Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации
METHOD FOR MONITORING SPATIO-TEMPORAL STATE OF A GROUP OF MOVING OBJECTS DURING LOCAL NAVIGATION

Изобретение относится к области радионавигации и радиосвязи и направлено на получение оценок пространственно-временного состояния группы подвижных объектов, использующих локальную навигацию.
Пространственно-временное состояние подвижных объектов в составе группы из одного управляющего и N управляемых подвижных объектов, можно определить любым доступным способом, включая использование глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), например, [1, 2, 3]. При этом N управляемых подвижных объектов должны определить свои координаты в общедоступной системе координат с использованием ГНСС и передавать их управляющему подвижному объекту для получения дальнейших указаний. Однако применение ГНСС для определения местоположения подвижных объектов может быть ограничено из-за недоступности приема навигационных сигналов ГНСС вследствие наличия электромагнитных помех и/или недостоверности навигационной информации из-за искажения навигационного поля. Кроме того, открытая передача абсолютных (привязанных к общедоступной системе координат) данныхо местоположении объектов может привести к несанкционированному использованию этих данных для деструктивного воздействия на подвижные объекты.
Задачей данного изобретения является обеспечение мониторинга пространственно-временного состояния подвижных объектов без привязки местоположения объектов к общедоступной системе координат с целью повышения скрытости и живучести объектов и затруднению или недопущению использования открыто передаваемых по линиям радиосвязи данных о местоположении объектов для деструктивного воздействия на эти объекты.
В общедоступных источниках не обнаружены способы или системы мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации без привязки местоположения объектов к общедоступной системе координат.
Предлагаемый способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации реализуемый управляющим подвижным объектом группы, в состав которого входит устройство сбора данных и расчета координат, дисплей и штатная радиостанция с блоком управления мониторингом, и обеспечивающий мониторинг своего пространственного состояния и пространственного состояния управляемых подвижных объектов группы, в состав которых входят штатная радиостанция с блоком управления мониторингом, с помощью четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков, с известными локальными координатами, путем определения собственных локальных координат на основании значений расстояний между управляющим подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных управляющим подвижным объектом запросным способом, и определения локальных координат управляемых подвижных объектов на основании значений расстояний между управляемым подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных управляемым подвижным объектом запросным способом по запросу от управляющего подвижного объекта и переданных на управляющий подвижный объект, при этом расчет локальных координат управляющего подвижного объекта и управляемых подвижных объектов осуществляется в устройстве сбора данных и расчета координат управляющего подвижного объекта путем решения системы линейных уравнений, связывающих вектор искомых координат подвижного объекта, векторы координат опорных приемопередатчиков и измеренные значения расстояний между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, с дальнейшим отображением рассчитанных локальных координат подвижных объектов на экране дисплея одним из известных способов, например в виде отметок на фоне карты местности.
Сущность изобретения поясняется чертежом фиг. 1, на котором показана структурная схема взаимодействия подвижных объектов.
1
1
1
1
1
1
2
3
n
N
n
n
1
ОПi
ОПi
ОПi
Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации основан на взаимодействии управляющего подвижного объекта А в состав которого входит штатная радиостанция ШР, блок управления мониторингом М, штатная гарнитура Г, устройство сбора данных и расчета координат УС, дисплей Д, управляемых подвижных объектов А, А, …, А, …, А, где n=2, …, N, в состав которых входят штатная радиостанция ШР, блок управления мониторингом М, штатная гарнитура Г, и четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков ОПi с известными координатами x, y, z (i=1, …, 4).
1
1
1
n
Управляющий подвижный объект А с помощью блока управления мониторингом М и штатной радиостанции ШР, циклично по времени, инициирует поочередный запрос об определении местоположения подвижных объектов А, начиная с 1-ого и заканчивая N-ым.
Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации осуществляется следующим образом.
1
1
1i
1
ЗД1i
1
1i
1
1
ОД1i
1i
ОД1i
ЗД1i
1i
1
1
с
1
1
1
1
Первоначально управляющий подвижный объект А определяет собственные координаты, для чего с помощью блока управления мониторингом М формирует поочередно кодограммы «Запрос дальности» до i-го опорного приемопередатчика ОПi, где i=1, …, 4 (ЗД), и через штатную радиостанцию ШР передает их на опорные приемопередатчики ОПi, фиксируя время передачи t. От каждого опорного приемопередатчика ОПi на управляющий подвижный объект А приходят кодограммы «Ответ дальности» (ОД), которые принимаются штатной радиостанцией ШР и передаются в блок управления мониторингом М, где фиксируется время их приема t и измеряется задержка ∆t=t-t. Измеренные задержки ∆t, i=1, …, 4, передаются в устройство сбора данных и расчета координат УС, где определяются расстояния между управляющим подвижным объектом А и опорными приемопередатчиками ОПi  где ν - скорость распространения радиоволны, равная скорости света, и вычисляются координаты x, y, z управляющего подвижного объекта А.
n
1
n
n
1
1
n
n
n
n
n
n
ni
n
ЗДni
n
ni
n
n
ОДni
ni
ОДni
ЗДni
ni
n
n
ni
n
n
1
1
n
1
1
ni
ni
1
1
n
n
n
n
n
Следующий этап – определение координат управляемых подвижных объектов А, где n=2, …, N. Для этого блок управления мониторингом М поочередно формирует кодограммы «Запрос координат» (ЗК) каждого управляемого подвижного объекта А и через штатную радиостанцию ШР управляющего подвижного объекта А передает их соответствующим управляемым подвижным объектам А. В управляемых подвижных объектах А кодограмма ЗК принимается штатной радиостанцией ШР и передается в блок управления мониторингом М. В блоке управления мониторингом М по ее приходу инициируется последовательное формирование кодограмм «Запрос дальности» до каждого i-го опорного приемопередатчика ОПi (ЗД), которые через штатную радиостанцию ШР передаются на опорные приемопередатчики ОПi с фиксацией времени их передачи t. От каждого опорного приемопередатчика ОПi на управляемый подвижный объект А приходят кодограммы «Ответ дальности» (ОД), которые принимаются штатной радиостанцией ШР, и передаются на блок управления мониторингом М, где фиксируются время их приема t и измеряются задержки ∆t=t - t. После измерения всех значений ∆t, i=1, …, 4, блок управления мониторингом М формирует кодограмму «Ответ координат» (ОК), содержащую информацию о всех ∆t, которая через штатную радиостанцию ШР управляемого подвижного объекта А передается на управляющий подвижный объект А. В управляющем подвижном объекте А кодограмма ОК принимается штатной радиостанцией ШР и передается в блок управления мониторингом М, где из кодограммы извлекается информация о задержках ∆t. Извлеченная информация о задержках ∆t из блока мониторингом М передается в устройство сбора данных и расчета координат УС, где определяются соответствующие расстояния между управляемым подвижным объектом А и каждым опорным приемопередатчиком ОПi  и вычисляются координаты управляемого подвижного объекта А x, y, z.
1
n
1
Определение координат управляющего подвижного объекта А (n=1) и управляемых подвижных объектов А (n=2, …, N) в устройстве сбора данных и расчета координат УС осуществляется на основе решения системы линейных уравнений [4]
связывающих вектор  искомых координат n-го подвижного объекта, n=1, …, N, векторы  координат опорных приемопередатчиков ОПi, i=1, …, 4 и измеренные значения расстояний
P
Решение этой системы относительно вектора  ищется в виде
P
A
B
-1
=
где , .
P
n
n
n
n
n
n
T
Компонентами вектора =[x, y, z] являются отыскиваемые координаты n-го подвижного объекта x, y, z (n=1, …, N).
1
n
1
1
n
Полученные устройством сбора и расчета координат УС координаты подвижных объектов А, выводятся на дисплей Д управляющего подвижного объекта А, обеспечивая мониторинг пространственно-временного состояния группы подвижных объектов Аn=1, …, N в условиях локальной навигации. При этом информация, передаваемая от управляемых подвижных объектов на управляющий подвижный объект, не содержит открытых данных об их местоположении в общедоступной системе координат и в этом аспекте ее несанкционированное использование по сравнению с использованием открытых данных о местоположении в общедоступной системе координат затруднит организацию деструктивного воздействия на подвижные объекты по крайней мере на время, необходимое для реализации процедуры привязки данных местоположения в относительной системе координат к общедоступной системе координат.
Источники информации
1. Журавлев, А.В.Навигационные комплексы наземных мобильных средстввоенного назначения [Текст]: монография / А.В. Журавлев. - Воронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2017. —290 с.
2. Тяпкин В.Н., Гарин Е.Н. Методы определения навигационных параметров подвижных средств с использованием спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС: – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – 260 с.
3. Амиров А.Ж., Когай Г.Д., Хамзина М.С. Система спутникового мониторинга подвижных объектов. «Молодой учёный» . № 4 (108) . Февраль, 2016 г. с. 8-9.
4. Маркин В.Г. Расчет координат объектов в разностно-дальномерной системе и анализ погрешностей расчета. Радиотехника, №12, 2013г., с. 81-85.