НАВИГАЦИОННЫЙ ПРИБОР

Заявляемая полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована в приборах для определения координат, в том числе и движущихся объектов в различных средах.
Известно навигационное устройство, описанное в патенте Российской Федерации №2058532, G 01 С 21/00, 1996 г. «Навигационное устройство». Устройство содержит датчик угловой ориентации, датчик перемещения, вычислитель текущих координат, устройство управления, блок индикации, блок ввода начальных данных, вычислитель «азимут-дальность» и коммутатор. Ввиду отсутствия учета маневра известное устройство имеет низкую точность измерения навигационных параметров и отличается сложностью.
Ближайшее по технической сути и принятым за прототип является навигационный прибор, описанный в патенте Российской Федерации №2160431, G 01 С 21/00 1999 г.
Устройство содержит датчик перемещений, блок формирования задержки импульса, подключенный управляющим выходом к блоку угловой ориентации, вычислительное устройство, взаимосвязанное с пультом управления и таймером и соединенное первым управляющим выходом с блоком формирования задержки импульсов, вторым управляющим выходом с звукоизлучающим элементом, информационным входом - с блоком угловой ориентации, а информационным выходом - с блоком индикации.
Недостатком известного устройства является то, что все измерения производятся относительно неподвижного объекта с известными координатами, что ограничивает область его применения.
На практике чаще встречается ситуации, когда необходимо определить параметры движения объекта относительно собственного местоположения,
имея только угловую информацию о перемещении объекта (например в подводной среде, задымленной среде, в тумане и т.д.).
Целью заявленного технического решения является расширение области возможного применения устройства.
Указанная цель достигается за счет того, что в навигационный прибор содержащий датчик перемещений, блок формирования задержки импульса, подключенный управляющим выходом к блоку угловой ориентации, вычислительное устройство, взаимосвязанное с пультом управления и таймером и соединенное первым управляющим выходом с блоком формирования задержки импульсов, вторым управляющим выходом с звукоизлучающим элементом, информационным входом - с блоком угловой ориентации, а информационным выходом - с блоком индикации, введены блок определения маневра и блок хранения текущей информации, при этом управляющие выходы блока определения маневра подключены к блоку формирования задержки импульса, к вычислительному устройству и к блоку хранения текущей информации, информационный вход которого соединен с датчиком перемещений а информационный выход с вычислительным устройством, третий и четвертый выходы управления которого подключены к блоку угловой коррекции и к датчику перемещения, кроме того блок определения маневра входами подключен к датчику перемещения и таймеру, а блок индикации управляющим входом подключен к вычислительному устройству и управляющий вход звукоизлучающего элемента подключен к пульту управления.
Такое устройство позволяет учитывать момент изменения параметров движения (маневра), что приводит к уменьшению количества замеров, содержащих ошибку измерения угловой информации и, как следствие этого, приводит к уменьшению погрешности определения параметров движения объекта.
На чертеже представлена структурная схема навигационного прибора.
Навигационный прибор содержит пульт управления 1, вычислительное устройство 2, таймер 3, датчик перемещения 4, блок индикации 5, блок угловой ориентации 6, звукоизлучающий элемент 7. блок формирования задержки импульсов 8, блок хранения текущей информации 9, блок определения маневра 10.
Пульт управления 1 управляющими выходами подключен к вычислительному устройству 2 и звукоизлучающему элементу 7 и может быть выполнен на микропроцессоре, например на восьмиразрядном цифровом микропроцессоре любой серии с АЦП (аналого-цифровым преобразователем) и включать в себя клавиатуру для взаимодействия с оператором. Вычислительное устройство 2 управляющими выходами подключено к звукоизлучающему элементу 7, блоку индикации 5, датчику перемещения 4, блоку формирования задержки импульсов 8, блоку угловой ориентации 6, таймеру 3, а информационными выходами к пульту управления 1, блоку индикации 5 и представляет собой арифметико-логическое устройство, выполненное на базе микросхемы серии M1533 согласно приведенному алгоритму. Таймер 3 информационными выходами подключен к вычислительному устройству 2 и к блоку определения маневра 10, может быть выполнен на базе микросхемы серии 1533 (TTL). Датчик перемещения 4 информационными выходами соединен с блоком хранения текущей информации 9 и блоком определения маневра 10 и может представлять собой любое известное, устройство с выхода которого снимаются параметры движения (величина пройденного пути за интервал времени, угол направления движения, скорость движения). Блок угловой ориентации 6 может быть выполнен, как показано в описании к патенту Российской Федерации №2160431, G 01 С 21/00 1999 г., информационными выходами подключен к вычислительному устройству 2. Блок формирования задержки импульсов 8 представляет собой высокочастотный делитель частоты, выполненный на микросхеме КР512ПС12, управляющим выходом соединен с блоком угловой ориентации 6. Блок хранения текущей
информации 9 информационным выходом подключен к вычислительному устройству 2 и может быть выполнен на микросхеме Р15К-3000. Блок определения маневра 10 представляет собой схему сравнения на базе микросхем, например 533СП1. Звукоизлучающий элемент 7 (например на микросхемах К174ХР4 или К174ХА36 (А, Б)) используется для сигнализации оператору о наличии маневра.
Прибор работает следующим образом. Оператор включает прибор с пульта управления 1. Сигнал управления через вычислительное устройство 2 запускает таймер 3, блок перемещений 4, блок индикации 5, блок угловой ориентации 6, блок формирования задержки импульсов 8. Таймер 3 с некоторой частотой вырабатывает последовательность импульсов, которая поступает на первый информационный вход вычислительного устройства 2, а так же последовательность импульсов, соответствующих времени от начала работы прибора - на второй информационный блок блока определения маневра 10, на первый информационный вход которого от датчика перемещений 4 поступает информация о текущих параметров собственного движения. Эта же информация поступает на информационный вход блока хранения текущей информации 9.
Блок определения маневра 10 сравнивает пришедшую информацию с предыдущей по следующему алгоритму:
i
V*K*H*Δt=R
V - скорость перемещения
К - курс перемещения
Н - перемещение по вертикали(глубине, высоте); если его нет, то в расчете параметр Н не участвует
Δt - время между текущим и предыдущим замерами (частота замеров)
i
R - комплексный параметр
i
i-1
В том случае, если величина R=R, блок определения маневра 10 вырабатывает сигнал отсутствия маневра, который поступает на вход блока хранения текущей информации 9, с выхода которого на 2-ой информационный вход вычислительного устройства 2 поступает информация о текущих параметрах движения (курс, скорость).
На третий информационный вход вычислительного устройства 2 поступает информация, пропорциональная углу направления на объект, с неизвестными координатами с информационного блока угловой ориентации 6.
В том случае, если собственное движении неравномерно, т.е. имеет место маневра по одному из параметров собственного движения, блок определения маневра 10 вырабатывает на вход блока формирования задержки импульсов 8 сигнал задержки, по которому на вход блока угловой ориентации 6 поступает сигнал, запрещающий производить замеры угла на движущийся объект.
Таким образом на информационные входы вычислительного устройства 3 поступает информация о собственном движении при условии отсутствия маневра от датчика перемещений 4, информация от таймера 3, информация о направлении движения на объект от блока угловой ориентации 6.
Вычислительное устройство 2 производит расчет координат и параметров движения объекта в соответствии с уравнениями:
где К - курс объекта, V - скорость объекта, Кс, Vc - собственные курс и скорость, Do - начальная дальность до объекта, Ко - курс движения относительно объекта, ро - отношение относительной скорости начальной дальности до объекта. Ко и ро вычисляются по следующим формулам:
В приведенных выше формулах проекции относительной скорости на декартовые оси координат ОХ и OY, обозначенные рх и рy, рассчитываются по формулам:
где c11, c12, c22, d1, d2 представляют собой коэффициенты следующей системы уравнений:
c11рх+с12рy=d1
c12рх+c22рy=d2
Коэффициенты рассчитываются по формулам:
где Ро, Pi - текущее и начальное значение угла направления на объект, to, ti - начальное и текущее время.
С первого и второго информационных выходов вычислительного устройства 2 информация о координатах и параметрах движения поступает на вход пульта управления 1 и блока индикации 5 соответственно.
В случае наличия признака маневра сигнал со входа блока определения маневра 10 через вычислительное устройство 2 поступает на вход звукоизлучающего элемента 7. Снятие звукового сигнала происходит либо при наличии управляющего сигнала от пульта управления 1 (нажатие кнопки
оператором) либо при поступлении управляющего сигнала от вычислительного устройства 2 (при отсутствии признака маневра).
Введение в навигационный прибор блока хранения текущей информации и блока определения маневра позволяет на входе прибора через блок задержки импульсов отфильтровать замеренные углы направления на объект, полученные в момент маневра, а также через блок хранения текущей информации обеспечивать накопление информации, поступающей от датчика перемещений только при отсутствии маневра.
Таким образом, в определении параметров движения объекта присутствует информация полученная только при отсутствии маневра, что обеспечивает повышение точности определения параметров движения объекта.
Технический эффект от использования предлагаемого устройства заключается в том, что возможно использование предлагаемого устройства при определении параметров движения движущегося объекта относительно собственного перемещения, что позволяет расширить область применения путем использования его на протяженных маршрутах произвольной формы в условиях ограниченной видимости, слышимости, в различных экстремальных условиях (задымленность, туман, дождь, под водой, отсутствие ориентиров и т.д.)