RU2762080C1 - Autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and paths of movement of army objects - Google Patents

Autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and paths of movement of army objects Download PDF

Info

Publication number
RU2762080C1
RU2762080C1 RU2020137679A RU2020137679A RU2762080C1 RU 2762080 C1 RU2762080 C1 RU 2762080C1 RU 2020137679 A RU2020137679 A RU 2020137679A RU 2020137679 A RU2020137679 A RU 2020137679A RU 2762080 C1 RU2762080 C1 RU 2762080C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
movement
coordinates
determining
objects
accuracy
Prior art date
Application number
RU2020137679A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Анатольевич Пигулка
Сергей Владимирович Чеканов
Сергей Алексеевич Смирнов
Original Assignee
Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Ордена Жукова Академия Вооруженных Сил Российской Федерации"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Ордена Жукова Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" filed Critical Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Ордена Жукова Академия Вооруженных Сил Российской Федерации"
Priority to RU2020137679A priority Critical patent/RU2762080C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2762080C1 publication Critical patent/RU2762080C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00

Abstract

FIELD: navigation.
SUBSTANCE: invention relates to means of navigation support, in particular, to means of determining the location and paths of movement of mobile and stationary objects in enclosed spaces (including basements, tunnels, mines), in restricted open (closed) territories, as well as in conditions wherein the use of GLONASS/GPS receivers is impractical or impossible. The autonomous mobile module for determining the coordinates and paths of movement of army objects is characterised by containing a closed sealed enclosure, placed wherein are a GPS/GLONASS antenna with a navigation module, an electronic motion recorder board of an inertial system, a data storage, a power supply element, and a rebound mechanism with a mini electric engine. The electronic motion recorder board of an inertial system therein comprises a gyroscope, a barometer, a magnetometer, an accelerometer, and a controller for calculating and controlling the system.
EFFECT: increase in the accuracy of determining the coordinates and paths of movement of army objects.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам навигационного обеспечения, в частности к средствам повышения точности координат (определения местоположения) и маршрутов движения объектов подвижных (переносных) и стационарных (в том числе людей, зверей, техники) в закрытых помещениях (в том числе в подвалах, тоннелях, шахтах), на ограниченных открытых (закрытых) территориях, а также в условиях, где использование ГЛОНАСС/GPS приемников нецелесообразно или невозможно.The invention relates to navigation aids, in particular to means of increasing the accuracy of coordinates (location) and routes of movement of objects moving (portable) and stationary (including people, animals, equipment) in closed rooms (including in basements, tunnels, mines), in limited open (closed) areas, as well as in conditions where the use of GLONASS / GPS receivers is impractical or impossible.

Существуют аналоги данного модуля использования, но работа их строится на простом логировании маршрутов движения и работа их осуществляется только совместно со станциями мобильной сотовой сети (например, GSM). Автономный мобильный модуль повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов позволяет выполнять в постобработке уточнение координат и маршрутов (треков) движения войсковых объектов с последующей их обработкой и анализом по способу Precise Point Positioning (РРР). Одночастотное точное точечное позиционирование (РРР) является перспективным методом высокоточной навигации с субметровой или даже сантиметровой точностью из-за его удобства и низкой стоимости. Навигационные характеристики одночастотных приемных спутниковых систем в значительной степени зависят от наличия в реальном времени и качества коррекционных продуктов для спутниковых орбит и спутниковых часов. Одним из наиболее часто используемых продуктов коррекции ошибок спутниковой орбиты и часов является Международная служба глобальных навигационных спутниковых систем (IGS), из которой продукты коррекции доступны с различными задержками, начиная от 3 ч для сверхбыстрой, до 17 ч для быстрой и 13 дней для конечной продукции (постобработки).There are analogues of this module of use, but their work is based on simple logging of traffic routes and their work is carried out only in conjunction with stations of a mobile cellular network (for example, GSM). An autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects makes it possible to refine the coordinates and routes (tracks) of movement of military objects in post-processing with their subsequent processing and analysis using the Precise Point Positioning (PPP) method. Single-frequency precise point positioning (PPP) is a promising method of high-precision navigation with sub-meter or even centimeter accuracy due to its convenience and low cost. The navigation performance of single frequency satellite receiving systems is highly dependent on the real-time availability and quality of satellite orbit and satellite clock correction products. One of the most commonly used satellite orbit and clock error correction products is the International Global Navigation Satellite Systems (IGS) service, from which correction products are available at various delays ranging from 3 hours for ultrafast, up to 17 hours for fast and 13 days for final products. (post-processing).

Автономный мобильный модуль повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов определяет свое местоположение с помощью комбинации:An autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects determines its location using a combination of:

навигационной антенны с прошиваемым навигационным модулем;navigation antenna with a pierced navigation module;

электронному самописцу движения инерциальной системы.electronic recorder of the movement of the inertial system.

Этапы подготовки к работе автономного мобильного модуля повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов:Stages of preparation for operation of an autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects:

1. Калибровка электронного самописца движения (ЭСД) вращательными движениями вокруг виртуальной оси (производится при прошивке контроллера КРУС);1. Calibration of the electronic motion recorder (ESD) by rotational movements around the virtual axis (performed with the firmware of the KRUS controller);

2. Загрузка данных в навигационный модуль ГЛОНАСС/GPS антенны (через порт UART, например, с использованием программы, GlobalTop GPS - Viewer v1.8).2. Downloading data to the GLONASS / GPS antenna navigation module (via the UART port, for example, using the program, GlobalTop GPS - Viewer v1.8).

В данное время нет возможности оперативного и скрытного определения местоположения объекта с требуемой точностью с использованием современных средств навигации и космической геодезии, на территории, на которые отсутствует актуальная геопространственная информация.At this time, there is no possibility of promptly and secretly determining the location of an object with the required accuracy using modern means of navigation and space geodesy, in areas where there is no relevant geospatial information.

В настоящее время требуется иметь на вооружении автономное средство для обеспечения возможности определения координат объектов с требуемой точностью и достоверностью.Currently, it is required to be armed with an autonomous means to ensure the ability to determine the coordinates of objects with the required accuracy and reliability.

Работа ЭСД основана на использовании специальных датчиков, совместная работа которых определяет особенность изобретения: акселерометра, гироскопа, магнитометра, барометра - объединяемые контроллером решения и управления системой (КРУС). Электронный самописец движения работает в двух режимах с антенной ГЛОНАСС/GPS и без нее по алгоритму выполняемой программы. На основе информации от датчиков электронного самописца движения, автономный мобильный модуль повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов строит локальную траекторию перемещения (трек), без привязки к глобальным координатам одновременно записывает на SD карту. Автоматически (по решению условий заложенных в КРУС) при условии видимости спутниковой группировки, достаточного времени стояния на точке привязки программно определяется достоверность и точность координат модуля с антенной ГЛОНАСС/GPS, если точность удовлетворяет программным установкам КРУС, то осуществляется привязка трека ЭСД к глобальным координатам (т.е. задаются координаты отдельной точки в треке). Таким образом, в ЭСД накапливающуюся со временем ошибку, - устраняют за счет периодической привязки траектории к локальным координатам, посредством использования антенной ГЛОНАСС GPS, на участках стабильного навигационного поля. Данная схема используется автономным мобильным модулем повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов для определения местоположения на большинстве закрытых объектов. Отдельный случай представляют собой шахты и подземные тоннели. В таком случае требуется определить координаты хотя бы одной точки (входа и/или выхода): тоннель имеет ограниченный радиус и, фактически, нужно определить только удаление от начала/конца тоннеля. После записи на SD карту появляется возможность получить информацию о местоположении объектов (текущую и архивную информацию).The operation of the ESD is based on the use of special sensors, the joint operation of which determines the peculiarity of the invention: an accelerometer, a gyroscope, a magnetometer, a barometer - solutions and system control (KRUS) united by the controller. The electronic motion recorder works in two modes with and without the GLONASS / GPS antenna according to the algorithm of the program being executed. Based on information from the sensors of the electronic recorder of movement, an autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects builds a local trajectory of movement (track), without reference to global coordinates, simultaneously writes it to the SD card. Automatically (by solving the conditions laid down in KRUS), provided that the satellite constellation is visible, sufficient time at the anchor point, the reliability and accuracy of the coordinates of the module with the GLONASS / GPS antenna is programmatically determined, if the accuracy meets the KRUS software settings, then the ESD track is linked to global coordinates ( i.e. coordinates of an individual point in the track are set). Thus, in the ESD, the error that accumulates over time is eliminated by periodically binding the trajectory to local coordinates, using the GLONASS GPS antenna, in areas of a stable navigation field. This scheme is used by an autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects to determine the location at most closed objects. A separate case is represented by mines and underground tunnels. In this case, it is required to determine the coordinates of at least one point (entry and / or exit): the tunnel has a limited radius and, in fact, it is only necessary to determine the distance from the beginning / end of the tunnel. After recording to the SD card, it becomes possible to obtain information about the location of objects (current and archived information).

Кроме того модуль обладает синхронизированными со стационарным пунктом часами и ввод поправки может осуществляться в постобработке (необходимо поставить лишь метку времени нажав на трек во время маршрута).In addition, the module has a clock synchronized with the stationary point and the correction can be entered in post-processing (you only need to put a time stamp by clicking on the track during the route).

Для обработки данных предлагается использовать открытое программное обеспечение RTKLib (или Waypoint GrafNav 8.2, Magnet Office Tools, Justin и т.д.). В случае отсутствия базовой станции точность измерений до 3 метров получают при использовании специального программного обеспечения с функцией обработки в режиме РРР (Precise Point Positioning), учитывающем поправки к эфемеридам орбит и бортовым часам спутников глобальной навигационной спутниковой системы и другую информацию.For data processing, it is proposed to use the open source software RTKLib (or Waypoint GrafNav 8.2, Magnet Office Tools, Justin, etc.). In the absence of a base station, measurement accuracy of up to 3 meters is obtained using special software with a processing function in the PPP (Precise Point Positioning) mode, which takes into account corrections to the ephemeris of the orbits and onboard clocks of satellites of the global navigation satellite system and other information.

Использование автономного мобильного модуля повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов не ограничивается работой в целях повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов, а применим в целях картографирования территорий: для обеспечения координатной привязки, космических и аэрофотоснимков, зарубежных карт, матриц и моделей рельефа, схем, планов и другой геопространственной информации, отслеживания перемещения внутри закрытых объектов, для автоматического управления роботизированными транспортными средствами, для повышения точности местоопределения динамических объектов в условиях сильного затенения и переизлучения сигналов орбитальных группировок и т.д.The use of an autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects is not limited to work in order to increase the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects, but is applicable for the purpose of mapping territories: to provide coordinate referencing, space and aerial photographs, foreign maps, matrices and models relief, diagrams, plans and other geospatial information, tracking movement inside closed objects, for automatic control of robotic vehicles, to improve the accuracy of positioning dynamic objects in conditions of strong shading and re-emission of signals from orbital constellations, etc.

Общие признаки предлагаемого изобретения: автономный мобильный модуль повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов.General features of the proposed invention: an autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects.

Автономный мобильный модуль повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов схематично изображен на прилагаемом чертеже, где на схеме фиг. представлена предлагаемого устройства.An autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects is schematically shown in the attached drawing, where in the diagram FIG. presented to the proposed device.

Автономный мобильный модуль повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов внешне представляет собой устройство в закрытом герметичном корпусе с внешней прорезиненной кнопкой с индикаторами состояния работы прибора, защищенными прорезиненной сплошной заглушкой на входы/выходы и разъемы.An autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects externally represents a device in a closed sealed case with an external rubberized button with indicators of the device operation status, protected by a rubberized solid plug for inputs / outputs and connectors.

Автономный мобильный модуль повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов содержит (см. фиг. а):An autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects contains (see Fig. A):

1. Антенну ГЛОНАСС/GPS с модулем навигации (1);1. Antenna GLONASS / GPS with navigation module (1);

2. Плату (2) электронного самописца движения инерциальной системы (ЭСД) включает:2. The board (2) of the electronic recorder of the motion of the inertial system (ESD) includes:

2.1 Гироскоп (3);2.1 Gyroscope (3);

2.2 Барометр (4);2.2 Barometer (4);

2.3 Магнитометр (5);2.3 Magnetometer (5);

2.4 Акселерометр (6);2.4 Accelerometer (6);

3. Контроллер расчетов и управления системой (КРУС) (7)3. Controller of calculations and system management (KRUS) (7)

4. Накопитель SD (8);4. SD drive (8);

5. Разъем mini-USB (для связи с компьютером) (9);5. Mini-USB connector (for communication with a computer) (9);

6. Разъем UART (для связи с антенной ГЛОНАСС/GPS) (10);6. UART connector (for communication with the GLONASS / GPS antenna) (10);

7. Слот для внешней SD карты (11).7. Slot for external SD card (11).

8. Кнопка запуска/ выключения/ фиксации точки/ переключения режимов работы (12);8. Button to start / turn off / fix a point / switch operating modes (12);

9. Магнит (силой не менее 10 кг) (13);9. Magnet (with a force of at least 10 kg) (13);

10. Механизм отскока (14) с мини электромотором;10. Rebound mechanism (14) with mini electric motor;

11. Индикатор запуска/ выключения/ фиксации точки/ переключения режимов (15);11. Indicator of start / shutdown / fixing a point / switching modes (15);

12. Элемент питания (16).12. Battery (16).

Автономный мобильный модуль повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов работает следующим образом:An autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects works as follows:

1. Прошивка контроллера КРУС (с установкой координат и радиуса зоны отстрела).1. Firmware of the KRUS controller (with setting the coordinates and radius of the shooting zone).

2. Прошивка модуля антенны ГЛОНАСС/GPS/2. Firmware of the GLONASS / GPS / antenna module

3. Калибровка и настройка датчиков.3. Calibration and adjustment of sensors.

4. Установка4. Installation

5. Отстрел в назначенной зоне (см. фиг. 6)5. Shooting in the designated area (see fig. 6)

6. Считывание данных6. Reading data

7. Обработка данных7. Data processing

Основные отличительные (достаточные) признаки изобретения: автономность, мобильность, простота в использовании, повышенная точность, экономичность.The main distinctive (sufficient) features of the invention: autonomy, mobility, ease of use, increased accuracy, cost-effectiveness.

Таким образом, автономный мобильный модуль повышения точности определения координат и маршрутов движения войсковых объектов позволит обеспечить высокую эффективность наблюдения за войсковыми объектами, позволит определять координаты точек местности глобально (по всей Земле) и автономно с точностью до 3 метров, что позволит существенно повысить точность картографической продукции на зарубежную территорию (в 10-20 раз).Thus, an autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and routes of movement of military objects will ensure high efficiency of observation of military objects, will allow determining the coordinates of terrain points globally (throughout the Earth) and autonomously with an accuracy of up to 3 meters, which will significantly increase the accuracy of cartographic products to foreign territory (10-20 times).

Список используемой литературы:Bibliography:

1. Аксенов А.Л., Козлов О.И., Навигационные треки как альтернатива планово-высотной основы, Известия вузов «Геодезия и аэрофотосъемка», 2018.1. Aksenov A.L., Kozlov O.I., Navigation tracks as an alternative to the planned-high-altitude basis, Izvestiya vuzov "Geodesy and aerial photography", 2018.

2. Шевчук C.O., Малютина К.И., Липатников Л.А., Перспективы использования свободного программного обеспечения для постобработки ГНСС-измерений, Вестник СГУГиТ, Том 23, №1, 2018.2. Shevchuk S.O., Malyutina K.I., Lipatnikov L.A., Prospects for the use of free software for post-processing of GNSS measurements, Bulletin of SSUGiT, Volume 23, No. 1, 2018.

Claims (1)

Автономный мобильный модуль определения координат и маршрутов движения войсковых объектов, характеризующийся тем, что содержит закрытый герметичный корпус, внутри которого размещены антенна GPS/ГЛОНАСС с модулем навигации, плата электронного самописца движения инерциальной системы, содержащая гироскоп, барометр, магнитометр, акселерометр и контроллер расчетов и управления системой, накопитель данных, элемент питания и механизм отскока с мини-электромотором.An autonomous mobile module for determining the coordinates and routes of movement of military objects, characterized by the fact that it contains a closed sealed case, inside which there is a GPS / GLONASS antenna with a navigation module, an electronic recorder board for the movement of an inertial system containing a gyroscope, barometer, magnetometer, accelerometer and calculation controller, and system control, data storage, battery and rebound mechanism with a mini-electric motor.
RU2020137679A 2020-11-17 2020-11-17 Autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and paths of movement of army objects RU2762080C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137679A RU2762080C1 (en) 2020-11-17 2020-11-17 Autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and paths of movement of army objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137679A RU2762080C1 (en) 2020-11-17 2020-11-17 Autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and paths of movement of army objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2762080C1 true RU2762080C1 (en) 2021-12-15

Family

ID=79175242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020137679A RU2762080C1 (en) 2020-11-17 2020-11-17 Autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and paths of movement of army objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2762080C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060287824A1 (en) * 2005-01-29 2006-12-21 American Gnc Corporation Interruption free navigator
RU101814U1 (en) * 2010-09-17 2011-01-27 Александр Игоревич Клименко NAVIGATION SECURITY UNIT ON "Rough" SENSITIVE ELEMENTS
RU127452U1 (en) * 2013-01-09 2013-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Снэйл-Групп" ON-BOARD RECORDER FOR SMALL VESSEL
RU2574309C2 (en) * 2014-04-11 2016-02-10 Закрытое акционерное общество "Алгонт" Personal navigation system
RU2661676C1 (en) * 2017-07-12 2018-07-18 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Topogeodetic survey and target designations formation portable equipment kit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060287824A1 (en) * 2005-01-29 2006-12-21 American Gnc Corporation Interruption free navigator
RU101814U1 (en) * 2010-09-17 2011-01-27 Александр Игоревич Клименко NAVIGATION SECURITY UNIT ON "Rough" SENSITIVE ELEMENTS
RU127452U1 (en) * 2013-01-09 2013-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Снэйл-Групп" ON-BOARD RECORDER FOR SMALL VESSEL
RU2574309C2 (en) * 2014-04-11 2016-02-10 Закрытое акционерное общество "Алгонт" Personal navigation system
RU2661676C1 (en) * 2017-07-12 2018-07-18 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Topogeodetic survey and target designations formation portable equipment kit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8686899B2 (en) GNSS smart antenna and receiver system with weatherproof enclosure
Noureldin et al. Fundamentals of inertial navigation, satellite-based positioning and their integration
Morales et al. Tightly coupled inertial navigation system with signals of opportunity aiding
US6067046A (en) Handheld surveying device and method
US6052083A (en) Method and apparatus for position identification
US6140957A (en) Method and apparatus for navigation guidance
US6097337A (en) Method and apparatus for dead reckoning and GIS data collection
CN1322311C (en) vehicle-carrying quick positioning and orienting method
Kassas et al. Navigation systems panel report navigation systems for autonomous and semi-autonomous vehicles: Current trends and future challenges
CN101785039A (en) Method and system for navigation using GPS velocity vector
WO2011120029A2 (en) Pedal navigation using leo signals and body-mounted sensors
CN102859901A (en) Geolocation leveraging spot beam overlap
CN103364809A (en) Apparatus and method for determining navigation bit boundary, receiving machine, mobile equipment and method for satellite navigation and positioning
Kumar et al. Introduction to GPS/GNSS technology
Angrisano et al. Pedestrian localization with PDR supplemented by GNSS
Amami The Advantages and Limitations of Low-Cost Single Frequency GPS/MEMS-Based INS Integration
Dorn et al. Improvement of the standard GNSS/IMU solution for UAVs using already existing redundant navigation sensors
RU2762080C1 (en) Autonomous mobile module for increasing the accuracy of determining the coordinates and paths of movement of army objects
Joerger Carrier phase GPS augmentation using laser scanners and using low earth orbiting satellites
Tuohino et al. Military pseudolite flight test results
Mandapat Development and evaluation of positioning systems for autonomous vehicle navigation
KR20140142610A (en) Location measurement device and method
RU2766544C1 (en) Positioning automation device for small antenna systems
Cai et al. A Multimode GNSS/MIMU Integrated Orientation and Navigation System
JP2006112994A (en) Positioning device and positioning method