Устройство для определения азимутальной координаты подвижного объекта относительно протяженного ориентира с использованием навигационной системы

ПБСАБИЕ БЗОБРЕТЕБН Комитет Российской Федерации о ттатситам и тонсцзттым знакам(71) Малое индивидуальное предприятие "Лидар"(73) Малое индивидуальное предприятие "Лидар"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТАЛЬНОЙ КООРДИНАТЫ ПОДВИЖНОГООБЕКТА ОТН ОСИТЕЛЬНО Г 1 РОТЯИЕННОГООРИЕНТИРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ(57) Изобретение относится к системам для определения местоположения и ориентации объектовпо наземным ориентирам и информации искусственных спутников Земли. Устройство содержит установленные на объекте и оптически сопряженныеблок сканирования, приемопередающую оптическуюсистему, узел лазерного подсвета и приемный блок,(в) ЙУ (и) 2002207 С 1 (Я 1) 5 601 С 21 24 подключенные к дальномеру, которые обеспечивают получение в процессе подлета объекта к протяженному ориентиру текущего контурного изобра - женил ориентира в виде его дальностного портрета в азимутапьной плоскости со стороны подвижного объекта. Текущее контурное изображение запоминается в устройстве и затем сравнивается с эталонным контурным изображением, заранее полученным с помощью телевизивпюй камеры и соответствующих блоков навигационной системы при ее пролете над протяженным ориентиром и введенным в память устройства. Путем последовательного срав - нения текущего контурного изображения с эталонным устройство определяет азимутальнуто координату подвижного объекта относительно протяженного ориентира Высокая точность измерения достигается за счет учета формы контура ориентира.Изобретение относится к системам дляопределения местополокения и ориентации объектов по наземным ориентирам иинформации искусственных спутников Земли (ИСЗ).Известны устройства для определенияориентации объекта с привязкой к ИСЗ.Данные устройства обеспечивают определение местоположения объектов по координатам Х, У в реальном режиме времени.Используетсясистема СР, в которой функционирует 18 спутников. Для определения, положения используется дифференциальный метод спутниковой навигации, Недостатком данном системы являетсязначительная ее сложность,Известно устройство для определенияместоположения и ориентации подвижного.объекта относительно наземного ориентирас использованием навигационной системы(НС), выбранное в качестве прототипа. Оносодержит установленные на подвижномобьекте сканирующий блок (сканер)с блоком управления, формирующую приемопередающую оптическую систему,сопряженный с ней приемный блок, блокопределения дальности, первый вход которого соединен с выводом приемйого блока,узел подсвета, оптически сопряженный через полупрозрачное зеркало с формирую=щей оптической системой, блокопределения аэимутальной координаты иприемник линии связи, а также ТВ-камерунавигационной системы, блок высоты,. последовательно соединенные с ним по первому входу блока масштабирования,кадровое запоминающее устройство, передатчик линии связи, причем второй входблока масштабирования соединен с выходомблока высоты.Недостатком данного устройства является необходимость получения изображения наземного ориентира принепосредственном нахождении подвижного объекта на достаточно малом расстоянииот ориентира, а также осуществление привязки относительно точечного ориентира, Вслучае же работы по протяженному ориентиру влияние погодных, сезонных и суточных измерений приводит к искажениюинформации об ориентире, получаемой наоснове отражательных, температурных идругих характеристик, что снижает точностьпривязки.Целью изобретения является достоверность и повышение точности привязки приориентации по протяженному наземномуориентиру,Для этого устройство введены блок формирования контуров текущего изображения протяженного ориентира, второе кадровое, запоминающее устройство, второй вход которого по цепи сигнала запуска устройства соединен с выходом приемника линии свя зи, два запоминающих устройства, информационный вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего блока формирования контурного изображения, .два управляющих входа - с соответствую щими выходами введенного блока синхронизации, а выходы - с первым и вторым входами блока определения аэимутальной координаты, третий вход которого, вход блока управления сканирующим блоком, 15 вход дальномера и вход узла подсвета соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, вход которого соединен с первым выходом приемника, при этом два входа блока формирования текущего кон турного иэображения по цепям сигналовузлового положения блока сканирования соединены с выходом блока управления сканированием; третий вход - с выходом дальномера, вход блока формирования 25 контурного эталонного иэображения соединен с выходом второго кадрового запоминающего устройства, э блок определения эзимутальной координаты выполнен в виде сдвигового регистра на И/2 позиций, сдвиЗ 0 гового регистра на М позиций, причем входырегистров являются соответственно первым и вторым входом блока определения аэимутальной координаты, М блоков вычитания, входы каждого из которых соединены З 5 с соответствующими выходами регистровй/2 и й, последовательно соединенных с выходом каждого блока вычитания квадратора и накопителя, второй вход которого соединен с его выходом, а также задержки, 40 блока выбора максимального значения, Ивходов которого соединены с выходами на- .копителей, а И+1 вход и вход линии задержки соединен с выходом синхронизатора, пороговый блок и буферное запоминающее 45 устройство, при этом вход порогового Йлокаи первый вход буферного запоминающего устррйствэ соединены с первым и вторым выходом соответственно блока выборки максимума, второй вход буферного запоми нающего устройства соединен с выходомпорогового блока, его выход является выходом блока определения азимутальной координаты, а выход линии задержки соединен с входом обнуления каждого накопителя,На фиг. 1 изображена функциональнаясхема устройства; на фиг. 2 - выполнение блока определения аэимутальной координаты; на фиг. 3 - временная диаграмма функционирования устройства, 20022072 = д сов а совр,10 30 50 Устройство содержит сканирующийблок 1, формирующую приемопередающую оптическую систему 2. узел подсвета 3, приемный блок 4 приемопередающего канала, полупрозрачное зеркало 5, блок определения дальности 6, блок 7 управления сканирующим блоком, блок 8 формирования текущего контурного изображения, первое запоминающее устройству ЗУ 1 9, ТВ - камеру 10, блок масштабирования 11, блок высоты 12, первое кадровое запоминающее устройство 13, передатчик 14 линии связи, приемник 15 линии связи, второе кадровое запоминающее устройство 16, блок 17 формирования контуров эталонного изображения, второе запоминающее устройство ЗУ 2 18, блок 19 определения азимутальной координаты, блок синхронизации 20.Устройство также содержит сдвиговый регистр 21 на И/2 позиций, сдвиговый регистр 22 на Г 4 йозиций, М квадратов 24, й 1 накопителей 25, линию задержки 26, блок вывода максимального значения 27 пороговый блок 28 и буферное запоминающее устройство 29.Блок сканирования 1, формирующая приемнопередающая оптическая система 2, узел подсвета 3 и приемный блок 4 оптически сопряжены, Выход приемного блока 4 соединен с первым входом дальномера, вход которого соединен с третьим входом блока формирования контуров текущего изображения протяженного ориентира 8, первый и второй входы которого соединены с блоком управления сканированием. Выход блока формирования контуров текущего иэображения соединен с блоком определения азимутальной координаты 9. Выходы ТВ-камеры 10 и блока высоты 12 соединены с входами блока масштабирования 11, выход которого соединен с цепочкой последовательно подключенных первого кадрового ЗУ 13, передатчика 14 и приемника 15 линии связи, второго кадрового ЗУ 16, блока формирования контуров эталонного изображения 17 и запоминающего устройства 18, выход которого также соединен с блоком определения азимутальной координаты, Все блоки устройства охвачены синхронизирующими связями от блока синхронизации 20; соединенного по цепи сигнала запуска устройства с приемником линии связи 15.Устройство работает следующим образом,С НС эталонная информация о протяженном ориентире записывастся в кадровое ЗУ 1 в период пролета ИСЗ над данным ориентиром. При движении обьекта сканирующая система производит сканирование области возможного нахождения наземного протяженного ориентира по углам а ир, задаваемым блоком управления, Сигналы, пропорциональные а Ир, а также дальность б до границ ориентира поступают в блок формирования текущего контурного изображения, реализующего зависимость . Совокупность значений 2(Х) есть текущее дальностное изображение (текущее контурное изображение). Выходной .сигнал с блоКа формирования текущего контурного изображения записывается в ЗУ 1. С НС по линии связи передаются сигналы эталонного изображения ориентира, запоминаются в кадровом ЗУ 2 и преобразуются в контурное изображение ориента 2 З (Х), запоминаемое в ЗУ 2,Выполнение блока формирования эталонного контурного изображения известно, Считывание с ЗУ 1 и ЗУ 2 синхронизировано, и сигналы, пропорциональные текущему и контурному изображению, подаются на входы блока определения азимутальной координаты,Блок определения азимутальной координаты работает следующим образом.Считываемое из ЗУ 1 текущее контурное изображение поступает на вход первого сдвигового регистра, выполняющего функции цифровой линии задержки, Поступающее текущее контурное изображение имеет вид последовательности из М цифровых замеров горизонтированной дальности, полученных после М зондирований за время одного полного азимутального сканирования, В перзом сдвиговсм регистре последовательность цифровых замеров горизонтированной мощности 2(Ь), где 1Е 5 1 ч - текущие номера замеров дальности; а.11; - соответствующие им моменты времени, задерживается на 1 ч/2 тактов на время Л тЯ 2. Один такт Лт соответствует одному временному интервалу между соседними зондированиями. Задержанная последовательность цифровых цифровых замеров гориэонтированчой дальности (Е(1 к - ЬС 1 ч/2) ) подается на объединенные первые входы М блоков вычитания. . Считываемоеиз ЗУ 2 эталонное контурное изображение поступает в виде последовательности й 1 блоков вычитания, Считываемое из ЗУ 2 эталонное контурное изображение поступаст в виде последовательности И цифровых амеров эталонной горизонтирован ной дальности 2 ск) на вход второго сдвигового регистра, который вы2002207 20 25 30 40 45 чполняет функции многоотводной цифровой линии задержки, С промежуточных выходов второго сдвигового регистра снимается М сдвинутых друг относительно друга на один такт задержанных последовательностей эталонной горизонтированной дальности Е(т к - Ьт), ,Е(1 К - ЛЯ) Л( т к - М Ь с ), где Ь- временной интервал между соседними зондированиями и соответственно соседними замерами дальности. Задержанные последовательности подаются на соответствующие вторые входы блоков вычитания, где они вычитаются из задержанной последовательности текущих дальностей 2(ск-М/2), С помощью й квадратов полученные в блоках вычитания разности возводятся в квадрат, в результате чего образуются М последовательностей квадратов разностей а 7(1 Ьи/2) - е(11 Ь 1)е (- Ьм/2) - е (с к - м Ь Эти последовательности подаются на вход Й накопителей, которые суммируют соответствующие квадраты разностей по всем зондированиям в пределах одного цикла азимутального сканирования. Значение выходного сигнала 1-го накопителя после одного цикла азимутального сканирования равно е щ =С 2 (й к - и/ 2 ) - 2 (1 м - 6 1) Накопленые к концу текущего цикла азимутального сканирования квадраты разностей дальности ЕЕкЕм поступают на й входов блока выбора максимального значения, который после поступления из блока синхронизации соответствующего команды выбирает максимальное значение Епах и соответствующий ему номер задержки 1 вах,Максимальное значение Е сравнивается с порогом Ео, что необходимо для защиты от ложных. срабатываний. Превышение порога Ео классифицируется устройством как факт обнаружения необходимого протяженного ориентира. Если максимальное значение азимутального сканирования превышает порог, то пороговый блок-выдает команду на запись соответствующего Евах номера вре 10 менной задержки вах в буферное ЗУ и выдачи 1 вах на выход устройства, Затем после небольшой задержки происходит обнуление блоков накопления для их подготовки к работе в следующем цикле азимутального сканирования, и далее весь процесс повторяется.Поскольку каждому номеру временной задержки 1 соответствует свое значение азимутального угла аи, соответственно,азимутальной координаты, то 1 аах представляет собой по существу измеренное устройство и значение азимутальной координаты подвикного обьекта относительно протяженного ориентира при наилучшем совпадении текущего контурного изображения с эталонным изображением.Предложенное устройство позволяет осуществить координатную привязку относительно протяженного ориентира, Координатная привязка производится на значительном расстоянии до ориентира, а не во время пролета над ним.,Работа устройства устойчива погодным, сезонным и суточным изменениям физических характеристик ориентира, поскольку для определения координаты используется геометрическая форма (топология) ориентира, а не отражательные, температурные и подобные характеристики. Эталонная информация об ориентире записывается в память устройства заранее (в удобное дляпользователя время).(56) йеуое И/оН 9 ап 9, 3 цй ипд Башт 4 агт.1980, М 4, с. 34 - 38.Мабег бегаб 3, люсаз . Уааег й, Оеор 0 оз Вез. В - 1989 - 94, М 8, с, 10175- 10181.Формула изобретения азимутальной координаты, управляющиеУСТРОЙСТВО ДЛЯОПРЕДЕЛЕНИЯАЗИМУТАЛЬНОЙ КООРДИНАТЬ ПО дальности, блока управления сканера, пердВИЖНОГО ОБЪЕКТА ОТНОСИТЕЛЬНО 5 ваго и вараго запоминающих устройств, аПРОТЯЖЕННОГО ОРИЕНТИРА С ИС также блока определения ьзимутальнойПОЛЬЗОВАНИЕМ НАВИГАцИОННОИ СИ оординаты соединены щи . у щкоторого соединен с первым выходом приСТЕМЫ, содержащее установленные наподвижном объекте сканер с блоком управления, формирующую приемопередаюфо м о а ю е пе е аюемника линии связи. выход 6 ока апредещую оптическую систему, сопряженный свходом блока форроаи коура теней приемныйдальности, соединенный первым входом с кущего изобРажения протяженного ориенвыходом приемного блока, узел подсвета, тира 9 третии входы ка оР гооптически сопряженный через полупроз- соединены совместно с входами сканера, с15рачное зеркало с формирующей приемопе- соответствующими выходами блока управредающей оптической системой, блок ления сканера, при этом блок определенияопределения азимутальной координаты и азимутальной координаты выполнен в ви-.приемник линии связи а также телевизи- де сдвигового регистра на Й/2 позиций,120Фонную камеру навигационной системы сдвигового Регистра на М позиций, причемблок высоты, посфдавательно соединен .входы РегистРов являются соответственноные с ним по первому входу блок масшта пеРвым и вторым входами блока определебиравания первое кадровое ния азимутальной координаты, й блоковРнии связи, причем второй вход блока масштабирования соединен с выходом сдвиговых регистров на й/2 и И позиций,телевизионной камеры, отличающееся тем последовательно соединенных с выходамичто в него введены блок формирования каждого блока вычитания квадрэтора и наконтУров текущего иэображения протяжен капителя, второи вход ко 1 Ьрого саед евторой вход котЬрого соединенного ориентира, блок формирования конту- с его выходом, линии задержки, бло а влака выров эталонного изображения ориентира бора максимального значения, входы котовторое кадровое запоминающее устройстого соединены с выходами накопителей, аво, вход которого по цепи сигнала запускасоединен с вторым выходом приемника ли задеРжки " " Ра. щзадержки являотся управляющим входомблока определения азимутальной координии связи, блок синхронизации, первое за- блока определе ия аз у а о Рдпоминающее устройство,наты, а также соединенных последоваельно порогового блока и буферногоинформационный вход которогь соединензапоминающего устройства, вход парагос выходом блока формирования контуровваго блока и второй вход буферного запотекущего иэображения протяженного ори о Р д У 4 Рминающего . устройства соединеныентира, а выход - с первым входом блокаеоатветственпо с первым и вторым выхоопределения азимутальной координаты,дами блока выбора максимального значевторое запоминающее устройство, инфорния, выход линии задержки соединен смационный вход которого соединен с выходом бл-а формирования кон,уров 45-домобнувходом обнуления каждого накопителя, выход бу ерного запоминающего устройстваэталонного изображения ориентира, а вы- д Уф Рявляется выходом блока определения азиход - с вторым входом блока определениямутальной координаты.2002207 ю Ю х а о х к я Ф я Я р тор 0,1 усти о ктор А.Бе Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента13035. Москва, Ж, Раушскав наб 4/5 Заказ род,;,оизводственно-изда Составитель Н.ПасечныйТехред М.Моргентал льский комбинат "Патент",х Ф И я Ф М , Ю а я х 3 я а Ь я о Ф х М Ф а в .3 е о я ф о я к Ю