АППАРАТУРА СЧИСЛЕНИЯ КООРДИНАТ С ОПЕРАТИВНЫМ КОНТРОЛЕМ ДОСТОВЕРНОСТИ

Полезная модель относится к области навигации и может быть использована для определения местоположения наземных объектов, при их движении по априорно известным траекториям, например, автомобильным дорогам.
Известно устройство [1] коррекции погрешностей определения местоположения рельсового транспортного средства, содержащее блок определения пройденного пути, блок измерения углов поворота системы координат, образуемой рельсовым транспортным средством, и устройство внешней памяти, выходы и входы которых подключены к соответствующим входам и выходам схемы сопряжения, вход и выход которой подключены к ЭВМ, выполненной с возможностью программной обработки измерительной информации, идентификации корректирующих точек и коррекции координаты рельсового транспортного средства, причем все входы питания вышеперечисленных устройств подключены к выходу блока питания.
Недостатком описанного устройства являются снижение точности определения местоположения вследствие невозможности уточнения местоположения на прямолинейных участках траектории объекта; необходимости измерения пройденного пути; неоднозначности при идентификации корректирующих точек на участках траектории, совпадающих по форме с секторами окружностей; присвоения координат виртуальной корректирующей точки.
Наиболее близким [2] по технической сущности к достигаемому результату при использовании, является АСК с автоматической коррекцией показаний, содержащую путевую систему (ПС), курсовую систему (КС), блок вычисления приращений координат (БВПК), блок ввода начальных координат и арифметическое устройство (АУ), причем выходы ПС и КС соединены с соответствующими входами БВПК, выходы которого по приращениям координат
H
H
i
i
Э
Э
Э
ЭS
ЭS
i
i
i
Э
Э
Э
i
ΔX соответствующими входами АУ, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам Х и Y соответственно, для уточнения координат НТС, осуществляющего движение по маршруту, включающему известные промежуточные точки, введены хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации касательных к линии маршрута в них, блок проверки и формирования данных (БПФД), формирователь погрешностей (ФП), блок априорных параметров точности (БАПТ) и два сумматора координат (СК), выходы которых являются выходами АСК с автоматической коррекцией показаний, входы по погрешностям координат Δx, Δy соединены с соответствующими выходами ФП, входы по текущим счисляемым координатам X и Y связаны с соответствующими выходами АУ, входы ФП по координатам Х, Y промежуточной точки и углу α ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами БПФД, входы ФП по счисляемым координатам Х, Y связаны с соответствующими выходами БПФД, входы БПФД по текущим счисляемым координатам X и Y связаны с соответствующими выходами АУ, вход БПФД по текущему углу ориентации α связан с выходом КС, входы БПФД по координатам Х, Y промежуточной точки и углу α ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами хранителя, вход БПФД по параметрам Р точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом ФП, выход БАПТ связан с входами БПФД и ФП.
Прототип имеет следующий недостаток, в нем не отслеживается возможность обнаружения информационных отказов приводящих к неудовлетворительному решению навигационной задачи [3]. Под информационным отказом понимается превышение погрешностей системы определенного допустимого уровня.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей АСК, а именно обнаружение информационных отказов в процессе
функционирования, по которым отслеживается правильность функционирования системы. Под правильным функционированием системы подразумевается отсутствие в системе информационных отказов.
X
Y
H
H
i
i
Э
Э
ЭS
ЭS
i
i
i
Э
Э
э
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что в известную АСК с автоматической коррекцией показаний, содержащую путевую систему, курсовую систему, блок вычисления приращений координат, блок ввода начальных координат, арифметическое устройство, хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации, касательных к линии маршрута в них, блок проверки и формирования данных, формирователь погрешностей, блок априорных параметров точности и два сумматора, выходы путевой системы и курсовой системы соединены с соответствующим входами блока вычисления приращений координат, выходы которого по приращениям координат Δ и Δсоединены с соответствующими входами арифметического устройства, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам Х и Y соответственно, входы по погрешностям координат Δx, Δy соединены с соответствующими выходами формирователя погрешностей, входы по текущим счисляемым координатам X и Y связаны с соответствующими выходами арифметического устройства, выходы формирователя погрешностей по координатам Х, Y промежуточной точки связаны с соответствующими входами блока проверки и формирования данных, выходы формирователя погрешностей по счисляемым координатам Х, Y связаны с соответствующими входами блока проверки и формирования данных, входы блока проверки и формирования данных по текущим счисляемым координатам X и Y связаны с соответствующими выходами арифметического устройства, вход блока проверки и формирования данных по текущему углу ориентации α связан с выходом курсовой системы, входы блока проверки и формирования данных по координатам Х, Y промежуточной точки и углу α ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами
i
i
хранителя координат и углов ориентации, вход блока проверки и формирования данных по параметрам P, точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом формирователя погрешностей, выход блока априорных параметров точности связан с входами блока проверки и формирования данных и формирователя погрешностей, добавлен блок проверки достоверности, входы блока проверки достоверности соединены с соответствующими выходами формирователя погрешностей Δх, Δy, Р, а сигнал выхода А является идентификатором информационного отказа, показывающего правильность функционирования системы.
Заявляемая полезная модель содержит новые элементы и связи, по сравнению с прототипом, позволяющие вырабатывать сигнал о правильности функционирования системы.
Аппаратура счисления координат с автоматическим контролем правильности функционирования изображена на фиг.1, где показана ее блочная схема.
H
H
i
i
Э
Э
Э
На фиг.1 путевая система 1, курсовая система 2, блок вычисления приращений координат 3, блок ввода начальных координат 4, арифметическое устройство 5, хранитель координат промежуточных точек и углов ориентации касательных к линии маршрута в них 6, блок проверки и формирования данных 7, формирователь погрешностей 8, блок априорных параметров точности 9, два сумматора координат 10, 11, блок проверки достоверности 12, причем выходы ПС 1 и КС 2 соединены с соответствующим входами БВПК 3, выходы которого по приращениям координат ΔX и ΔY соединены с соответствующими входами АУ 5, вторые входы которого соединены с выходами блока начальных координат по координатам Х и Y соответственно, выходы СК 10, 11 являются выходами устройства, входы по погрешностям координат Δx, Δy соединены с соответствующими выходами ФП 8, входы по текущим счисляемым координатам X и Y связаны с соответствующими выходами АУ 5, входы ФП 8 по координатам Х, Y промежуточной точки и углу α ориентации касательной к
ЭS
ЭS
i
i
i
Э
Э
Э
i
i
маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами БПФД 7, входы ФП 8 по счисляемым координатам Х, Y связаны с соответствующими выходами БПФД 7, входы БПФД 7 по текущим счисляемым координатам Х и Y связаны с соответствующими выходами АУ 5, вход БПФД 7 по текущему углу ориентации α связан с выходом КС 2, входы БПФД 7 по координатам Х, Y промежуточной точки и углу α ориентации касательной к маршруту в промежуточной точке связаны с соответствующими выходами хранителя 6, вход БПФД 7 по параметрам Р точности счисляемых координат связан с соответствующим выходом ФП 8, выход БАПТ 9 связан с входами БПФД 7 и ФП 8, входы БПрД 12 соединены с выходами ФП 8 Δx, Δy, Р, выход БПрД 12 является индикатором сигнала А.
H
H
H
Э
Э
Э
T
Э
Э
Э
0
H
H
H
Устройство функционирует следующим образом. В начальной точке маршрута НТС устанавливается на ней, после чего экипаж с помощью КС 2 определяет начальное направление движения α, затем в БВНК 3 устанавливаются координаты Х и Y начальной точки движения. Сигналы координат Х, Y и углов α всех промежуточных точек маршрута передаются в БПФД 7 из хранителя координат промежуточных точек и углов ориентации касательных к линии маршрута в них 6. Сигналы Р точности параметров Х, Y, α и Р точности параметров Х, Y и α передаются в БПФД 7 и ФП 8 из БАПТ 9.
i
i
H
H
H
i
i
i
i
i
i
Э
Э
Э
После начала движения НТС с выходов АУ 5 начинают поступать текущие счисляемые координаты X и Y, которые формируются на основании измерительных сигналов КС2 и ПС 1, приращений координат ΔX, ΔY, параметров Х, Y и α. В каждый i-й момент выработки координат X и Y (за исключением начального момента) они, а также сигнал с выхода КС α, поступают в БПФД 7. В БПФД 7 проводится проверка совпадения параметров Х, Y, α, с соответствующими параметрами Х, Y, α промежуточных точек путем установления истинности неравенства
2
N<n,
i
i
i
Э
Э
Э
i
i
T
i
i
T
i
i
i
Э
Э
Э
ЭS
ЭS
ЭS
i
i
i
ЭS
ЭS
ЭS
ЭS
ЭS
ЭS
Э
Э
Э
T
-1
где n - число, равное 2, что соответствует доверительной вероятности 95% отклонения параметров Х, Y, α от параметров Х, Y, α; N=(z-b)(P+P)(z-b), , , символ "Т" обозначает операцию транспонирования; "-1" обозначает обращение матрицы. Матрицы Р, Р формируются в БФПД так, чтобы на главных диагоналях располагались квадраты средних квадратических погрешностей соответствующих параметров Х, Y, α, Х, Y, α. Установление истинности проводится в отношении каждой промежуточной точки путем последовательного их перебора. В результате для известной промежуточной точки формируются наборы X, Y, α параметров, содержащие параметры Х, Y, α, которые удовлетворяют указанному неравенству в i-й момент выработки координат. Признаком окончания формирования наборов X, Y, α параметров в i-й момент является невыполнение указанного неравенства при условии, что в (i-1)-й момент оно выполнялось. В момент окончания формирования наборов Х, Y, α, относящихся к известной промежуточной точке, сигналы ее параметров Х, Y, α и сформированных наборов поступают на соответствующие входы ФП 8.
В ФП 8 определяются сигналы погрешностей Δx, Δy координат и ориентации Δα, а также формируются новые параметры  точности. Это осуществляется в соответствии с формулами
i
i
T
-1
, K=P(P+P), ,
, ,
0
ЭS
ЭS
ЭS
i
где m - число элементов в каждом из наборов X, Y, α. Сигналы Δx, Δy, P поступают на вход БПрД 12, в котором определяется, сигнал A. Сигнал А определяется по следующей формуле
i
1,1
i
2,2
i
где Δх, Δy, - сигналы погрешностей поступающих в БПрД, (P) и (P) - первые два диагональных элемента матрицы Р представляющих собой дисперсии сигналов погрешностей Δх, Δy.
Арифметические и логические операции, выполняемые в БПФД 7, ФП 8, БПрД 12 для получения сигналов параметров в соответствии с приведенными формулами, могут быть реализованы при помощи существующих электронно-вычислительных средств.
Введение дополнительного блока в состав аппаратуры счисления координат с автоматической коррекцией показаний позволяет осуществлять контроль над правильностью функционирования системы, что не осуществлялось в прототипе. Если сигнал А принимает значение равное 1, то функционирование системы осуществляется нормально, а если 0, то в системе произошел информационный отказ.
Пример Δх=50 метров, Δy=50 метров, .
Тогда, используя формулу для определения сигнала А, получим А=0. Таким образом, погрешности Δх, Δy вышли за допустимый предел, что свидетельствует о наличии в измерительных данных информационного отказа, значит, система функционирует не правильно.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Патент РФ 2242392, 2002.10.03, B61L 25/00, G08G 1/123.
2. Патент РФ 55466 U1, 23.01.06, G01C 21/12.
3. Дмитриев С.П., Колесов Н.В., Осипов А.В. Информационная надежность, контроль и диагностика навигационных систем. - СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 207 с.