RU64346U1 - Аппаратура счисления координат с оперативным распознаванием схода объекта с маршрута - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области наземной навигации объектов, движущихся по априорно известным траекториям. Коррекция системы наземной навигации проводится при прохождении объектом контрольных точек, расположенных на дороге. Не предусматривается маркирование контрольных точек, фиксация моментов их прохождения. Допускается свободный маневр в промежутках между контрольными точками.

Коррекция основана на нахождении математического ожидания координат местоположения объекта с привлечением координат и угла ориентации, вырабатываемых навигационной системой и известных в контрольной точке. Положительный эффект состоит в снижении погрешностей координат в случае схода объекта с маршрута движения в окрестности контрольной точки. Он достигается на основе определения коэффициента, характеризующего асимметрию функции плотности распределения вероятностей пройденного пути, и блокирования изменения параметров навигационной системы в случае превышения коэффициентом заданного значения (при сходе объекта с маршрута в окрестности контрольной точки). 1 с.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области навигации и может быть использована для определения местоположения наземных объектов, при их движении по априорно известным траекториям, например, автомобильным дорогам.

Известно устройство [1] коррекции погрешностей определения местоположения рельсового транспортного средства, содержащее блок определения пройденного пути, блок измерения углов поворота системы координат, образуемой рельсовым транспортным средством, и устройство внешней памяти, выходы и входы которых подключены к соответствующим входам и выходам схемы сопряжения, вход и выход которой подключены к ЭВМ, выполненной с возможностью программной обработки измерительной информации, идентификации корректирующих точек и коррекции координаты рельсового транспортного средства, причем все входы питания вышеперечисленных устройств подключены к выходу блока питания.

Недостатком описанного устройства является снижение точности определения местоположения вследствие: невозможности уточнения местоположения на прямолинейных участках траектории объекта; необходимости измерения пройденного пути; неоднозначности при идентификации корректирующих точек на участках траектории, совпадающих по форме с секторами окружностей; присвоения координат виртуальной корректирующей точки.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату при использовании является аппаратура счисления координат (АСК) с автоматической коррекцией показаний [2], содержащая путевую систему (ПС), курсовую систему (КС), блок вычисления приращений координат (БВПК), блок ввода начальных координат и арифметическое устройство (АУ), причем выходы ПС и КС соединены с соответствующими входами БВПК, выходы которого

тотипе, при проверке совпадения параметров X_i, Y_i, α_i, с соответствующими параметрами X_Э, Y_Э, α_Э промежуточной точки будет сформировано m₀ элементов X_i, Y_i, α_i,. Поскольку ориентация объекта после съезда с дороги существенно отличается от ориентации дороги, определяемые в прототипе весовые коэффициенты μ_i тех точек приборной траектории из числа m₀, которые выработаны навигационной системой после съезда с дороги, будут близки к нулю. Как следствие, погрешности Δх, Δy координат будут ошибочно смещены в сторону точек приборной траектории, характеризующихся большими значениями весовых коэффициентов μ_i, т.е. в сторону точек, выработанных навигационной системой до съезда с дороги. В результате в координаты будут внесены погрешности Δx, Δy, что снизит точность определения местоположения объекта.

Целью полезной модели является уменьшение погрешностей координат в случае схода объекта с маршрута в окрестности промежуточной точки.

Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что в известную АСК с автоматической коррекцией показаний, содержащую путевую систему, курсовую систему, блок вычисления приращений координат, блок ввода начальных координат, арифметическое устройство, хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации, касательных к линии маршрута в них, блок проверки и формирования данных, формирователь погрешностей, блок априорных параметров точности и два сумматора, выходы путевой системы и курсовой системы соединены с соответствующим входами блока вычисления приращений координат, выходы которого по приращениям координат Δ_X и Δ_Y соединены с соответствующими входами арифметического устройства, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам X_H и Y_H соответственно, входы по погрешностям координат Δx, Δy соединены с соответствующими выходами формирователя погрешностей, входы по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами арифметического устройства, выходы формирователя погрешностей по

по приращениям координат ΔХ соответствующими входами АУ, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам X_H и Y_H соответственно, для уточнения координат объекта, осуществляющего движение по маршруту, включающему известные промежуточные точки, введены хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации касательных к линии маршрута в них, блок проверки и формирования данных (БПФД), формирователь погрешностей (ФП), блок априорных параметров точности (БАПТ) и два сумматора координат (СК), выходы которых являются выходами АСК с автоматической коррекцией показаний, входы по погрешностям координат Δх, Δy соединены с соответствующими выходами ФП, входы по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами АУ, входы ФП по координатам X_Э, Y_Э промежуточной точки и углу α_Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами БПФД, входы ФП по счисляемым координатам X_ЭS, Y_ЭS связаны с соответствующими выходами БПФД, входы БПФД по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами АУ, вход БПФД по текущему углу ориентации α_i связан с выходом КС, входы БПФД по координатам X_Э, Y_Э промежуточной точки и углу α_Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами хранителя, вход БПФД по параметрам Р_i точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом ФП, выход БАПТ связан с входами БПФД и ФП.

Недостатком прототипа является увеличение погрешностей координат в случае схода объекта с маршрута в окрестности промежуточной точки. Поясним этот недостаток. Предположим, что объект движется по прямолинейному участку дороги, на котором имеется промежуточная точка. В промежуточной точке объект поворачивает, съезжает с дороги и движется по прямой в направлении, перпендикулярно дороге. В этом случае в устройстве, описанном в

прокоординатам X_Э, Y_Э промежуточной точки связаны с соответствующими входами блока проверки и формирования данных, выходы формирователя погрешностей по счисляемым координатам X_ЭS, Y_ЭS связаны с соответствующими входами блока проверки и формирования данных, входы блока проверки и формирования данных по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами арифметического устройства, вход блока проверки и формирования данных по текущему углу ориентации α_i связан с выходом курсовой системы, входы блока проверки и формирования данных по координатам X_Э, Y_Э промежуточной точки и углу α_Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами хранителя координат и углов ориентации, вход блока проверки и формирования данных по параметрам Р_i точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом формирователя погрешностей, выход блока априорных параметров точности связан с входами блока проверки и формирования данных и формирователя погрешностей, в отличии от прототипа, введен блок проверки признака маршрута, входы которого соединены с соответствующими выходами арифметического устройства X_i и Y_i, а также выходом μ_i формирователя погрешностей, сигнал выхода М соединен с входом формирователя погрешностей.

Заявляемая полезная модель по сравнению с прототипом содержит новые элементы и связи, позволяющие уменьшить погрешности координат в случае схода с маршрута в окрестности промежуточной точки.

Аппаратура счисления координат с распознаванием схода объекта с маршрута изображена на фиг.1, где показана ее блочная схема.

На фиг.1 путевая система 1, курсовая система 2, блок вычисления приращений координат 3, блок ввода начальных координат 4, арифметическое устройство 5, хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации касательных к линии маршрута в них 6, блок проверки и формирования данных

7, формирователь погрешностей 8, блок априорных параметров точности 9, два сумматора координат 10, 11, блок проверки признака маршрута 12, причем выходы ПС 1 и КС 2 соединены с соответствующим входами БВПК 3, выходы которого по приращениям координат ΔХ и ΔY соединены с соответствующими входами АУ 5, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам X_H и Y_H соответственно, выходы СК 10, 11 являются выходами устройства, входы по погрешностям координат Δx, Δy соединены с соответствующими выходами ФП 8, входы по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами АУ 5, входы ФП 8 по координатам X_Э, Y_Э промежуточной точки и углу α_Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами БПФД 7, входы ФП 8 по счисляемым координатам X_ЭS, Y_ЭS связаны с соответствующими выходами БПФД 7, входы БПФД 7 по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами АУ 5, вход БПФД 7 по текущему углу ориентации α_i связан с выходом КС 2, входы БПФД 7 по координатам X_Э, Y_Э промежуточной точки и углу α_Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами хранителя 6, вход БПФД 7 по параметрам Р_i точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом ФП 8, выход БАПТ 9 связан с входами БПФД 7 и ФП 8, входы БПрПМ 12 соединены с выходами соответствующими выходами АУ X_i и Y_i, а также выходом μ_i ФП, выход M БПрПМ 12 соединен со входом ФП.

Устройство функционирует следующим образом. В начальной точке маршрута объект устанавливается на ней, после чего экипаж с помощью КС 2 определяет начальное направление движения α_H, затем в БВНК 3 устанавливаются координаты X_H и Y_H начальной точки движения. Сигналы координат X_Э, Y_Э и углов α_Э всех промежуточных точек маршрута передаются в БПФД 7 из хранителя координат промежуточных точек и углов ориентации касательных

к линии маршрута в них 6. Сигналы Р_T точности параметров X_Э, Y_Э, α_Э и Р₀ точности параметров X_H, Y_H и α_H передаются в БПФД 7 и ФП 8 из БАПТ 9.

После начала движения объекта с выходов АУ 5 начинают поступать текущие счисляемые координаты X_i и Y_i, которые формируются на основании измерительных сигналов КС2 и ПС 1, приращений координат ΔX, ΔY, параметров X_H, Y_H и α_H. В каждый i-й момент выработки координат X_i и Y_i (за исключением начального момента) они, а также сигнал с выхода КС α_i, поступают в БПФД 7. В БПФД 7 проводится проверка совпадения параметров X_i, Y_i, α_i, с соответствующими параметрами X_Э, Y_Э, α_Э промежуточных точек путем установления истинности неравенства

N<n²,

где n - число, равное 2, что соответствует доверительной вероятности 95% отклонения параметров X_i, Y_i, α_i от параметров X_Э, Y_Э, α_Э; N=(z_i-b)^T(P_i+P_T)^-1(z_i-b), z_i=[X_i Y_i α_i]^T, , символ "Т" обозначает операцию транспонирования; "-1" обозначает обращение матрицы. Матрицы Р_i, Р_T формируются в БФПД так, чтобы на главных диагоналях располагались квадраты средних квадратических погрешностей соответствующих параметров X_i, Y_i, α_i, X_Э, Y_Э, α_Э. Установление истинности проводится в отношении каждой промежуточной точки путем последовательного их перебора. В результате для известной промежуточной точки формируются наборы X_ЭS, Y_ЭS, α_ЭS параметров, содержащие параметры X_i, Y_i, α_i, которые удовлетворяют указанному неравенству в i-й момент выработки координат. Признаком окончания формирования наборов X_ЭS, Y_ЭS, α_ЭS параметров в i-й момент является невыполнение указанного неравенства при условии, что в (i-1)-й момент оно выполнялось. В момент окончания формирования наборов X_ЭS, Y_ЭS, α_ЭS, относящихся к известной промежуточной точке, сигналы ее параметров Х_Э, Y_Э, α_Э и сформированных наборов поступают на

соответствующие входы ФП 8, значение сигнала М в начальный момент полагается равным единице.

В ФП 8 определяются сигналы погрешностей Δx, Δy координат и ориентации Δα, а также формируются новые параметры точности. Это осуществляется в соответствии с формулами

, K=P_i(P_i+P_T)^-1, ,

, ,

где m₀ - число элементов в каждом из наборов X_ЭS, Y_ЭS, α_ЭS. Сигналы X_i, Y_i, μ_i, поступают на вход БПрПМ 12, в котором определяется сигнал М, являющийся признаком нахождения объекта на маршруте

где S - коэффициент асимметрии, который находится по формулам [3]

, ,

- заданное значение коэффициента ассиметрии.

Сигнал М поступает на вход ФП, где умножается на значения сформированных погрешностей Δx и Δy, поступающих на выход ФП.

Арифметические и логические операции, выполняемые в БПФД 7, ФП 8, БПрПМ 12 для получения сигналов параметров в соответствии с приведенными формулами, могут быть реализованы при помощи существующих электронно-вычислительных средств.

Введение дополнительного блока БПрПМ в состав аппаратуры счисления координат с автоматической коррекцией показаний позволяет уменьшить погрешности координат в случае схода с маршрута в окрестности промежуточной точки. Рассмотрим пример, иллюстрирующий эффект заявляемого технического решения.

На фиг.2 показан пример работы заявленной полезной модели. В верхней части фиг.2 символом ° обозначены точки приборной траектории в том случае, если объект находится на маршруте. Символом • обозначены точки приборной траектории после съезда объекта с маршрута. Из-за погрешностей точки в общем случае не совпадают с дорогой, по которой фактически движется объект - она показана прямой горизонтальной линией. На ней расположена промежуточная точка с координатой X_Э (другие параметры этой точки для простоты здесь не рассматриваются). Стрелкой, восходящей к дуге, обозначена верхняя часть эллипсоида рассеивания [3] погрешностей координат навигационной системы, причем центр эллипсоида совпадает с промежуточной точкой.

В нижней части фиг.2 каждой точке приборной траектории с координатой X_i, показанной в верхней части фиг.2, поставлены в соответствие вероятности μ_i и ^*μ_i нахождения i-ой точки приборной траектории в промежуточной точке. Из рисунка видно, что распределение вероятностей в случае движения объекта по дороге является симметричным относительно координаты X_Э промежуточной точки, а в случае схода - имеет место асимметрия.

В прототипе в случае съезда объекта с дороги математическое ожидание координаты X местоположения объекта, определяемое на основании весовых коэффициентов μ_i, ^*μ_i и значений X_i, смещено на величину Δx относительно координаты X_Э промежуточной точки. Как следствие, уточненное местоположение объекта (координата X) в прототипе определяется с погрешностью Δх.

В заявляемой полезной модели в БПрПМ вырабатывается сигнал М, являющийся признаком нахождения объекта на маршруте. В случае съезда

объекта с дороги сигнал M является нулевым, в результате чего блокируется любое изменение параметров (координат и угла ориентации), выработанных навигационной системой. При этом, в рассматриваемом примере, в уточненное местоположение объекта (координату X) погрешность Δx не вносится. В случае движения объекта по дороге сигнал М является единичным, поэтому погрешности координат в заявляемой полезной модели уточняются так же, как и в прототипе.

Аналогично путем разворота осей системы координат может быть доказан эффект и в отношении координаты Y, при произвольной ориентации дороги.

Таким образом, в отличие от прототипа, в заявляемой полезной модели в случае схода объекта с маршрута в окрестности промежуточной точки уменьшаются погрешности координат.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1. Патент РФ 2242392, 2002.10.03, B61L 25/00, G08G 1/123.

2. Патент РФ 55466, 2006.01.23, G01C 21/12.

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей, изд. Физико-математической литературы, М. 1962 г., стр.96.

Claims (1)

1. Аппаратура счисления координат с оперативным распознаванием схода объекта с маршрута, включающая путевую систему, курсовую систему, блок вычисления приращений координат, блок ввода начальных координат, арифметическое устройство, хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации, касательных к линии маршрута в них, блок проверки и формирования данных, формирователь погрешностей, блок априорных параметров точности и два сумматора, выходы путевой системы и курсовой системы соединены с соответствующими входами блока вычисления приращений координат, выходы которого по приращениям координат Δ_Х и Δ_Y соединены с соответствующими входами арифметического устройства, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам Х_Н и Y_H соответственно, входы по погрешностям координат Δx, Δу соединены с соответствующими выходами формирователя погрешностей, входы по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами арифметического устройства, выходы формирователя погрешностей по координатам Х_Э, Y_Э промежуточной точки связаны с соответствующими входами блока проверки и формирования данных, выходы формирователя погрешностей по счисляемым координатам Х_ЭS, Y_ЭS связаны с соответствующими входами блока проверки и формирования данных, входы блока проверки и формирования данных по текущим счисляемым координатам X_i и Y_i связаны с соответствующими выходами арифметического устройства, вход блока проверки и формирования данных по текущему углу ориентации α_i связан с выходом курсовой системы, входы блока проверки и формирования данных по координатам Х_Э, Y_Э промежуточной точки и углу α_Э ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами хранителя координат и углов ориентации, вход блока проверки и формирования данных по параметрам Р_i точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом формирователя погрешностей, выход блока априорных параметров точности связан с входами блока проверки и формирования данных и формирователя погрешностей, отличающаяся тем, что в нее введен блок проверки признака маршрута, входы которого соединены с соответствующими выходами арифметического устройства X_i и Y_i, а также выходом μ_i формирователя погрешностей, сигнал выхода М соединен с входом формирователя погрешностей.