
Используют базу данных об ИП эталонных отраженных сигналов для трех лучей с учетом отклонения луча от вертикали и среднего угла наклона поверхности, а также типа подстилающей поверхности для каждого луча.A database of the IP of the reference reflected signals for three beams is used, taking into account the deviation of the beam from the vertical and the average angle of inclination of the surface, as well as the type of underlying surface for each beam.
Определяют величину дополнительного угла отклонения от вертикали по тангажу каждого из лучей за счет погрешности измерения угловых колебаний ДО по тангажу, используя ИП эталонных и измеренных отраженных сигналов по каждому лучу.The value of the additional angle of deviation from the vertical by the pitch of each of the rays is determined due to the error in measuring the angular oscillations of the DO by pitch, using the IP of the reference and measured reflected signals for each beam.
Уточняют поправки к координатам ДО по плановым координатам и высоте на основе определения дополнительного угла отклонения от вертикали по тангажу каждого луча.Corrections are made to the coordinates of DOs according to the planned coordinates and height based on the determination of the additional angle of deviation from the vertical by the pitch of each beam.
Выдают поправки к координатам местоположения ДО в плановых координатах мерного участка по трем координатам.Corrections are given to the coordinates of the DO location in the planned coordinates of the measuring section along three coordinates.
Управляют движением ДО путем коррекции его местоположения по трем координатам (плановые и высота) по мере прохождения мерного участка.They control the motion of the DO by correcting its location in three coordinates (planned and height) as the measured section passes.
Недостатком способа [3] является низкая точность определения дополнительного угла отклонения от вертикали по тангажу, поскольку данные об ИП эталонных отраженных сигналов для трех лучей с учетом отклонения луча от вертикали, среднего угла наклона поверхности и типа подстилающей поверхности для каждого луча не учитывают конкретный рельеф местности на мерном участке. Кроме этого, отсутствие информации о других углах эволюции движущегося объекта, кроме тангажа, дополнительно снижает точность навигации ДО.The disadvantage of the method [3] is the low accuracy of determining the additional angle of deviation from the vertical by pitch, since the data on the IP of the reference reflected signals for three rays, taking into account the deviation of the beam from the vertical, the average angle of inclination of the surface and the type of underlying surface for each beam do not take into account the specific terrain on a measured site. In addition, the lack of information about other angles of evolution of a moving object, except pitch, further reduces the accuracy of navigation DO.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности навигации за счет определения углов эволюции движущегося объекта - азимута, крена и тангажа при каждом цикле измерений дальности при движении ДО над мерным участком путем измерения доплеровских частот, возникающих при измерении наклонной дальности.The technical result of the invention is to increase the accuracy of navigation by determining the angles of evolution of a moving object - azimuth, roll and pitch during each cycle of range measurements when moving DO above the measured area by measuring the Doppler frequencies that arise when measuring the slant range.
Технический результат достигается тем, что в способе навигации движущихся объектов, заключающемся в использовании эталонной карты местности как априорной информации о навигационном поле, выборе участка местности (мерный участок), находящегося в пределах эталонной карты, составлении текущей карты путем вычисления плановых координат мерного участка на основе измерений дальностей с помощью многолучевого режима измерения при помощи радиоволн, циклически излучаемых в виде лучей, из которых первым излучают центральный, а потом - левые и правые боковые относительно центрального, определении разности результатов многолучевых измерений, определении угловых колебаний движущихся объектов по тангажу, сравнении значений плановых координат текущей и эталонной карт, вычислении местоположения движущихся объектов по трем координатам эталонной карты (плановые координаты и высота), вычислении сигнала коррекции траектории движения и управлении движением движущихся объектов путем коррекции их местоположения по трем координатам эталонной карты (плановые координаты и высота) за время движения движущихся объектов над мерным участком при составлении текущей карты на основе измерений дальностей с помощью многолучевого режима измерения лучи радиоволн расположены в двух ортогональных плоскостях, каждая из которых повернута вокруг центрального луча на угол, равный 45 градусов, относительно продольной оси движущихся объектов, а центральный луч перпендикулярен продольной оси движущихся объектов. Лучи радиоволн сгруппированы так, что к одной ортогональной плоскости принадлежат первый луч центральный, левые лучи боковые, расположенные впереди центрального луча, и правые лучи боковые, расположенные сзади центрального луча, а к другой ортогональной плоскости принадлежат первый луч центральный, левые лучи боковые, расположенные сзади центрального луча, и правые лучи боковые, расположенные впереди центрального луча по направлению движения движущихся объектов. Боковые лучи, принадлежащие одной плоскости, попарно симметричны относительно центрального луча. Вычисление сигнала коррекции траектории движения движущихся объектов осуществляют с учетом, кроме угла тангажа, углов азимута и крена. Углы эволюции - азимут, крен и тангаж определяют в динамике на основе анализа значений доплеровских частот, возникающих при измерениях дальностей по каждому лучу. Для анализа значений доплеровских частот используют массив значений доплеровских частот, получаемый по измерениям доплеровских частот левых и правых боковых лучей для каждой ортогональной плоскости при каждом цикле многолучевого режима измерения. Значение и знак углов азимута, крена и тангажа при каждом измерении дальностей определяют путем сравнения измеренного массива значений доплеровских частот с массивом значений доплеровских частот, соответствующего нулевым значениям углов азимута, крена и тангажа для каждого из боковых лучей ортогональных плоскостей соответственно.The technical result is achieved by the fact that in the method of navigation of moving objects, which consists in using the reference terrain map as a priori information about the navigation field, selecting a terrain (measured portion) within the reference map, compiling the current map by calculating the planned coordinates of the measured portion based on range measurements using the multi-beam measurement mode using radio waves cyclically emitted in the form of rays, of which the central one is emitted first, and then the left and others lateral with respect to the central one, determining the difference in the results of multipath measurements, determining the angular oscillations of moving objects by the pitch, comparing the values of the planned coordinates of the current and reference maps, calculating the location of moving objects by the three coordinates of the reference map (planned coordinates and height), calculating the signal for correcting the motion path and controlling the movement of moving objects by correcting their location in three coordinates of the reference map (planned coordinates and height) over time The names of the movement of moving objects over the measured area when compiling the current map based on range measurements using the multi-beam measurement mode, the radio waves are located in two orthogonal planes, each of which is rotated around the central beam by an angle equal to 45 degrees relative to the longitudinal axis of the moving objects, and the central the beam is perpendicular to the longitudinal axis of moving objects. The rays of the radio waves are grouped so that the first central beam belongs to one orthogonal plane, the left side rays are located in front of the central beam, and the right side rays are located behind the central beam, and the first central beam belongs to the other orthogonal plane, the left side rays located at the back the central beam, and the right side rays, located in front of the central beam in the direction of movement of moving objects. Side rays belonging to one plane are pairwise symmetrical with respect to the central ray. The calculation of the correction signal of the trajectory of moving objects is carried out taking into account, in addition to the pitch angle, azimuth and roll angles. Evolution angles — azimuth, roll, and pitch — are determined in dynamics based on an analysis of the values of Doppler frequencies arising from the measurements of ranges for each ray. To analyze the values of Doppler frequencies, an array of values of Doppler frequencies is used, obtained from measurements of the Doppler frequencies of the left and right side rays for each orthogonal plane for each cycle of the multipath measurement mode. The value and sign of the angles of azimuth, roll and pitch for each range measurement is determined by comparing the measured array of Doppler frequencies with an array of Doppler frequencies corresponding to zero values of the azimuth, roll and pitch angles for each of the lateral rays of the orthogonal planes, respectively.
Способ навигации ДО поясняют следующие чертежи:The navigation method TO explain the following drawings:
- на фигуре 1 показаны две ортогональные плоскости А и В; в плоскости А расположены лучи: центральный, первый левый и первый правый; в плоскости В расположены лучи: центральный, второй левый и второй правый; указано положение плоскостей А и В относительно направления движения;- figure 1 shows two orthogonal planes A and B; in the plane A there are rays: central, first left and first right; in the plane B there are rays: central, second left and second right; the position of the planes A and B relative to the direction of movement is indicated;
- на фигуре 2 определены углы азимута, крена и тангажа;- figure 2 defines the angles of azimuth, roll and pitch;
- на фигуре 3 показана связанная система координат движущегося объекта согласно ГОСТ 20058-80 [3], ОХ - продольная ось связанной системы координат ДО, OY - нормальная ось связанной системы координат ДО, скорость
- на фигуре 4 показан массив значений доплеровских частот FД (черные треугольники, обозначенные как 1-4) на подстилающей поверхности в плановых координатах мерного участка при действии угла тангажа αТ>0 для нулевых значений углов крена и азимута αК=αА=0, черные точки - значение доплеровской частоты при отсутствии углов эволюции;- figure 4 shows an array of values of Doppler frequencies F D (black triangles, designated as 1-4) on the underlying surface in the planned coordinates of the measured area when the pitch angle α T > 0 for zero roll angles and azimuth α K = α A = 0, black dots - the value of the Doppler frequency in the absence of evolution angles;
- на фигуре 5 показан массив значений доплеровских частот FД (черные треугольники, обозначенные как 1-4) на подстилающей поверхности в плановых координатах мерного участка при действии угла крена αК>0 для нулевых значений углов тангажа и азимута αТ=αА=0, черные точки - значение доплеровской частоты при отсутствии углов эволюции;- figure 5 shows an array of values of Doppler frequencies F D (black triangles, designated as 1-4) on the underlying surface in the planned coordinates of the measured area when the roll angle α K > 0 for zero pitch and azimuth angles α T = α A = 0, black dots - the value of the Doppler frequency in the absence of evolution angles;
- на фигуре 6 показан массив значений доплеровских частот FД (черные треугольники, обозначенные как 1-4) на подстилающей поверхности в плановых координатах мерного участка при действии угла азимута αА>0 для нулевых значений углов крена и тангажа αК=αT=0, черные точки - значение доплеровской частоты при отсутствии углов эволюции.- figure 6 shows an array of values of Doppler frequencies F D (black triangles, designated as 1-4) on the underlying surface in the planned coordinates of the measured section under the action of the azimuth angle α A > 0 for zero values of the angle of heel and pitch α K = α T = 0, black dots - the value of the Doppler frequency in the absence of evolution angles.
Способ навигации реализуется следующим образом.The navigation method is implemented as follows.
Реализацию способа навигации ДО рассмотрим на примере составления текущей карты с помощью многолучевых измерений с использованием пяти лучей радиоволн, которые расположены в плоскостях А и В (по три в каждой плоскости) (фиг. 1).The implementation of the navigation method BEFORE we consider the example of compiling the current map using multipath measurements using five rays of radio waves that are located in planes A and B (three in each plane) (Fig. 1).
Будем использовать корреляционно-экстремальный способ навигации (КЭСН), основанный на сравнении текущих карт местности с эталонными картами той же местности, в основе которого лежит определение местоположения ДО с последующим управлением движением ДО путем коррекции их местоположения. Эталонные карты устанавливают на ДО до момента начала движения над заданной поверхностью местности, а текущие карты получают во время движения ДО. По отклонениям эталонных карт местности от текущих в заданной точке траектории движения ДО определяют отклонение фактической траектории от заданной, по которому вырабатывают сигнал коррекции траектории движения и управляют движением движущихся объектов путем коррекции их местоположения.We will use the correlation-extreme method of navigation (KESN), based on a comparison of current terrain maps with reference maps of the same terrain, which is based on determining the location of DOs and then controlling the movement of DOs by correcting their location. Reference cards are installed on the DO until the start of movement over a given surface of the area, and the current cards are received during the movement of DO. The deviation of the reference terrain maps from the current ones at the given point of the trajectory of movement before determines the deviation of the actual trajectory from the given one, by which a signal for correcting the trajectory of movement is generated and the movement of moving objects is controlled by correcting their location.
Сравнение эталонной и текущей карт осуществляется на основе вычисления функционалов, достигающих глобального экстремума при полном совмещении изображений указанных карт. Для обработки полученной при движении ДО информации используют разностные алгоритмы, основанные на вычислении разностей измеренных наклонных дальностей текущей карты.Comparison of the reference and current cards is carried out on the basis of the calculation of the functionals that reach the global extremum with full combination of images of these cards. To process the information obtained during the DL movement, difference algorithms are used, based on the calculation of the differences of the measured slope ranges of the current map.
За время движения над мерным участком определяют текущую карту местности, для составления которой используют данные об измеренных значениях дальности с помощью лучей радиоволн, а также значения скорости и углов эволюций ДО (тангаж, крен и азимут) - априори известные данные, полученные другими средствами (инерциальная система ДО) до проведения указанных ниже измерений.During the movement over the measured area, the current map of the area is determined, for compiling which data on the measured values of the range using the rays of radio waves, as well as the values of the speed and angles of evolution of DOs (pitch, roll and azimuth) are used - a priori known data obtained by other means (inertial DO system) before taking the measurements below.
Исходными данными для вычислений в КЭСН являются:The initial data for calculations in KESN are:
- эталонная карта, представляющая собой массив данных о рельефе местности;- a reference map, which is an array of data on the terrain;
- база данных зависимости значений и знаков углов азимута, крена и тангажа от изменения массива значений измеренных доплеровских частот по сравнению массивом значений доплеровских частот при нулевых значениях углов азимута, крена и тангажа (массив значений эталонных доплеровских частот);- a database of the dependence of the values and signs of the angles of azimuth, roll and pitch on the change in the array of values of the measured Doppler frequencies compared to the array of values of Doppler frequencies at zero values of the angles of azimuth, roll and pitch (array of values of the reference Doppler frequencies);
- текущая карта, представляющая собой массив измеренных дальностей по всем лучам, полученных в каждом измерении для двух ортогональных плоскостей.- the current map, which is an array of measured distances for all beams obtained in each measurement for two orthogonal planes.
Излучают циклически лучи радиоволн. В каждом цикле лучи радиоволн излучают последовательно в следующем порядке. Центральный луч принадлежит к двум плоскостям: А и В. Вначале излучают лучи плоскости А: первым - центральный луч, расположенный перпендикулярно направлению движения ДО (фиг. 1), вторым - первый левый луч, расположенный слева впереди относительно центрального по направлению движения ДО, третьим - первый правый луч, расположенный справа сзади относительно центрального по направлению движения ДО. Затем излучают лучи плоскости В: четвертым - второй левый луч, расположенный слева сзади относительно центрального по направлению движения ДО, пятым - второй правый луч, расположенный справа спереди относительно центрального по направлению движения ДО (фиг. 1). Угол между левыми лучами и центральным лучом равен углам между правыми лучами и центральным лучом. Плоскости А и В повернуты вокруг центрального луча на угол, равный 45 градусов, относительно продольной оси движущихся объектов и ортогональны друг другу.Rays of radio waves emit cyclically. In each cycle, the rays of radio waves emit sequentially in the following order. The central ray belongs to two planes: A and B. First, the rays of plane A emit: the first is the central ray located perpendicular to the direction of motion of the DO (Fig. 1), the second is the first left ray located left ahead in front of the central direction of motion of the DO, the third - the first right ray, located on the right behind from the center in the direction of motion DO. Then the rays of plane B are emitted: the fourth is the second left ray located to the left rear relative to the central direction of motion of the DO, the fifth is the second right ray located to the right in front of the central direction of motion of the DO (Fig. 1). The angle between the left rays and the central beam is equal to the angles between the right rays and the central beam. The planes A and B are rotated around the central beam by an angle equal to 45 degrees relative to the longitudinal axis of moving objects and are orthogonal to each other.
Измеряют циклически дальности до рельефа местности по каждому из пяти лучей (фиг. 1).Cyclically measure the distance to the terrain for each of the five rays (Fig. 1).
Измеряют циклически доплеровские частоты FД, возникающие при измерениях дальностей в боковых лучах: первый и второй левые лучи и первый и второй правые лучи. Доплеровские частоты для данного цикла измерений составляют массив частот, который определяется четырьмя значениями: значениями доплеровских частот отраженных сигналов по левым (первому и второму) и правым (первому и второму) лучам соответственно - четыре черных точки на фиг. 4-6.Cyclically measure the Doppler frequencies F D that arise when measuring distances in the lateral rays: the first and second left rays and the first and second right rays. The Doppler frequencies for a given measurement cycle comprise an array of frequencies, which is determined by four values: the values of the Doppler frequencies of the reflected signals along the left (first and second) and right (first and second) rays, respectively — four black dots in FIG. 4-6.
Определяют разности измерений дальностей первого левого и центрального лучей, первого правого и центрального лучей, второго левого и центрального лучей, второго правого и центрального лучей текущего цикла измерений, а также вычисляют разности измерений центрального луча в текущем цикле и в предыдущем.The differences in the measurements of the ranges of the first left and central rays, the first right and central rays, the second left and central rays, the second right and central rays of the current measurement cycle are determined, and the differences in the measurements of the central beam in the current cycle and in the previous one are also calculated.
При движении ДО действуют углы эволюций: углы крена αК, тангажа αТ и азимута αА (фиг. 2).When the DO moves, the angles of evolution act: the angles of roll α K , pitch α T and azimuth α A (Fig. 2).
Определяют значение и знак углов азимута, крена и тангажа при каждом цикле измерения дальностей, сравнивая массив измеренных доплеровских частот с массивом эталонных доплеровских частот.The value and sign of the azimuth, roll and pitch angles are determined for each range measurement cycle by comparing the array of measured Doppler frequencies with the array of reference Doppler frequencies.
По полученным данным о дальностях, а также об углах эволюции ДО вычисляют координаты точек измерений в системе координат, связанной с ДО (фиг. 3).Based on the obtained data on the ranges, as well as on the angles of evolution of the DO, the coordinates of the measurement points in the coordinate system associated with the DO are calculated (Fig. 3).
Вычисляют местные координаты проекции точки траектории ДО на плоскость плановых координат в координатах мерного участка.The local coordinates of the projection of the point of the trajectory DO on the plane of the planned coordinates in the coordinates of the measured area are calculated.
Вычисляют параметры мерного участка (высоту до поверхности мерного участка в точках измерений) на основе разности измерений дальностей от ДО до поверхности мерного участка и определенных значений углов эволюций азимута, крена и тангажа (текущая карта).The parameters of the measuring section (height to the surface of the measuring section at the measurement points) are calculated based on the difference in the measurements of the distances from the BS to the surface of the measuring section and the determined values of the angles of evolution of azimuth, roll and pitch (current map).
Вычисляют в каждом цикле измерений для всех гипотез внутри квадрата неопределенности слагаемое показателя близости текущей и эталонной карт.In each measurement cycle, for all hypotheses inside the uncertainty square, the term of the proximity indicator of the current and reference maps is calculated.
Проводят по завершении всех измерений поиск экстремума показателя близости.At the end of all measurements, an extremum of the proximity indicator is searched.
Определяют поправки к координатам местоположения ДО по плановым координатам мерного участка и высоте.Corrections to the coordinates of the DO location are determined by the planned coordinates of the measuring section and height.
Выдают поправки к координатам местоположения ДО в плановых координатах мерного участка по трем координатам с учетом углов эволюции.Corrections are given to the coordinates of the DO location in the planned coordinates of the measuring section in three coordinates, taking into account the angles of evolution.
Управляют движением ДО путем коррекции его местоположения по трем координатам (плановые и высота).They control the movement of DO by correcting its location in three coordinates (planned and height).
Управление движением ДО осуществляется в темпе поступления измеренной информации, но с более высокой точностью, поскольку по мере прохождения мерного участка осуществляется коррекция местоположения ДО с учетом поправок на действующие углы эволюций.The motion of the DO is carried out at the rate of receipt of the measured information, but with higher accuracy, since, as the measured section is passed, the location of the DO is corrected taking into account amendments to the working angles of evolution.
Рассмотрим предложенный алгоритм подробнее.Consider the proposed algorithm in more detail.
В каждом цикле измерений используют пять лучей (фиг. 1), которые дают пять значений дальности и четыре значения доплеровских частот (центральный луч дает нулевую частоту).In each measurement cycle, five beams are used (Fig. 1), which give five values of range and four values of Doppler frequencies (the central beam gives a zero frequency).
При отсутствии углов эволюции ДО, когда αТ=αК=αА=0, значения доплеровских частот для всех боковых лучей равны между собой и определены как FД. На фиг. 4-6 эта частота обозначена черными точками.In the absence of angles of evolution of DO, when α T = α K = α A = 0, the values of Doppler frequencies for all side rays are equal to each other and are defined as F D. In FIG. 4-6, this frequency is indicated by black dots.
При наличии углов эволюций ДО значения доплеровских частот для каждого луча изменяются (происходит их смещение):In the presence of angles of evolution of DO, the values of the Doppler frequencies for each ray change (they shift):
- при действии угла тангажа, когда αТ≠0, для нулевых значений углов крена и азимута αК=αА=0 происходит смещение точек пересечения лучей с поверхностью относительно направления движения (фиг. 4); доплеровские частоты принимают значения, обозначенные черными треугольникам с номерами 1-4;- under the action of the pitch angle, when α T ≠ 0, for zero roll angles and azimuth α K = α A = 0, the points of intersection of the rays with the surface shift relative to the direction of movement (Fig. 4); Doppler frequencies take the values indicated by black triangles with numbers 1-4;
- при действии угла крена, когда αК≠0, для нулевых значений углов тангажа и азимута αТ=αА=0 происходит смещение точек пересечения лучей с поверхностью относительно направления движения (фиг. 5); доплеровские частоты принимают значения, обозначенные черными треугольникам с номерами 1-4;- under the action of the angle of heel, when α K ≠ 0, for zero values of the pitch and azimuth angles α T = α A = 0, the points of intersection of the rays with the surface shift relative to the direction of movement (Fig. 5); Doppler frequencies take the values indicated by black triangles with numbers 1-4;
- при действии угла азимута, когда αА≠0, для нулевых значений углов крена и тангажа αК=αТ=0 происходит смещение точек пересечения лучей с поверхностью относительно направления движения (фиг. 6); доплеровские частоты принимают значения, обозначенные черными треугольникам с номерами 1-4.- under the action of the azimuth angle, when α A ≠ 0, for zero roll angles and pitch α K = α T = 0, the points of intersection of the rays with the surface shift relative to the direction of movement (Fig. 6); Doppler frequencies take the values indicated by black triangles with numbers 1-4.
Направление смещения значений доплеровских частот (вверх-вниз, вправо-влево и т.д.) определяется знаком соответствующего угла эволюции (фиг. 4-6).The direction of the shift in the values of the Doppler frequencies (up-down, right-left, etc.) is determined by the sign of the corresponding evolutionary angle (Fig. 4-6).
По сдвигу (изменению) массива измеренных доплеровских частот (фиг. 4-6) относительно массива доплеровских частот, соответствующих нулевым значениям углов азимута, крена и тангажа, определяют и фиксируют значение и знак углов азимута, крена и тангажа при каждом цикле измерения дальностей. При этом измеренная доплеровская частота представляет собой среднее значение доплеровских частот за период измерения одной дальности на траектории движения ДО по каждому лучу.By shifting (changing) the array of measured Doppler frequencies (Fig. 4-6) relative to the array of Doppler frequencies corresponding to zero values of the angles of azimuth, roll and pitch, determine and fix the value and sign of the angles of azimuth, roll and pitch at each range measurement cycle. In this case, the measured Doppler frequency is the average value of Doppler frequencies for the period of measurement of one range on the path of the DO along each beam.
Сдвиг (изменение) массивов доплеровских частот определяют по четырем боковым лучам в каждом цикле измерений.The shift (change) of arrays of Doppler frequencies is determined by four side beams in each measurement cycle.
Определяют в каждом цикле измерений значения и знаки углов азимута, крена и тангажа по базе данных зависимости значений и знака углов азимута, крена и тангажа от изменения (сдвига) массива значений измеренных доплеровских частот относительно массива значений эталонных доплеровских частот.In each measurement cycle, the values and signs of the angles of azimuth, roll and pitch are determined from the database of the dependence of the values and sign of the angles of azimuth, roll and pitch on the change (shift) of the array of values of the measured Doppler frequencies relative to the array of values of the reference Doppler frequencies.
Поскольку число лучей изменилось по сравнению с прототипом, то показатель близости для пяти зондирующих лучей запишем в видеSince the number of rays has changed compared with the prototype, the proximity indicator for the five probing rays is written in the form
Здесь использованы обозначения: ПЛЦ - первый левый-центральный (лучи), ППЦ - первый правый-центральный (лучи), ВЛЦ - второй левый-центральный (лучи), ВПЦ - второй правый-центральный (лучи), ЦЦ - центральный-центральный лучи и обозначено: nhx и nhy - горизонтальное и вертикальное смещения текущей карты относительно эталонной, которое отсчитываются от левого нижнего угла эталонной карты, для которого nhx=nhy=0; К - количество измерений;
Можно оценить степень влияния углов эволюции на доплеровскую частоту. При отсутствии углов эволюций αT=αК=αА=0 доплеровская частота будет равна константе FД0=const, которая определяется скоростью движения ДО, длиной волны излучаемых радиоволн и углом отклонения направления излучения от вектора скорости ДО. Так, при скорости движении ДО, равной 330 м/с, частоте излучения 10 ГГц, при горизонтальном полете, для угла между боковыми лучами и вертикалью 10° и при отсутствии углов эволюции ДО доплеровская частота составит 22 кГц.The degree of influence of evolution angles on the Doppler frequency can be estimated. In the absence of evolution angles α T = α K = α A = 0, the Doppler frequency will be equal to the constant F Д0 = const, which is determined by the velocity of the DO, the wavelength of the emitted radio waves, and the angle of deviation of the direction of radiation from the DO velocity vector. So, at a DO speed of 330 m / s, a radiation frequency of 10 GHz, for horizontal flight, for an angle between side beams and a vertical of 10 ° and in the absence of DO angles of evolution, the Doppler frequency will be 22 kHz.
Отклонение доплеровской частоты при αT=αК=0 и αА=10° составит 900 Гц, отклонение доплеровской частоты при αT=αК=0 и αА=1° составит 70 Гц, отклонение доплеровской частоты при αT=αК=0 и αА=0,1° составит 7 Гц. Моделирование рассмотренного алгоритма, а также анализ состояния современной техники показали, что способ позволяет выявить значения углов эволюции при их изменении на 0,1°.The deviation of the Doppler frequency at α T = α K = 0 and α A = 10 ° will be 900 Hz, the deviation of the Doppler frequency at α T = α K = 0 and α A = 1 ° will be 70 Hz, the deviation of the Doppler frequency at α T = α K = 0 and α A = 0.1 ° will be 7 Hz. Modeling of the considered algorithm, as well as analysis of the state of modern technology showed that the method allows to identify the values of the angles of evolution when they change by 0.1 °.
Важно отметить, что рассмотренный способ навигации ДО с предложенным алгоритмом сохраняет свои положительные свойства и при большем количестве лучей радиоволн (центральный луч остается один, а количество боковых лучей слева и справа относительно центрального увеличивается и может быть по два, по три и д.т.). При этом за счет получения дополнительной информации по доплеровским частотам повышается точность определения углов эволюции. Число используемых лучей радиоволн определяется только временем, в течение которого обеспечивается измерение местоположения ДО при движении над мерным участком поверхности.It is important to note that the considered method of DO navigation with the proposed algorithm retains its positive properties even with a greater number of radio waves (the central beam remains one, and the number of side rays from the left and right relative to the central one increases and can be two, three, and so on). ) Moreover, by obtaining additional information on Doppler frequencies, the accuracy of determining the angles of evolution is increased. The number of used rays of radio waves is determined only by the time during which it is possible to measure the location of DO when moving above a measured surface area.
Таким образом, способ навигации движущихся объектов обладает рядом существенных преимуществ перед аналогом и прототипом, поскольку значительно повышается точность навигации - повышается точность определения поправок к координатам ДО по трем координатам за счет учета действия углов эволюции ДО - азимуту, крену и тангажу при движении ДО.Thus, the method of navigation of moving objects has a number of significant advantages over the analogue and prototype, since the navigation accuracy is significantly improved - the accuracy of determining corrections to DO coordinates by three coordinates is increased by taking into account the action of DO angles of evolution - azimuth, roll and pitch during DO movement.
Управление движением ДО осуществляется в темпе поступления измеренной информации, но с более высокой точностью, поскольку по мере прохождения мерного участка коррекция местоположения ДО осуществляется с учетом возникающих углов эволюции ДО.The motion of the DO is controlled at the rate of receipt of the measured information, but with higher accuracy, since, as the measured section passes, the location of the DO is corrected taking into account the emerging angles of DO evolution.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1 Патент №2338158 РФ. МПК G01С 21/00 (2006.01). Способ навигации летательных аппаратов / Хрусталев А.А., Кольцов Ю.В. Егоров С.Н. // Изобретения. Полезные модели. - 2008. - Опубл. 10.11.2008. - Бюл. №31.1 Patent No. 2338158 of the Russian Federation. IPC G01C 21/00 (2006.01). Aircraft navigation method / Khrustalev A.A., Koltsov Yu.V. Egorov S.N. // Inventions. Useful models. - 2008. - Publ. 11/10/2008. - Bull. No. 31.
2 ГОСТ 20058-80. Динамика летательного аппарата в атмосфере. Термины, определения и обозначения. - М.: Госкомитет по стандартам, 1980. - 54 С.2 GOST 20058-80. The dynamics of the aircraft in the atmosphere. Terms, definitions and designations. - M.: State Committee for Standards, 1980. - 54 C.
3 Патент №2471152 РФ МПК G01C 23/00 (2006.01), G01S 5/02 (2010.01). Способ навигации летательных аппаратов / Хрусталев А.А., Кольцов Ю.В. // Изобретения. Полезные модели. - 2012. - Опубл. 27.12.2012. - Бюл. №36. (прототип).3 Patent No. 2471152 of the Russian Federation IPC G01C 23/00 (2006.01), G01S 5/02 (2010.01). Aircraft navigation method / Khrustalev A.A., Koltsov Yu.V. // Inventions. Useful models. - 2012. - Publ. 12/27/2012. - Bull. Number 36. (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014126546/07A RU2559820C1 (en) | 2014-06-30 | 2014-06-30 | Method for navigation of moving objects |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014126546/07A RU2559820C1 (en) | 2014-06-30 | 2014-06-30 | Method for navigation of moving objects |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2559820C1 true RU2559820C1 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=53796523
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014126546/07A RU2559820C1 (en) | 2014-06-30 | 2014-06-30 | Method for navigation of moving objects |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2559820C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2611564C1 (en) * | 2016-02-11 | 2017-02-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of aircrafts navigation |
RU2626017C1 (en) * | 2016-07-25 | 2017-07-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of navigating mobile object |
RU2671937C1 (en) * | 2017-10-13 | 2018-11-07 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Moving object true course determining method |
CN110926459A (en) * | 2019-10-17 | 2020-03-27 | 广州南方卫星导航仪器有限公司 | Method and equipment for processing multi-beam data and storage medium thereof |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2130622C1 (en) * | 1997-12-19 | 1999-05-20 | Военный инженерно-космический университет им. А.Ф.Можайского | Method of group navigation of moving objects |
US5928304A (en) * | 1996-10-16 | 1999-07-27 | Raytheon Company | Vessel traffic system |
JP4018548B2 (en) * | 2003-01-08 | 2007-12-05 | 株式会社東芝 | Navigation support apparatus, aircraft equipped with this navigation support apparatus, and navigation support method |
RU2471152C1 (en) * | 2011-04-18 | 2012-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of aircraft navigation |
RU2481557C1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for navigation of moving objects |
EP2686640A1 (en) * | 2011-03-15 | 2014-01-22 | Raytheon Anschütz GmbH | Method and device for fusing partitioned correlated signals |
RU2510518C1 (en) * | 2012-08-17 | 2014-03-27 | Закрытое акционерное общество "ВНИИРА-Навигатор" | Compound method for aircraft navigation |
-
2014
- 2014-06-30 RU RU2014126546/07A patent/RU2559820C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5928304A (en) * | 1996-10-16 | 1999-07-27 | Raytheon Company | Vessel traffic system |
RU2130622C1 (en) * | 1997-12-19 | 1999-05-20 | Военный инженерно-космический университет им. А.Ф.Можайского | Method of group navigation of moving objects |
JP4018548B2 (en) * | 2003-01-08 | 2007-12-05 | 株式会社東芝 | Navigation support apparatus, aircraft equipped with this navigation support apparatus, and navigation support method |
EP2686640A1 (en) * | 2011-03-15 | 2014-01-22 | Raytheon Anschütz GmbH | Method and device for fusing partitioned correlated signals |
RU2471152C1 (en) * | 2011-04-18 | 2012-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of aircraft navigation |
RU2481557C1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for navigation of moving objects |
RU2510518C1 (en) * | 2012-08-17 | 2014-03-27 | Закрытое акционерное общество "ВНИИРА-Навигатор" | Compound method for aircraft navigation |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2611564C1 (en) * | 2016-02-11 | 2017-02-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of aircrafts navigation |
RU2626017C1 (en) * | 2016-07-25 | 2017-07-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of navigating mobile object |
RU2671937C1 (en) * | 2017-10-13 | 2018-11-07 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Moving object true course determining method |
CN110926459A (en) * | 2019-10-17 | 2020-03-27 | 广州南方卫星导航仪器有限公司 | Method and equipment for processing multi-beam data and storage medium thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110873570B (en) | Method and apparatus for sourcing, generating and updating a map representing a location | |
RU2623452C1 (en) | Method of navigation of moving objects | |
JP3485336B2 (en) | Method and apparatus for determining the position of a vehicle | |
JP7170103B2 (en) | Aircraft landing system and method | |
RU2559820C1 (en) | Method for navigation of moving objects | |
RU2611564C1 (en) | Method of aircrafts navigation | |
RU2471152C1 (en) | Method of aircraft navigation | |
RU2515469C1 (en) | Method of aircraft navigation | |
RU2567865C1 (en) | Positioning of remote object by range-and-position finders (rpf) | |
JP2023164553A (en) | Position estimation device, estimation device, control method, program and storage medium | |
KR101856826B1 (en) | A terrain-aided navigation apparatus using a multi-look angle radar altimeter | |
RU2338158C1 (en) | Method for aircraft navigation | |
RU2680969C1 (en) | Method of aircraft navigation | |
RU2284544C1 (en) | Method of navigation of flying vehicles | |
RU2638177C1 (en) | Method for determining source of radio emissions coordinate from aircraft | |
de Ponte Müller et al. | Characterization of a laser scanner sensor for the use as a reference system in vehicular relative positioning | |
RU2385468C1 (en) | Method of navigating moving objects | |
RU2340874C1 (en) | Aircraft navigation method | |
RU2483324C1 (en) | Method for aircraft navigation on radar images of earth's surface | |
RU2564552C1 (en) | Navigation method of airborne vehicle as per radar images of earth surface | |
RU2406071C1 (en) | Method of mobile object navigation | |
RU2426073C1 (en) | Navigation method of moving objects | |
RU2654955C2 (en) | Method of the aircrafts navigation by the location elevations maps accuracy increasing and the navigation system using this method | |
RU2624467C2 (en) | Method of determining height of two-dimensional radar station target | |
RU2660776C1 (en) | Method of aircraft control on- course in goniometric two-position radar system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190507 |