СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТА РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ ДАЛЬНОМЕРНОЙ СИСТЕМОЙ
METHOD FOR INCREASING THE ACCURACY OF DETERMINING THE COORDINATES OF AN OBJECT BY A RADIO ENGINEERING RANGE MEASURING SYSTEM

Изобретение относится к области навигации и предназначено для повышения точности навигации объекта, использующего в качестве навигационной системы многопозиционную радиотехническую дальномерную систему, в состав которой в качестве опорных навигационных устройств (ОНУ) входят наземные радиомаяки, а именно для формирования конфигурации ОНУ на местности. В качестве объекта навигации могут выступать наземные и водные объекты, пилотируемые и беспилотные летательные аппараты.
Известны способы навигации, основанные на применении радиотехнических дальномерных систем с наземными радиомаяками [1-5]. Однако, как показал анализ материалов, данные способы никак не определяют расположение наземного оборудования на местности в реальных условиях осуществления навигации, либо характеризуют недостаточно, по большей части указывая лишь достаточное для осуществления навигации количество ОНУ. Также встречаются предложения размещения оборудования в узлах какой-либо геометрической фигуры или вдоль линии.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ [6]. В способе описан выбор местоположения наземных маяков для построения сотовой навигационной системы, путем размещения их в узлах квадратов. Данный способ не учитывает искусственных препятствий для распространения радиоволн, а также местный рельеф области, в которой осуществляется навигация, однако является наиболее обоснованным из аналогов с технической точки зрения.
Заявляемый способ предполагает размещение наземного оборудования с учетом запретных зон различной природы, рельефа, искусственных препятствий, что позволяет значительно повысить точность определения координат в заданной области пространства или районе функционирования.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Радиотехническая дальномерная система функционирует в искусственном навигационном поле, формируемом заблаговременно размещенными в районе функционирования наземными ОНУ. В общем случае существует неограниченное количество вариантов мест расстановки ОНУ, поэтому для практического применения радиотехнической дальномерной системы должна быть решена задача поиска конечного числа вариантов расстановки ОНУ, которые в наибольшей степени удовлетворяют выбранному критерию качества, а именно точности решения навигационного решения.
Как известно, результирующая ошибка определения координат объекта с помощью радиотехнической дальномерной системы складывается из двух составляющих: ошибок определения координат ОНУ и ошибок измерения дальностей от объекта до каждого ОНУ. Кроме того, влияние указанных ошибок на результирующую ошибку определения координат характеризуется посредством геометрического фактора ухудшения точности (DOP) - параметра, зависящего от взаимного положения группировки ОНУ и объекта в момент измерения дальностей.
Геометрический фактор может изменяться в широком диапазоне значений, поэтому ошибки определения координат объекта с помощью радиотехнической дальномерной системы при его движении могут значительно варьироваться.
Заявляемый способ предполагает минимизацию геометрического фактора за счет решения задачи оптимального размещения ОНУ с целью повышения точности определения координат в заданной области пространства, например, на траектории снижения летательного аппарата, заходящего на посадку, или в районе функционирования объекта навигации.
Способ отличается отсутствием привязки к какой-либо геометрической фигуре, формированием конфигурации (варианта размещения) опорных навигационных устройств исходя из рельефа местности, разрешенных зон, необходимой области осуществления навигации.
Структурно-функциональная схема процедуры выбора мест размещения ОНУ показана на фиг. 1. Основным элементом схемы является алгоритм поиска всех возможных конфигураций ОНУ. Поиск производится путем полного перебора без повторений всех конфигураций и вычисления их геометрического фактора.
Вычисление значения геометрического фактора выполняется в ходе работы итерационного алгоритма метода наименьших квадратов и для одной конфигурации ОНУ и текущей точки приближения к позиции в области исследования выполняется следующим образом:
1. Формируется матрица измерений
Л
Л
Л
где (X, Y, Z) - координаты текущей точки приближения (точки линеаризации);
i
i
i
(X, Y, Z) - координаты i-го ОНУ;
i
D - расстояние от точки линеаризации до i-го ОНУ.
2. Вычисляется информационная матрица
T
-1
Q=(HH)
3. Определяется горизонтальный (HDOP) и вертикальный (VDOP) геометрические факторы ухудшения точности:
Далее составляется список конфигураций ОНУ, удовлетворяющих зональным ограничениям, и сортируется в порядке увеличения пространственного геометрического фактора (PDOP):
Конфигурации, не обеспечивающие значения горизонтального и вертикального геометрических факторов меньше предельно допустимых, из списка исключаются.
Реализация полного перебора в заданном районе или на заданной траектории предполагает построение матрицы поиска, состоящей из точек-центров зон возможного расположения ОНУ. Для вычисления значения высоты в текущем месте установки ОНУ (точке матрицы поиска) используется цифровая модель высот. Зональные ограничения (зоны видимости, разрешенные зоны) переводятся в бинарные маски - матрицы элементов логического типа, размерность которых соответствует размерности матрицы поиска, а элементы принимают значение «истина» в том случае, если соответствующая точка матрицы поиска удовлетворяет ограничению. Суммарная бинарная маска вычисляется логическим перемножением всех масок, участвующих в расчете. Зональные ограничения могут включаться и выключаться из расчета.
Техническим результатом является повышение точности определения местоположения радиотехническим дальномерным способом благодаря оптимизации расположения ОНУ на местности с точки зрения уменьшения геометрического фактора ухудшения точности в заданном районе функционирования объекта навигации.
Способ может найти применение для построения навигационной системы в составе системы посадки пилотируемого или беспилотного летательного аппарата, в составе системы навигации судов в зонах стесненных вод, а именно в каналах, шлюзовых камерах, а также для навигации наземного транспорта, в том числе в условиях городской застройки.
Таким образом, заявленное изобретение соответствует критериям патентоспособности.
Литература
1. Патент RU 2624461 «Способ определения координат объекта», ООО «НРТБ-С», 26.08.2016.
2. Патент RU 2695805 «Способ определения координат движущегося объекта по дальностям», АО «НРТБ», 23.01.2019.
3. Патент RU 2682317 «Способ определения координат движущегося объекта», ООО «НРТБ-С», 16.07.2018.
4. Патент RU 2410518 «Комплексный способ навигации летательных аппаратов», ЗАО «ВНИИРА-Навигатор», 17.08.2012.
5. Патент RU 2264598 «Способ определения координат летательного аппарата», ОАО МНПК «Авионика», 17.12.2004.
6. Патент RU 2303793 «Способ построения сотовой навигационной системы», ОАО «Концерн «Созвездие», 12.10.2005.