RU2638358C2 - Способ повышения точности местоопределения наземного подвижного объекта и устройство для его реализации - Google Patents
Способ повышения точности местоопределения наземного подвижного объекта и устройство для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2638358C2 RU2638358C2 RU2015153225A RU2015153225A RU2638358C2 RU 2638358 C2 RU2638358 C2 RU 2638358C2 RU 2015153225 A RU2015153225 A RU 2015153225A RU 2015153225 A RU2015153225 A RU 2015153225A RU 2638358 C2 RU2638358 C2 RU 2638358C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinates
- path
- unit
- movement
- satellite navigation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат подвижных наземных объектов, в частности железнодорожных и автотранспортных средств, особенно в автономных и частично автономных навигационных системах, передвигающихся по известным дорогам. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение точности определения координат. Для достижения данного результата в способе, основанном на определении местоположения подвижных наземных объектов в автономном режиме, при котором осуществляется отсчет от последних известных координат, полученных при помощи обработки сигналов спутниковой навигационной системы и/или сигналов от опорных средств, измеряются параметры движения объектов и производятся расчеты географических координат. При этом устройство содержит датчик пути, блок контроля курса и местоположения, блок хранения цифровой модели пути, датчик высоты над уровнем моря, блок управления и индикации, вычислительный блок, причем в исходном состоянии с блока управления и индикации в вычислительный блок записываются на основании цифровой модели пути исходные данные, соответствующие координатам движущегося объекта в начале движения и начального значения дирекционного угла, а в процессе своего движения датчик пути, блок контроля курса и местоположения и датчик высоты над уровнем моря вырабатывают сигналы о текущих значениях приращения пройденного пути, дирекционного угла и высоты над уровнем моря, в вычислительном блоке обрабатываются по алгоритму решения прямой геодезической задачи, определяются текущие значения координат, определяются коэффициенты согласования пути и величины коррекции курсового угла для пар координат, а поле попарной коррекции и усреднения сравниваются с цифровой моделью пути, и формируется окончательное значение координат. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат подвижных наземных объектов, в частности железнодорожных и автотранспортных средств, особенно в автономных и частично автономных навигационных системах, передвигающихся по известным дорогам. Технический результат заявленного изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности определения координат. Для достижения данного результата в способе, основанном на определении местоположения подвижных наземных объектов в автономном режиме, при котором осуществляют отсчет от последних известных координат, полученных при помощи обработки сигналов спутниковой навигационной системы и/или сигналов от опорных средств, измеряют параметры движения объектов и производят расчет географических координат.
Поставленная задача возникает при необходимости знать точные координаты подвижного объекта, для мониторинга состояния как самих подвижных объектов, так и состояния элементов инфраструктуры железнодорожного и автомобильного транспорта, в том числе и для уменьшения негативных последствий аварий и катастроф.
Известен способ определения координат наземного подвижного объекта с помощью спутниковых навигационных систем [Яценков B.C. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. - М., 2005. - 272 с., с. 69-74]. Недостатками данного способа является то, что сигнал от спутниковых навигационных систем, таких как GPS и ГЛОНАСС, плохо проходит в условиях высокой плотности городской застройки, гор, в том числе горных ущелий, сильной облачности, может плохо проходить в условиях лесистой местности, может быть эффективно подавлен при помощи радиопомех и, наконец, просто отсутствовать в условиях нестабильной военно-политической ситуации и т.д.
Известен также способ определения местоположения подвижных наземных объектов, в частности автотранспортных средств [Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Крыжко И.Б. Интегрированная навигационная система для мобильных станций радиоконтроля // Специальная техника, 2008 г., №5-6, с. 34-45], заключающийся в следующем: при пропадании навигационного сигнала, поступающего со спутника на приемник GPS, система переходит в автономный режим, который ограничен по длительности (1-3 минуты) из-за накопления ошибок при определении координат подвижного наземного объекта. Данный способ реализуется при работе навигационной системы в автономном режиме, в состав которой входит модуль вычислителя и набор модулей датчиков: два приемника GPS, гироскоп, датчик скорости автомобиля, показания которого пропорциональны оборотам колеса. Он не учитывает угол места (вертикальный угол), следовательно, невозможно точно рассчитать высоту (координату по высоте). Недостатками этого способа являются ограниченные функциональные возможности и невысокая точность определения координат подвижного наземного объекта.
Известно устройство, реализующее способ взаимного учета координат транспортного средства для их взаимной коррекции [Устройство для определения координат транспортного средства, А.С. СССР №1217051]. Однако в нем не учитывает возможного использования спутниковой навигации и тем самым требует неприемлемо высокой точности цифровой модели местности.
Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому является способ-прототип, основанный на определении местоположения подвижных наземных объектов в автономном режиме, при котором осуществляют отсчет от последних известных координат, полученных при помощи обработки сигналов спутниковой навигационной системы. При этом измеряют параметры движения объектов и производят расчет географических координат. Согласно изобретению измеряют дирекционный угол с помощью измерителя угла поворота, угол места с помощью акселерометра и радиальную скорость с помощью доплеровского радиолокационного измерителя скорости, осуществляют расчет координат объекта в прямоугольной системе и путем пересчета определяют местоположение наземного подвижного объекта в географической системе координат [Способ определения местоположения наземных подвижных объектов (RU 2445576)].
Сущность способа-прототипа заключается в следующем.
В момент пропадания сигнала от спутниковой навигационной системы запоминаются последние полученные координаты от датчика GPS/ГЛОНАСС: широта, долгота, высота. Затем осуществляется переход навигационной системы в автономный режим, при котором система определяет текущие координаты мобильного объекта относительно точки начала движения на основе автономных измерений текущих значений скорости, азимута и угла места в дискретные моменты времени.
Местоопределение осуществляется в прямоугольной относительной системе координат X, Y, Z, где X, Y - координаты в горизонтальной плоскости, Z - в вертикальной плоскости. При этом начальная точка местоположения имеет координаты Х0=0, Y0=0, Z0=0.
Модель местоопределения предусматривает представление сложной траектории перемещения объекта в виде последовательности прямых участков, длина каждого из которых равна пути, который проходит подвижный наземный объект в последовательные краткосрочные одинаковые отсчеты (моменты) времени Δt, в которые осуществляется измерение трех параметров движения: радиальной скорости Vi, угла направления (дирекционного угла) αi и угла места θi, и пересчет текущих координат наземного подвижного объекта.
Недостатком способа-прототипа является постоянно нарастающая погрешность за счет применения линеаризации траектории (дороги) и не учет связей между значениями координат в каждой конкретной точке этой дороги.
Задача предлагаемого технического решения - расширение функциональных возможностей и повышение точности определения координат.
Пространственно-распределенная информация, получаемая при строительстве и эксплуатации автомобильных и железных дорог, а также с помощью дистанционного зондирования Земли и средств спутниковой навигации составляет три большие группы: семантическую, метрическую и топологическую. Структурированная совокупность этих групп информации о конкретной территории, представленной в форме, пригодной для автоматизированной обработки, образует цифровую модель местности (ЦММ).
В основе такой ЦММ заложена способность одной группы информации (как системы) использовать части другой группы, то есть способность взаимно использовать информацию в каждой из этих групп (систем).
Задача создания высокоточных систем позиционирования подвижных единиц транспорта (ПЕТ) напрямую связана собеспечением безопасности движения. Одним из перспективных путей ее решения является тесная интеграция позиционной информации от спутниковых навигационных систем (СНС) с показаниями бортовой инерциальной навигационной системы (БИНС). Но на сегодняшний день разработка алгоритмов тесной интеграции предполагает использование только линеаризованных первичных измерений СНС и линейных уравнений ошибок БИНС, устойчивых лишь на небольших интервалах времени, что накладывает серьезные ограничения на временной интервал автономного движения объекта (например, при пропадании сигналов спутниковых измерений).
Современные информационные технологии позволяют использовать 3D цифровые модели путей (ЦМП), основанные на ЦММ, определять с высокой точностью координаты текущего местонахождения ПЕТ, т.е. их положение на ЦМП. Для решения этой задачи необходимо обеспечить несколько условий, в то числе.
1. Построение (и физическую реализацию) с заданной точностью ЦМП (с помощью опорных ориентиров - рядовых и фундаментальных реперов) и соответствующей привязкой ключевых элементов автомобильной и железнодорожной инфраструктуры - зданий, стационарных технических объектов и пр.
2. Высокоточное позиционирование ПЕТ.
В последнее время подходы к решению данной задачи и в России, и в мировой практике реализуются, в основном, по двум направлениям: за счет использования навигационной информации непосредственно от СНС на борту ПЕТ и интеграцией измерений БИНС с координатно-скоростной информацией от СНС.
Подход, предложенный в способе-прототипе, не в состоянии полностью решить проблему позиционирования ПЕТ гарантированно и с требуемой точностью в силу следующих обстоятельств:
1) отказов работы СНС при высоком уровне атмосферных помех, в туннелях, глубоких карьерах, в горах, при многократных отражениях от складок местности и т.п.;
2) необходимости создания дорогостоящей (особенно с учетом протяженности отечественных железных дорог) и сложной сети станций дифференциальных поправок для обеспечения требуемого уровня точности;
3) изменения точности СНС в зависимости от конфигурации спутникового созвездия, наблюдаемого в текущий момент времени, а также от помех, искажающих спутниковые сообщения при их прохождении через тропосферу и ионосферу;
4) принципиального роста стоимости и сложности СНС с повышением требований к ее точности.
При реализации подхода, предлагаемого в заявляемом способе, нами использован «режимом тесной интеграции», при котором ЦМП и первичная позиционно-скоростная информация, полученная от СНС непосредственно используется для коррекции ИНС.
Целесообразность использования этого режима обусловлена тем, что:
- в процессе обработки информации используется вся навигационная информация от ИНС и СНС;
- интегрированная НС может работать в условиях малого количества наблюдаемых спутников, когда штатная работа СНС невозможна;
- возможно совместное комплексное использование параметров ЦМП и СНС;
- возможно комплексное использование навигационной аппаратуры различных производителей.
Таким образом, способ повышения точности местоопределения наземного подвижного объекта в автономном режиме включает:
- осуществление отсчета от последних известных координат, полученных при помощи обработки сигналов спутниковой навигационной системы и/или ЦМП посредством реперов;
- измерение параметров движения объектов;
- измерение дирекционного угла;
- расчет координат объекта в прямоугольной системе;
- пересчет местоположения наземного подвижного объекта;
- вычисление коэффициентов согласования прямоугольных координат точки пути на основании информации от спутниковой навигационной системы и/или ЦМП;
- последующий пересчет значений координат подвижного объекта;
- использование координат опорных объектов цифровой 3D модели пути (дороги);
- одновременное использование спутниковой навигационной системы и опорных объектов 3D модели дороги на основе принципов кворумного резервирования.
Устройство, реализующее заявленный способ, включает (Фиг. 1) датчик пути 1 (ДП), блок контроля курса и местоположения (БККМ) 2, блок хранения ЦМП (БХ) 3, датчик высоты над уровнем моря (ДВ) 4, блок управления и индикации (БУИ) 5, вычислительный блок (ВБ) 6 и работает следующим образом.
В исходном состоянии из БУИ 5 в ВБ 6 записываются на основании ЦМП исходные данные 7 Х0, Y0, Н0, α, соответствующие координатам движущегося объекта в начале движения и начальному дирекционному углу. В процессе своего движения ДП 1, БККМ 2 и ДВ 4 вырабатывают сигналы о текущих значениях приращения пройденного пути ΔS 8, дирекционного угла Δα 9 и высоты над уровнем моря ΔН 10. После преобразования типа: «аналог-код» эти сигналы поступают в ВБ 6, где обрабатываются по алгоритму решения прямой геодезической задачи, т.е. определяется текущие значения координат XT и YT формулам
кроме того, там же определяется величина пройденного пути S по формуле:
В соответствии со значением S ВБ 6 вырабатывает адрес AS 11, по которому в БХ ЦМП хранятся параметры XM(S), YM(S), HM(S) 12, определяющие значения координат траектории эталонной модели дороги. Так как очевидно, что для каждой реальной железнодорожной трассы значения координат каждой ее точки между собой связаны, то предоставляется возможным это учесть при определении фактических значений координат движущегося транспортного средства. Поэтому в ВБ определяют коэффициенты согласования пути и величин коррекции курсового угла для пар координат {X, Y}, {X, H}, {Y, Н} по формулам
ΔX=XT(S)-XM(S);
где ΔY=YT(S)-YM(S);
ΔH=HT(S)-HM(S);
Попарно откорректированные значения текущих координат ПЕТ получают в вычислительном блоке по формулам
После усреднения в вычислительном блоке получают окончательные значения координат по формулам
и передаются в потоке данных 13 в БХ и систему управления ПЕТ.
При этом в случае наличия связи со СНС информацию получает от самой системы, а при потере связи со спутниками используются значения координат от ЦМП.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить определение координат подвижного наземного объекта, включая координату по высоте, а также определять его местоположение не только на равнинной, но и горной местности, в условиях, когда невозможно определить его координаты при помощи спутниковой навигационной системы.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Яценков B.C. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. - М., 2005. - 272 с., с. 69-74.
2. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Крыжко И.Б. Интегрированная навигационная система для мобильных станций радиоконтроля // Специальная техника, 2008 г., №5-6, с. 34-45.
3. Устройство для определения координат транспортного средства, А.С. СССР №1217051.
4. Способ определения местоположения наземных подвижных объектов (RU 2445576).
Claims (4)
1. Способ повышения точности местоопределения наземного подвижного объекта в автономном режиме, при котором осуществляют отсчет от последних известных координат, полученных при помощи обработки сигналов спутниковой навигационной системы, измеряют параметры движения объектов, измеряют дирекционный угол и осуществляют расчет координат объекта в прямоугольной системе и путем пересчета определяют местоположение наземного подвижного объекта, отличающийся тем, что с целью дальнейшего повышения точности определения места нахождения объекта вычисляют коэффициенты взаимного согласования прямоугольных координат точки пути на основании информации от спутниковой навигационной системы и осуществляется пересчет значений координат подвижного объекта.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с целью повышения достоверности и точности вычисления координат места нахождения подвижного объекта в условиях потери сигнала от спутниковой системы навигации используют координаты опорных объектов цифровой 3D модели дороги.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для вычисления истинных значений координат транспортного средства используют одновременно спутниковую навигационную систему и опорные объекты 3D модели дороги на основе принципов кворумного резервирования.
4. Устройство для повышения точности местоопределения наземного подвижного объекта, отличающееся тем, что содержит датчик пути, блок контроля курса и местоположения, блок хранения цифровой модели пути, датчик высоты над уровнем моря, блок управления и индикации, вычислительный блок, причем в исходном состоянии с блока управления и индикации в вычислительный блок записываются на основании цифровой модели пути исходные данные, соответствующие координатам движущегося объекта в начале движения и начального значения дирекционного угла, а в процессе своего движения датчик пути, блок контроля курса и местоположения и датчик высоты над уровнем моря вырабатывают сигналы о текущих значениях приращения пройденного пути, дирекционного угла и высоты над уровнем моря, в вычислительном блоке обрабатываются по алгоритму решения прямой геодезической задачи, определяются текущие значения координат, определяются коэффициенты согласования пути и величины коррекции курсового угла для пар координат, а поле попарной коррекции и усреднения сравниваются с цифровой моделью пути, и формируется окончательное значение координат.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015153225A RU2638358C2 (ru) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | Способ повышения точности местоопределения наземного подвижного объекта и устройство для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015153225A RU2638358C2 (ru) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | Способ повышения точности местоопределения наземного подвижного объекта и устройство для его реализации |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015153225A RU2015153225A (ru) | 2017-06-16 |
| RU2638358C2 true RU2638358C2 (ru) | 2017-12-13 |
Family
ID=59067949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015153225A RU2638358C2 (ru) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | Способ повышения точности местоопределения наземного подвижного объекта и устройство для его реализации |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2638358C2 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2658679C1 (ru) * | 2017-09-18 | 2018-06-22 | Сергей Сергеевич Губернаторов | Способ автоматического определения местоположения транспортного средства по радиолокационным ориентирам |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5237952A (en) * | 1989-10-03 | 1993-08-24 | Thomas Rowe | Variable attitude submersible hydrofoil |
| RU2202102C2 (ru) * | 2000-12-18 | 2003-04-10 | ГУП Воронежский научно-исследовательский институт связи | Способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации |
| RU2445576C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-03-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ определения местоположения наземных подвижных объектов |
-
2015
- 2015-12-11 RU RU2015153225A patent/RU2638358C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5237952A (en) * | 1989-10-03 | 1993-08-24 | Thomas Rowe | Variable attitude submersible hydrofoil |
| RU2202102C2 (ru) * | 2000-12-18 | 2003-04-10 | ГУП Воронежский научно-исследовательский институт связи | Способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации |
| RU2445576C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-03-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ определения местоположения наземных подвижных объектов |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| АШИХМИН А.В., КОЗЬМИН В.А., КРЫЖКО И.Б. Интегрированная навигационная система для мобильных станций радиоконтроля // Специальная техника, 2008, 5-6, с.34-45. * |
| АШИХМИН А.В., КОЗЬМИН В.А., КРЫЖКО И.Б. Интегрированная навигационная система для мобильных станций радиоконтроля // Специальная техника, 2008, 5-6, с.34-45. ЯЦЕНКОВ B.C. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. - М., 2005, 272 с., с.69-74. * |
| Многоканальная система сбора и обработки данных в интерактивных системах программного управления, рис. 6.1 - 6.3, с.144 - 148 / В кн.: Интеллектуальные интерактивные системы и технологии управления удаленным доступом / Ботуз С.П. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2014. * |
| ЯЦЕНКОВ B.C. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. - М., 2005, 272 с., с.69-74. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015153225A (ru) | 2017-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Joubert et al. | Developments in modern GNSS and its impact on autonomous vehicle architectures | |
| US11327181B2 (en) | Method and apparatus for accurate reporting of integrity of GNSS-based positioning system | |
| CN109416256B (zh) | 行驶车道推定系统 | |
| CN108226985B (zh) | 基于精密单点定位的列车组合导航方法 | |
| US10365109B2 (en) | Travel distance estimation device | |
| US11550067B2 (en) | System and method for fusing dead reckoning and GNSS data streams | |
| JP6060642B2 (ja) | 自己位置推定装置 | |
| Liu et al. | Track-constrained GNSS/odometer-based train localization using a particle filter | |
| CN106093992A (zh) | 一种基于cors的亚米级组合定位导航系统及导航方法 | |
| Meguro et al. | Low-cost lane-level positioning in urban area using optimized long time series GNSS and IMU data | |
| US11579628B2 (en) | Method for localizing a vehicle | |
| JP2007284013A (ja) | 車両位置測位装置及び車両位置測位方法 | |
| Meguro et al. | Positioning technique based on vehicle trajectory using GPS raw data and low-cost IMU | |
| CN101545781B (zh) | 车载组合导航中里程计脉冲当量确定方法 | |
| JP2012098185A (ja) | 方位角推定装置及びプログラム | |
| JP5994237B2 (ja) | 測位装置及びプログラム | |
| RU2638358C2 (ru) | Способ повышения точности местоопределения наземного подвижного объекта и устройство для его реализации | |
| CN101793529B (zh) | 一种双伪卫星辅助惯性导航系统位置校准方法 | |
| Gehrt et al. | A pseudolite position solution within a Galileo test environment for automated vehicle applications | |
| Liu et al. | A tightly-coupled GNSS/INS/MM integrated system based on binary search algorithm for train localization applications | |
| Heirich et al. | Measurement methods for train localization with onboard sensors | |
| Woo et al. | Research into navigation algorithm for unmanned ground vehicle using real time kinemtatic (RTK)-GPS | |
| Takanose et al. | Improvement of RTK-GNSS with low-cost sensors based on accurate vehicle motion estimation using GNSS doppler | |
| Liu et al. | Robust train localisation method based on advanced map matching measurement-augmented tightly-coupled GNSS/INS with error-state UKF | |
| Lesjak et al. | The influence of the GNSS solution on the estimated parameters in the course of sensor integration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181212 |