Преобразователь координат

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 134 54 р ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ юл. 8 37(54) ПРЕОБРАЗОВА (57) Изобретение ке измерительной быть использован трилатерационных разования простр Цель изобретения решаемых задач з ЕЛЬ КООРДИНАТ относится к обработинформации и может в геодезических системах для преобнственных координат.- расширение класса счет возможности Г 5-7 - соот ия, формиров ования произ лок определе ь производны ветственно на Ф обраще форми -10 ровате ий соо и производны ственно блок невязок, блоний; на фиг.ошибки, форм блок дополне ы и пр лючмироеле-. судАРст 8 енный кОмитетО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(56) АвторскоеР 726534, кл. сАвторское с8 614439, кл. относится к обработкнформации и можетно в геодезическихх системах для преобранственных координаения - расширениезадач за счет возможия пространственноготочки пересечения сфностей положения вистеме координат.дставлена блок-схемакоординат; на фиг.2еского блока; наблока управления; нределения расстояний Изобретение измерительной и быть использова трилатерационны разования прост Цель изобрет класса решаемых ности определен местоположения рицеских поверх прямоугольной с На фиг.1 пре преобразователя схема арифметич фиг.3 - вариант фиг.4 - блок оп2определения пространственного местоположения точки пересечения сферических поверхностей положения в прямоугольной системе координат. Поставленная цель достигается тем, что в известный цифровой преобразователь координат, содержащий блок управления, блок постоянной памяти, сумматоры координат, задающий генератор, регистр координат, введены арифметический блок, схема сравнения, ключ, три регистра координат, мультиплексор и новая организация связей между элементами устройства, за счет чего появляется возможность определять пространственные положения точки по трем расстояниям до нее относительно трех опорных точек с пространственными прямоугольными координатами, 5 з.п. ф-лы, 11 ил., 3 табл. фиг.11 - временные диаграммы ра блока управления.На чертежах обозначены: груп формационных входов 1-3, выход образователя, мультиплексор 5, 6, арифметический блок 7, блок равления, блок 9 памяти, схема сравнения, регистры 11 координа Арифметический блок содержит фо ватель 12 невязок, блок 13 опрек+у 4оварректор О.Кравцов Редактор Л,З е Заказ 6080/8 Тираж 668 П НИИПИ Государственного комитета по изобретен 113035, Москва, Я, Раушскаписно ГКНТ СС ияи и открытиямя наб., д. 5 Произ ен Составитель Н.ШелоТехред Л.Олийнык ЗдатЕЛЬСКИй КОМЭИНат иПатЕ г.ужгород, ул.Гагарина, 1013 .1513445ния расстояний и производных, блок деления расстояний и производных 14 обращения, сумматор 15 координат, (фиг.4) содержит Формирователи 25 блок 16 формирования произведений, производных, блок 14 обращения (Фиг,5) блок 17 определения ошибки, Блок 8 5 содержит блоки 26 дополнений, пере- управления включает вход 18 запуска, множители 27, сумматор 28, блок 29 . ждущие мультивибраторы 19, задающий вычисления обратной величины, причем генератор 20, КВ-триггеры 21, синхро- порядок соединения входных шин и вхонизируемый КВ-триггер 22, элементы дов каждого блока дополнений показан И 23 элемент И-НЕ 24. Блок 13 опре в табл. 1 в виде . Табл и ца Вход- Выходы блока 1 Выходы блока 2 Выходы блока 3наясшина 123456 123456 123456 1 2 н36 4 5 6 7 8 9 Кроме того -е входы соединеныс первыми входами х-х перемножителей, вторые входы которых соединеныс первыми выходами -х блоков дополнений ( = 1,3), а выходы соединеныс входами сумматора 28, выход которого через блок 29 вычисления обратной величины подключен к вторым входам оставшихся девяти перемножителей, причем 1.-е выходы 1-х блоковдополнений соединены с первыми вхо. дами ,1 3+-х перемножителей (13,1 = 1,3) выходы которых объединены в группу выходов блокаФормирователь 12 невязок (фиг,6)содержит разностные блоки 30, причемпервые входы -х разностных блоковсоединены с -ми входами блока первой группы, вторые их входы соединены с д-ми входами второй группы( = 1,3), а выходы объединены вгруппу выходов блока. Блок 16 Формирования произведений (Фиг.7) содержит перемножители 27, сумматоры 28,причем каждый из входов блока первойгруппы соединен с первым входом соответствующего ей по номеру перемножителя, -е входы блока второй группы соединены с вторыми входами1(,1-1)3+ -х перемножителей (13 3 = 13). Кроме того, входы-х сумматоров соединены с выходами30 (-1)3+.13 -х перемножителей ( = 1,3;з = 1,3), а выходы сумматоров объединены в группу вы%одов блока.Блок 17 определения ошибки(фиг.9) содержит три разностных блока 30, шесть перемножителей 27, сум матор 28, блок 31 извлечения квадратного корня, блок 29 вычисленияобратной величины, причем -е входыпервой и второй групп блока соединены соответственно с первым и вторымвходами -х разностных блоков, выхо-.,ды которых подключены к двум входамиз д-х перемножителей, а также к первым входам (+3)-х перемножителей(3= 1,3), выходы первых трех перемножителей соединены с входами сумматора, выход которого подключен квходу блока извлечения квадратногокорня, выход которого является выходом блока, а также соединен через 55блок вычисления обратной величиныс вторыми входами четвертого, пятогои шестого перемножителей, выходы которых образуют вторую группу выходовблока.Итерационный процесс завершается на Ь-м шаге в том случае, если норма вектора ошибок (уточняющих поправок) йх, не превышает заданного порога точности вычислений Е.П р и м е р. Пусть истинные координаты точки равны: Х = 180, У = 100, Е = 120.При рассмотрении работы преобразователя двоичный эквивалент чисел не используется, так как при этом теряется наглядность. Пространственные координаты опорных точек, относительно которых определено расстояние до точки, координаты которой требуется найти, заданы следующим обра 25 зом;Х,=1401 т,=5; К,=160;У =180 У,=3,2 =220Хз= 70 Ъ,= 0; Хз 190Соответствующие расстояния между точками (с точностью до восьмой знацащей цифры) К= 0,11926860 1 Оз; К" =- = 0,1393 1618 10 З; К " = 0,16431676 х х 10 з, Начальные приближения искомых координат Х, У, Е и порогового значе ния ошибки вычислений заданы так:Хо=О=50. =О;Работа преобразователя начинается с того, цто по входам 1 поступают значения велицин К, К", К по входам 2 - знацения величин Х;У,Е(1 - 1,3), а по входам 3 - знацения величин Ху УоЕ ОАрифметический блок 7 является уз лом, в котором производится собственно преобразование координат. Блок 13 определения расстояний,.и производных предназнацен для расчета расстояний К,(Х) ( = 1,3) и матрицы производных А(Х) по преобразованным значениям координат. Блок 14 обращения предназначен для обращения матрицы. Формирователь 12 невязок предназначен для получения величины рассогласования между измеренными и вычисленными величинами расстояний, Блок 16 Формирования произведений предназначен для Формирования произведения матри-. цы на вектор, Блок 8 управления предназначен для синхронизации работы -преобразователя. Основная работа устройства осуществляется с помощью блока 8 управления и нацинается подачей сигнала на вход 18 (фиг.3) внешнего запуска, При этом переводится в единичное состояние первый триггер 21, переводится в нулевое состояние второй триггер 21 (фиг.3) и закрывается ключ 6, запрещая вывод информации . из второго буферного регистра 11 координат (фиг,1) во время вычислений. Перевод первого триггера 21 в единичное состояние обеспечивает появление логической "1" на информационном входе синхронизируемого триггера 22 (Фиг.3). Перевод синхронизируемого триггера 22 в единицное состояние происходит в момент появления на его сцетном входе тактового импульса от задающего генератора 20 тактовых импульсов. В результате с выхода синхронизируемого триггера 22 логическая "1" поступает на первый вход первого элемента И 23, обеспечивая прохождение синхроимпульсов, поступающих на второй его вход от первого ждущего мультивибратора 19. Кроме того, положительный перепад напряжения, появившийся на выходе триггера 22, соединенного с входом ждущего мультивибратора 19, вызывает появление синхроимпульса на выходе этого мультивибратора. С выхода второго мультивибратора 19 и первого элемента И 23 синхроимпульсы поступают на вход второго элемента И 23, выход которого соединен с управляющими входами первого и третье-го регистров 11 координат, Синхроимпульсы с выхода первого элемента И 23 через элемент .И-НЕ 24, где происхо;,. дит инвертирование сигналов, поступают на управляющий вход второго регистра 11 координат, Период следования синхроимпульсов выбирается из условия полного завершения одного шага вычислений, длительность - из условия1513445 завершения записи информации в регистры 11 координат, Временные диаграммы сигналов управления показаны на фиг.11 и 3. После поступления импульса запуска преобразователя в момент времени , (фиг,11 в) до момента времени с, выполняется чтение информации из второго регистра 11 координат и запись информации, получаемой в арифметическом блоке 7, в первый и третий регистры кооодинат 11 (фиг.1). В промежутке времени С,4осу" ществляется запись информации, поступающей с второго выхода мультиплексора 5, во второй регистр координат 11 и продолжается запись информации в первый и третий регистры координат 11. В промежуткееосуществляется цтение значений начальных приближений Х У 2 0 с второго регистра 11 координат и передачатих значений на вход арифметического блока 7, вычисление первого при.- ближения координат Х , У 2, и ошиб 1ки Е в ариФметическом блоке 7 и запись этих значений в соответствующие первый и третий регистры 11 координатВ табл. 3 (шаг 1) указаны значения вычисленных на первом шаге значений чисел на выходах блоков 13, 14, 12, 16, 17, 15 (Фиг.2) арифметического блока 7, На этом первый шаг вы" цислений завершается. В промежутке времени4с ,1 осуществляется перезапись информации (координат Х , У 1, 2,) из первого регистра 11 координат во второй через мультиплексор 5; который с момента (фиг. 11 ж) подает на выход информацию с первого входа, а также осуществляется считывание значения ошибки Ес выхода третьего регистра координат 11 на .вход схемы 10 сравнения (Фиг.1) и сравнение с порогом Е. Поскольку для рассматриваемого примера Е, ) Е, то на 10 20 30 35 40 45 Таблица 3 Входы-выходы блока 0,23397961 10 З0,17999999 10 З 0,87905337 10 З0,99999993 10 0,18054273 100,12000000 10 за 0 50 0(.-1) выходе схемы 1 О сравнения сигнал овыполнении равенства Ес Е д не появится в течение второго шага вычислений, и блок управления продолжитработу без изменения режима работы.В промежутке времени сйв соответствии с диаграммой работы(Фиг.11) осуществляется считываниеинформации из второго регистра 11координат на вход арифметическогоблока 7, выцисление второго приближения координат Х, У, 2 и ошибки Е, запись этой информации в первый15 и третий регистры 11 координат. В табл. 3 (щаг 2) также указаны результаты вычислений на выходах блоков 13,14, 12, 16, 17, 15. На этом эавершается второй шаг вычислений. В рассматриваемом конкретном примере требуется десять итераций (шагов) вычислений. Так как оставшиеся восемь шагов выполняются по аналогии .с вторым шагом, то остановимся на последнем, десятом шаге, когда полученное значение ошибки Е, ( Е(шаг 10, табл. 3)В этом случае на одиннадцатом шаге схема 10 выдает импульс в момент вре: ,+й,(фиг.11 к), который переводит первый триггер 21 в нулевое состояние, второй триггер 21 - в единичное состояние, посредством чего открывается ключ 6 и после момента= е , пропускает на выход устройства вычисленные на десятом шаге координаты Х ,1 о 2 1 опосле чего в результате воздейсТвия положительного перепада напряженияочередного тактового импульса на входе "Г триггера 22 последний переводится в "0". На этом работа преоб"разователя закончена. Все элементы,входящие в состав преобразователя,могут быть выполнены на стандартныхмикросхемах. Номер шага1 2101513445 Номер шага 1 со 0,15882380 0,288 11282 0,20856654 103 0,88731731 103 0,87860127 103 0)89426707 100,11926860 103 1030,13931618 103 1030,16431676 103 Вторая группа выходов блока 13 (элем.матрица по строкам)а -0,88147997 а 0,28333285 асз -0,37777713 а . -0,62475525 а . 0,16313054 а "0)76358975 а с -0,3356243 1 аз 0,23973165 а -0,91088027и 4Еж-0,39555202 -0,14879665 -0,44249776 Выход блока 16уточн, поправ. ккоордин,ХйУй 2 0,23397961 103 0,51773881 0,82905337 103 -0,75463160 0)ТЫ 054273 103 -0,2226453 102-0,12759583 1003-0,76022213 10 103-0)70276890 10 Выход блока 7ошибка Е,100,1140870 О 0)620504 0,774758 103 .. 0,1799999 103 1030,9999993 102 Ол , П,100000 103 103 0 28575349 103 0,12442178 10 -0,41621806 0,233979610,87905337 0,18054273 Входы-выходы блока Первая группа выходов блока 13В,(Х)к,(М)К,(Х) Выход блока1, Преобразователь координат, содержащий сумматоры координат, блокуправления, блок памяти, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач эа счетобеспечения возможности определенияпространственного местоположения точ Оки пересечения сферических поверхностей положения в прямоугольной системе координат, в него введены арифметический блок, схема сравнения, ключ,три регистра координат и мультиплексор, причем выходы блока управлениясоединены с входами разрешения записи первого, второго и третьего регистров координат, с управляющим входоммультиплексора и первым входом ключа, 20первая и вторая группы входов арифметического блока соединены соответственно с первой и второй группамиинформационных входов преобразователя а третья группа входов - с информационными выходами второго регистра координат и вторым входом клюца,выход которого является выходом преобразователя, первая и вторая группывыходов арифметического блока подклю- ЗОцены соответственно к информационнымвходам первого и третьего регистровкоординат, выходы которых соединены с первым информационным входом мультиплексора и первой группой входов схемы сравнения соответственно, вто" рая группа входов которой подключена к выходу блока памяти, третья группа информационных входов преобразователя соединена с вторым информационным 40 входом мультиплексора, выход которо" го подключен к информационному входу второго регистра координат, выход схемы сравнения соединен с входомсмены режима блока управления.2.-Преобразователь по п.1, о т " л и ч а ю щ и й с я тем, что ариФ- метицеский блок содержит блок определения расстояний и производных, блок обращения, формирователь невязок, блок формирования произведений, блок определения ошибки, сумматор координат, причем первая группа входов бло"ка соединена с первой группой входовформирователя невязок, ВтоРая группа входов блока соединена с первой группой входов блока определения расстояний и производных, а третья группавходов блока - с первым входом суммах 3+1-х перемножителей (11,3, ,1 = 1,3) а выходы С(1-1) 3 +,1,1- хперемножителей, где (1 1,3,1,3) подключены к входам 1-х сумматоров, выходы которых являются группой выходов блока.6. Преобразователь по п.2, о тл и ц а ю щ и й с я тем, что блокопределения ошибки содержит три пере". Формула изобретения тора координат и второй группой входов блока определения расстояний и производных, первая и вторая группы выходов которого подключены соответственно к первому входу блоКа обращения и второй группе входов формирователя невязок, выход последнего из которых соединен с первой группой входов блока произведений, вторая группа входов которого подключена к выходу блока обращения, а группа выходов соединена непосредственно с второй группой входов сумматора координат и через блок определения ошибки - с второй группой выходов блока, первая группа выходов которого является выходом сумматора координат.3. Преобразователь по п,2, о т " л и ч а ю щ и й с я тем, что блок определения расстояния и производных содержит три формирователя производных, причем 1-е входы первой груп" пц входов блока соединены с первыми входамих формирователей производных ( = 1,3), вторые входы которых соединены с второй группой входов блока, первые выходы Формирователей производных подключены к первой группе выходов блока, а вторые выходы образуют вторую группу выходов блока,Преобразователь по п,2, о тл и ч а ю щ и й с я. тем, что формирователь невязок содержит три разностных блока, причем первые и вто" рые входы -х разностных блоков сое" динены с -ми входами соответственно первой и второй групп входов блока ( = 1,3), а выходы являются группой выходов блока.5. Преобразователь по п.2, о т " л и ч а ю щ и й с я тем, цто блок формирования произведений содержит девять перемножителей и три сумматора, причем каждый вход первой группы входов блока соединен с первым вхо" дом соответствующего перемножителя, д-е входы второй группы входов блока соединены с вторыми входами (1-1) хмножителя и сумматор, выход которогоявляется выходом блока, а входы соединены с выходами перемножителей,первые и вторые входы -х перемножителей (1. = 1,3) соединены с д-ми входами группы входов блока