Способ ориентирования мобильных объектов относительно объекта с известным дирекционным углом
METHOD OF ORIENTING MOBILE OBJECTS RELATIVE TO AN OBJECT WITH A KNOWN DIRECTIONAL ANGLE

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам ориентирования мобильного объекта относительно другого объекта с известным дирекционным углом. Изобретение может быть использовано для решения задач топогеодезической подготовки зенитных комплексов войсковой противовоздушной обороны при обеспечении задач функционирования систем топопривязки и навигации.
Одним из важнейших элементов, характеризующих уровень готовности зенитных комплексов к выполнению боевой задачи - проведение боевыми расчетами элементов комплекса операций топогеодезической подготовки. При этом, основным элементом этой подготовки является определение дирекционного угла каждого мобильного объекта, входящего в состав комплекса. Корректно определенное численное значение этого показателя для каждого объекта обеспечивает эффективное функционирование всего зенитного комплекса в целом.
Отсутствие ошибок в определении дирекционного угла элементов систем противовоздушной обороны позволяет обеспечить полное взаимодействие как между внутренними элементами зенитных комплексов, ак и с внешними источниками и потребителями информации.
В настоящее время распространение получили несколько способов определения дирекционного угла:
- с помощью штатного устройства на основе гироскопа;
- с помощью артиллерийской буссоли ПАБ-2М;
- взаимное ориентирование по объекту с известным дирекционным углом. Применение гироскопов для определения истинного азимута с последующим переводом полученного значения к сетке топографической карты позволяет получать необходимые точные значения. Основным условием, при этом, является исправность гироскопов и грамотная его эксплуатация.
Наиболее просты в эксплуатации и обслуживании оптические гироскопы в составе единой маршрутно-навигационной системы, используемые в зенитных комплексах нового поколения, позволяющие решать задачу определения дирекционного угла с минимальным участием членов боевых расчетов. При этом, используются несколько режимов гирокомпасирования в зависимости от наличия исходных данных.
При отсутствии штатного гироскопа, а также в случае его неисправности предусматривается применение артиллерийской буссоли ПАБ-2М. В этом случае, боевой расчет должен уметь не только подготовить ее к работе, но и осуществить корректный съем данных с учетом имеющихся поправок.
изд
Определение дирекционного угла α с помощью буссоли ПАБ-2М производится в следующей последовательности:
- установить мобильный объект на боевую позицию;
- установить буссоль на расстоянии не менее чем 50 м от мобильного объекта с соблюдением правил установки прибора;
виз
- свизировать прибор ВОП-3 на центр буссоли и записать угол α;
м
- свизировать через монокуляр буссоли ПАБ-2М на оптический визир мобильного объекта и записать значение магнитного азимута А;
изд
- определить исходный дирекционный угол мобильного объекта α по формулам:
изд
если α окажется со знаком минус, то
при этом  где:
δ - магнитное склонение;
γ - сближение меридианов;
2
β - формулярная поправка для визира ВОП-3;
Пн - поправка направления, которая берется с карты, где она именуется средним отклонением магнитной стрелки (восточное - знак плюс, западное -минус);
Пг - поправка, учитывающая изменение склонения с течением времени.
Пг=ΔПн - n,
где ΔПн - изменение склонения за год, которое берется с карты;
n - количество лет, прошедшее с момента издания карты;
Пδ - поправка буссоли, которая определяется периодически, как среднеарифметическое трех замеров:
где
ор
где α - дирекционный угол ориентира.
Порядок установки ПАБ-2М и порядок работы с ней иллюстрируется на фиг. 1.
В случае наличия объекта с известным дирекционным углом возможно определение угла рассогласования с этим изделием, используя дополнительные штатные устройства типа ВОП-3, после чего использовать это рассогласование для получения искомого значения дирекционного угла.
Ориентирование мобильного объекта по визиру ВОП-3 осуществляется при наличии на местности на расстоянии не менее 1,5 км ориентира, дирекционный угол на который известен (по карте, либо заранее измерен службой геодезического обеспечения ЗРК).
изд
Для определения дирекционного угла мобильного объекта α по визиру ВОП-3 необходимо:
- установить мобильный объект на исходный пункт непосредственным наездом на него или подъездом вплотную, носовая часть мобильного объекта должна быть в направлении на ориентир;
виз
- произвести горизонтирование визира ВОП-3 и определить угол визирования α (отсчет ведется по часовой стрелке);
Определить дирекционный угол мобильного объекта по формуле:
изд
ор
виз
α=α-α±β
или
изд
ор
виз
α=60-00+α-α±β2,
ор
где α - дирекционный угол ориентира;
β2 - формулярная поправка для визира ВОП-3.
В настоящее время, штатное гироскопическое оборудование, позволяющее автоматически определять дирекционный угол, установлено в ЗРК новых модификаций. При этом, в любом случае, предусматривается возможность применения боевыми расчетами других способов в качестве резервных в случае выхода из строя установленного специализированного оборудования. В зенитных комплексах, не оборудованных гироскопами, ориентирование с помощью ПАБ-2М или ориентирование относительно объекта с известным дирекционным углом остается основным.
Несмотря на несомненные достоинства применяемых способов, они предусматривают наличие дополнительного оборудования и условий его размещения. Это не всегда возможно в условиях ограниченного времени, или в условиях плохой видимости в различные времена года, или в различное время суток, что существенно ограничивает эксплуатационные возможности навигационной системы и снижает мобильность изделия.
Вместе с этим, в случае ошибки ориентирования ее наличие возможно определить только после начала выполнения боевой задачи уже в процессе взаимодействия элементов зенитного комплекса, что может привести к отсутствию возможности централизованной постановки огневых задач и управления.
Таким образом, в распоряжении боевых расчетов мобильных объектов для определения значения дирекционного угла в процессе начального ориентирования целесообразно иметь резервный способ, позволяющий оперативно решать эту задачу в любых условиях обстановки.
Известен способ определения угловой ориентации (патент RU №2248004), основанный на приеме сигналов от космических аппаратов глобальных навигационных спутниковых систем на разнесенные приемники сигнала, расположенные на объекте так, чтобы они не лежали на одной прямой. Приемниками сигнала являются GPS-приемники, количеством не менее трех. По их показаниям определяют координаты каждого приемника сигнала, на основании которых вычисляют положение векторов, задающих связанную с объектом систему координат.
Одним из недостатков данного способа является необходимость наличия не менее трех разнесенных приемников сигнала, что существенно усложняет систему и увеличивает габариты изделия.
Известна система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания (патент RU 2316730), обеспечивающая работу в режиме гирокомпаса во время стоянки объекта и гироазимута при движении объекта. Вначале, после включения, система работает в режиме гирокомпаса, при этом по сигналам о величине горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли с гироскопических чувствительных элементов аналитически рассчитывается исходный азимут объекта.
Недостатком гироскопической системы является сложность реализации алгоритмов решения задачи определения исходного азимута объекта, требуется значительное время на определение азимута и высокая стоимость аппаратуры.
Известен способ решения навигационных задач, осуществляемый посредством наземной гироскопической навигационной системы для подвижных объектов (патент RU №2308681), основанный на разложении элементарных отрезков пути на две составляющие в прямоугольной системе координат и последующем алгебраическом суммировании этих составляющих с исходными координатами.
В данной гироскопической навигационной системе, выполненной на базе астатического гироскопа с использованием метода счисления пути, реализуется комбинированная навигационная аппаратура с автономным (одометрическим) режимом работы от гирокурсоизмерителя (гироазимута), с режимом работы от спутниковой системы навигации (СНС) и интегрированным режимом работы, т.е. с коррекцией текущих координат автономного канала по более точной информации спутникового канала, что обеспечивает повышение точности аппаратуры. При этом, применение элементов микропроцессорной техники, использование картографа с цифровой электронной картой местности позволяет расширить функциональные возможности аппаратуры и реализовать обработку сигналов по дополнительным алгоритмам для решения дополнительных навигационных задач.
исх
исх
Работа с системой при решении навигационных задач включает в себя начальное ориентирование и определение местоположения объекта в движении. Перед начальным ориентированием определяют координаты исходного пункта маршрута Х, Y. В качестве исходного пункта, как правило, выбирают контурные точки на местности (пункты государственной геодезической сети, памятники, мосты, специальные точки в постоянных парках и т.д.), при отсутствии привязанных контурных точек их координаты определяются по карте или по СНС.
исх
Начальное ориентирование объекта в зависимости от начальных данных может быть выполнено несколькими способами, например определение исходного дирекционного угла α по известному ориентирному направлению или с помощью буссоли.
ор
Недостатком данного метода начального ориентирования по известному ориентирному направлению является невозможность его применения в случаях отсутствия объектов с известными координатами и дирекционным углом на ориентир α или в условиях недостаточной видимости на известный ориентир, а так же наличие визирного устройства с определенными характеристиками.
Известен способ начального ориентирования гироскопической навигационной системы для наземных подвижных объектов (патент RU 2617147), который основывается на использовании для начального ориентирования параметров спутниковой навигационной системы (СНС), гирокурсоизмерителя (ГКИ) и датчика пути соответственно по определению координат объекта, измерению дирекционного угла и пройденного пути по определенному алгоритму в определенной взаимосвязи.
В гироскопической навигационной системе для наземных подвижных объектов, состоящей из ГКИ, вычислителя (картографа), датчика пути и спутниковой навигационной системы способ начального ориентирования осуществляется в следующей последовательности:
- определяется местоположение объекта в начальной точке маршрута по информации от СНС;
- выполняется движение объекта на короткие расстояния и определяются координаты перемещения движущегося объекта одометрическим каналом относительно исходных данных СНС о местоположении объекта;
- объект останавливается;
- повторно принимаются данные СНС о местоположении объекта в месте остановки;
- вычисляются векторы направления (дирекционные углы от начальной точки до конечной) пройденного участка по информации, полученной от СНС и автономного (одометрического) каналов;
исх
- вычисленные направления векторов используются для определения поправки Δα в текущий дирекционный угол объекта;
исх
- полученная поправка суммируется с текущим дирекционным углом объекта и используют полученный дирекционный угол в качестве исходного дирекционного угла α как параметра начального ориентирования.
Недостатком указанного способа является необходимость наличия необходимого времени, участка пути, системы спутниковой навигации при условии присутствия определенного количества навигационных спутников. Данный способ не может быть применим к объектам, вынужденным осуществлять работу по предназначению без перемещения и в которые предусмотрен ввод значения дирекционного угла, измеренного с помощью внешних устройств.
Предлагаемым изобретением решается задача сокращения времени на проведение комплекса операций топогеодезической подготовки.
Технический результат заключается в возможности определения значения дирекционного угла мобильного объекта без использования гироскопического оборудования.
1
2
3
1
2
Указанный технический результат достигается тем, что в способе ориентирования мобильных объектов относительно объекта с известным дирекционным углом, заключающемся в определении дирекционного угла в качестве исходного угла как параметра начального ориентирования, определение значения дирекционного угла мобильного объекта осуществляют путем определения рассогласования его продольной оси с продольной осью объекта с известным дирекционным углом с использованием первого и второго лазерных дальномеров, установленных на мобильном объекте, при этом определяют значение дальности до объекта с известным дирекционным углом D, измеренное первым лазерным дальномером, значение дальности D, измеренное вторым лазерным дальномером, определяют значение дальности D=D-D как разницу между значениями, измеренными первым и вторым лазерными дальномерами, определяют значение расстояния между точками соприкосновения лазерных лучей от дальномеров на поверхности объекта с известным дирекционным углом по формуле
где L - значение расстояния между точками излучения лазерных лучей от дальномеров,
далее определяют значение угла рассогласования продольной оси объекта с известным дирекционным углом с продольной осью объекта мобильного объекта по формуле
затем вычисляют значение дирекционного угла мобильного объекта по формуле
дир1
дир2
1
α=α-α,
дир1
где α - значение дирекционного угла мобильного объекта;
дир2
α - значение дирекционного угла объекта с известным дирекционным углом.
На фиг. 2 представлена структурная схема предлагаемого способа ориентирования мобильного объекта относительно объекта с известным значением дирекционного угла.
Способ ориентирования мобильных объектов 1 относительно объекта 2 с известным дирекционным углом осуществляют в следующей последовательности:
- на борт мобильного объекта 1 с неизвестным дирекционным углом с помощью магнитных креплений устанавливают крепежное устройство 3, представляющее собой планку, на которой на фиксированном расстоянии друг от друга L под прямым углом закреплены два лазерных дальномера 4 и 5;
- измеряют дальномерами расстояние до точек А и В объекта с известным дирекционным углом;
1
- определяют значение дальности до объекта с известным дирекционным углом D, измеренное первым лазерным дальномером 4;
2
- определяют значение дальности до объекта с известным дирекционным углом D, измеренное вторым лазерным дальномером 5;
3
1
2
- определяют значение дальности D=D-D как разницу между значениями, измеренными первым и вторым лазерными дальномерами;
- определяют значение расстояния М между точками А и В соприкосновения лазерных лучей от дальномеров на поверхности объекта с известным дирекционным углом;
1
- в соответствии со свойствами прямоугольного треугольника ABC, определяют значение угла α рассогласования продольной оси объекта 2 с известным дирекционным углом с продольной осью мобильного объекта 1 с неизвестным дирекционным углом, что дает возможность учесть разницу в расположении осей обоих объектов относительно друг друга в горизонтальной плоскости;
дир1
- учитывая полученный угол определяют искомый дирекционный угол α.
В качестве объекта с известным дирекционным углом используют объект с установленным исправным гироскопическим оборудованием либо стационарный объект, боковая поверхность которого сориентирована в определенном известном направлении.
Математическое обеспечение предлагаемого способа ориентирования представляет собой последовательность аналитических действий, связанных с определением рассогласования в значениях дирекционного угла продольной оси мобильного объекта на основании известного численного значения дирекционного угла другого объекта.
Математические зависимости, положенные в основу определения значения дирекционного угла мобильного объекта:
где:
1
D - значение дальности, измеренное дальномером лазерным 4;
2
D - значение дальности, измеренное дальномером лазерным 5;
3
D - значение дальности, разница между значениями, измеренными дальномерами лазерными 4 и 5.
где:
М - значение расстояния между точками соприкосновения лазерных лучей от дальномеров 4 и 5 на поверхности объекта 2 с известным дирекционным углом;
L - значение расстояния между точками излучения лазерных лучей от дальномеров 4 и 5;
где:
1
α - значение угла рассогласования продольной оси объекта с известным дирекционным углом 2 с продольной осью объекта с неизвестным дирекционным углом 1;
где:
дир1
α - вычисленное значение дирекционного угла мобильного объекта с неизвестным дирекционным углом 1;
дир2
α - значение дирекционного угла объекта с известным дирекционным углом 2;
Получение данных от лазерных дальномеров 4 и 5 возможно как визуальным способом, считывая численные значения дальностей с встроенных дисплеев, так и используя возможность автоматического введения их в математический аппарат при условии наличия в дальномерах функции Bluetooth.
Заявленное изобретение в виде способа определения дирекционного угла мобильного объекта обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для устройств подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Реализация указанных предложений позволяет контролировать выполнение задач топогеодезической подготовки при определении дирекционного угла мобильных объектов.
Использование изобретения в процессе полевых занятий боевых расчетов даст возможность осуществлять однозначное определение направление оси мобильных объектов без необходимости развертывания ПАБ-2М и в случае отсутствия визира ВОП-3.
Применение изобретения в практической деятельности подразделений позволяет сократить время топогеодезической подготовки, исключить применение дополнительных устройств (типа ПАБ-2М и ВОП-3), выполнить задачу ориентирования в случае неисправности штатного гироскопического оборудования в условиях недостаточной видимости и ограничений по времени.