RU87540U1

RU87540U1 - Устройство измерения пути индивидуальной навигационной аппаратуры

Info

Publication number: RU87540U1
Application number: RU2008152595/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Пархоменко; Евгений Михайлович Устинов; Александр Вячеславович Блинов; Юрий Павлович Пономарев; Вячеслав Владимирович Курносов; Денис Николаевич Кубекин; Василий Александрович Пархоменко; Виктор Кузьмич Марьин
Original assignee: Пензенский Артиллерийский Инженерный Институт
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2009-10-10

Abstract

Устройство измерения пути индивидуальной навигационной аппаратуры, состоящее из источников и приемников лазерного инфракрасного излучения, источника питания, блока синхронизации, блока первичной и конечной обработки информации о пройденном пути и блока представления информации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения пути, пройденного бойцом, и исключения отклонения от направления маршрута, осуществляется измерение длины каждого шага бойца за счет того, что инфракрасное излучение источников с различными длинами волн, размещенных соответственно на левой и правой ногах, при движении бойца облучают подстилающую земную поверхность в ИК-диапазоне, при этом, кроме прямого отражения, возникает и вторичное излучение (за счет прогрева), регистрируемое соответствующими приемниками на правой и левой ногах и передаваемое на блок конечной обработки информации.

Description

Полезная модель относится к индивидуальной навигационной аппаратуре, в частности, к устройствам определения расстояния (дальности, пути), пройденного движущемся объектом (бойцом), для определения положения объекта на местности.

В настоящее время индивидуальная малогабаритная навигационная аппаратура представляет собой только GPS-навигаторы (типа системы СН-3001), которые привязываются к спутниковым системам навигации: "ГЛОНАСС" и (или) "NAVSTAR". Примером является малогабаритный навигационно-связной комплекс (МНСК) "Тропа" («Бот») [2, 3].

Основным недостатком данных МНСК является то, что он не функционируют в городской среде, а именно в зданиях и подвальных помещения даже на местности с ярко выраженным рельефом (т.е. сигнал от спутника не попадает в GPS-навигатор и соответственно не определяются координаты). Очевидно, что в начальный период боевых действий спутниковая система навигации будет выведена из строя. Это вызывает необходимость разработки автономных систем навигации с автономными устройствами (датчиками) пути и курса.

В настоящее время в навигационной аппаратуре наземных подвижных объектов известны устройства измерения пути - датчики пути (скорости) [1-4]:

- одометрические (механические, электромеханические);

- радиотехнические (доплеровские и спутниковые - ГЛОНАСС или GPS).

- инерциальные.

Большая масса и энергоемкость не позволяет их использовать в малогабаритной навигационной аппаратуре.

Для измерения расстояния при спортивном ориентировании на местности широко используют различные типы шагомеров. При стационарном движении человека средняя ширина шага может быть определена достаточно точно. По измеренному шагомером количеству шагов и средней ширине шага может быть вычислено пройденное расстояние с достаточной точностью для спортивного ориентирования.

Однако данные устройства обладают рядом недостатков:

- механическая фиксация факта шага, без точного измерения длины шага;

- не возможность фиксации отклонений от маршрута, возникающего из-за разности длины шагов левой и правой ног бойца.

В индивидуальной навигационной аппаратуре, в частности к устройствам измерения пути, может быть использовано устройство измерения пути для индивидуальной навигационной аппаратуры бойца [6].

Устройство состоит из многоканальных датчиков пути, выполненных на основе акселерометрических датчиков, измерителя времени (кварцевый генератор), устройства обработки информации и выдачи данных о времени движения ноги (о пройденном пути). Для повышения точности определения пройденного расстояния и координат, как на равнинной, так и на пересеченной местности, акселерометрические датчики, измерительным телом которых, является постоянный магнит, а отсчетной системой - герконы (магнитные контакторы типа КЭМ-1, КЭМ-2), расположены на правой и левой обуви бойца регистрируют перемещение бойца в двух плоскостях (в горизонтальной и вертикальной), при этом, герконы датчиков на правой и левой обуви бойца включены в мостиковую схему для сравнения пути, измеренного каждым датчиком, что позволяет учесть отклонение движения бойца от прямолинейного маршрута за счет разности ширины шага правой и левой ноги, а также учесть отклонение от горизонтального движения, за счет разности отсчетов, при измерении вертикальной составляющей движения ног.

Однако устройства данного типа обладают рядом недостатков. Наиболее важными из которых является сравнительно низкая точность учета отклонений ширины шага правой и левой ноги при движении бойца и соответственно учета отклонений от прямолинейного маршрута за счет случайных (ошибочных, но может быть необходимых в бою) движений ног и учета случайных (ошибочных) срабатываний измерительных акселерометров.

В работе предлагаемого устройства измерения пути индивидуальной навигационной аппаратуре, с целью исключения данных недостатков, целесообразно использовать следующие явления [5]:

- при облучении поверхности земли инфракрасным (тепловым) излучением, помимо обычного зеркального или диффузного отражения (в зависимости от шероховатости подстилающей поверхности) возникает и вторичное излучение, возникающее за счет прогрева освещенной подстилающей поверхности падающим ИК-излучением;.

- ИК-излучение не наблюдается визуально - это может повысить скрытность работы устройства измерения пути.

Цель устройства - повышение точности измерения пути пройденного бойцом с индивидуальной навигационной аппаратурой, учет отклонения от маршрута и повышение скрытности работы

Предлагаемое устройство измерения пути индивидуальной навигационной аппаратуры, состоит из (фиг.1):

- источников излучения 1_л и 1_пр (например, узконаправленных светодиодов разной частоты или малогабаритных полупроводниковых генераторов), размещенных на левой и правой ноге бойца (например, полупроводниковый - квантовый генератор) с различными длинами волн инфракрасного излучения (λ₁ и λ₂);

- приемников ИК-излучения 2_л и 2_пр, размещенных на левой и правой ноге бойца, соответственно, принимающих ИК-излучение с длинами волн λ₁ ^! и λ₂ ^!;

- источника питания 3;

- блока синхронизации 4, осуществляющий последовательное включение при шаге бойца источников лазерного излучения 1л и 1пр и приемников ИК- излучения 2л и 2пр;

- блока первичной обработки принятого сигнала содержащий контроллер (ИВИ) 5;

- блока конечной обработки 6, для вычисления пройденного пути;

- блока представления (передачи) информации о пройденном пути 7.

Работа устройства измерения пути индивидуальной навигационной аппаратуры.

При движении левой ноги бойца источник лазерного излучения 1_л (ПКГ) освещает подстилающую поверхность в ИК-диапазоне λ₁. После остановки левой ноги, начинает движение правая нога. При этом, приемник 2_пр, расположенный на правой ноге, фиксирует вторичное свечение подстилающей поверхности в ИК-диапазоне на длине волны λ₁'. Излучатель на правой ноге 1_пр освещает подстилающую поверхность в диапазоне λ₂ После остановки правой ноги и при начале движения левой, приемник 2_л, находящийся на левой ноге, фиксирует вторичное ИК-излучение от подстилающей поверхности на λ₂' и т.д.

Это позволяет осуществить регистрацию протяженности светящихся участков и измерить длину каждого шага бойца (S_пр и S_л).

Сигналы с приемников 2_л и 2_пр поступают в блок первичной обработки 5, в котором оценивается длина вторично светящихся полос подстилающей поверхности S_пр и S_л. В блоке 6 идет конечная обработка измеренного расстояния и учет расстояний левой и правой ноги.

Так как в процессе движения бойца осуществляется измерение длины каждого шага бойца, то это позволяет повысить точность измерения пути пройденного бойцом и исключить отклонения от направления маршрута.

На фиг.1 показано: 7 - левая нога, 8 - правая нога, 9 - вторичное ИК-излучение от подстилающей поверхности на длине волны λ₁'(λ₂'). Так как измеряется величина каждого шага, то исключается отклонение (уход) с линии маршрута из-за разницы величины шагов левой и правой ногой.

Данное устройство может быть реализовано в виде:

- источников излучения на базе малогабаритных узконаправленных светодиодов разной частоты или малогабаритных ИК-полупроводниковых квантовых генераторов типа «Колибри» и т.д. [5];

- приемников излучения [7, 11, 12];

- блока синхронизации 4, блока первичной информации 5, блока конечной обработки информации 6 и блока представления информации 7, которые могут быть реализованы на основе элементов современной микропроцессорной схемотехники в виде микропроцессора, контроллера и др. [8, 11, 12].