устройство для определения двух декартовых координат объекта

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДВУХ ДЕКАРТОВЫХ КООРДИНАТ ОБЪЕКТА, содержащее три маяка, последовательно соединенные приемник сигналов маяков, блок определения разности времени прихода сигналов от маяков и компаратор, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, маяки расположены в вершинах прямоугольного равнобедренного треугольника и в него дополнительно введен последовательно соединенные блок определения прогнозируемого начального значения координаты, вход которого соединен с выходом компаратора, и первый сумматор, последовательно соединенные первый масштабирующий блок, вход которого соединен с первым выходом блока определения разности времен прихода сигналов от маяков, блок вычитания и второй масштабирующий блок, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, блок вычисления декартовой координаты, выполненный из последовательно соединенных третьего масштабирующего блока, вход которого является первым входом блока вычисления декартовой координаты и соединен с вторым выходом блока определения разностей времен прихода сигналов от маяков, квадратора, второго блока вычитания, блока деления, второго сумматора, блока извлечения квадратного корня, блока умножения и третьего сумматора, выход которого является выходом блока вычисления декартовой координаты, а также четвертого масштабирующего блока, вход которого соединен с выходом третьего масштабирующего блока, а выход соединен с вторым входом блока умножения, пятого масштабирующего блока, вход которого является вторым входом блока вычисления декартовой координаты и соединен с выходом первого сумматора, а выход соединен с вторым входом блока деления, задатчика квадрата расстояния между маяками, выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания, задатчика единичного сигнала, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, задатчика половины расстояния между маяками, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, блок определения расчетного значения разности дальностей от объекта до маяков, выполненный из последовательно соединенных третьего блока вычитания, вход которого является первым входом блока определения расчетного значения разности дальностей и соединен с выходом первого сумматора, второго квадратора, четвертого сумматора, второго блока извлечения квадратного корня и четвертого блока вычитания, выход которого является выходом блока определения расчетного значения разности дальностей от объекта до маяков и соединен с выходом первого сумматора, второго квадратора, четвертого сумматора, второго блока извлечения квадратного корня и четвертого блока вычитания, выход которого является выходом блока определения расчетного значения разности дальностей и соединен с первым входом первого блока вычитания, последовательно соединенных третьего квадратора, вход которого соединен с первым входом третьего блока вычитания, пятого сумматора и третьего блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока вычитания, четвертого квадратора, вход которого является вторым входом блока определения расчетного значения разности дальностей и соединен с выходом блока вычисления декартовой координаты, а выход четвертого квадратора соединен с вторыми входами четвертого и пятого сумматоров, задатчика расстояния между маяками, выход которого соединен с вторым входом третьего блока вычитания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гиперболическим (разностно-дальномерным) навигационным системам и может быть использовано для определения двух декартовых координат объекта по сигналам маяков, например для определения координат низкоскоростного летательного аппарата или пилотируемого подвижного носителя легководолазов.

Известна система навигации, содержащая хронирующий передатчик и несколько опорных ответчиков, привязанных к местности. На объекте имеется приемник и процессор.

Недостатком системы является ее сложность, не позволяющая использовать ее на малогабаритных объектах.

Известна гидроакустическая система, имеющая расположенные на объекте приемники с корреляционной обработкой сигналов обнаруживаемых объектов.

Недостатком системы является ее сложность, ввиду чего невозможно использовать ее на малогабаритных объектах.

Прототипом является навигационная система, содержащая источники кодированных сигналов (маяки), приемник сигналов маяков, блок определения разности времени прихода сигналов от маяков, компаратор, соединенные последовательно.

Недостатком прототипа является низкое быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия, уменьшение времени определения координат объекта после прихода сигналов от маяков.

Предлагаемое устройство содержит, как и прототип, последовательно соединенные приемник сигналов маяков, блок определения разности времен прихода сигналов от маяков и компаратор.

Маяки расположены в вершинах прямоугольного равнобедренного треугольника. Дополнительно в устройство введены последовательно соединенные блок определения прогнозируемого начального значения координаты, вход которого соединен с выходом компаратора, и первый сумматор, последовательно соединенные первый масштабирующий блок, вход которого соединен с первым выходом блока определения разности времен прихода сигналов от маяков, блок вычитания и второй масштабирующий блок, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора. Введен также блок вычисления декартовой координаты, выполненный из последовательно соединенного третьего масштабирующего блока, вход которого является первым входом блока вычисления декартовой координаты и соединен с вторым выходом блока определения разностей времен прихода сигналов от маяков, квадратора, второго блока вычитания, блока деления, второго сумматора, блока извлечения квадратного корня, блока умножения и третьего сумматора, выход которого является выходом блока вычисления декартовой координаты, а также четвертого масштабирующего блока, вход которого соединен с выходом третьего масштабирующего блока, а выход - с вторым входом блока умножения, пятого масштабирующего блока, вход которого является вторым входом блока вычисления декартовой координаты и соединен с выходом первого сумматора, а выход соединен с вторым входом блока деления. Введены также задатчик единичного сигнала, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, задатчик половины расстояния между маяками, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора. Введен также датчик квадрата расстояния между маяками, выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания. Введен также блок определения расчетного значения разности дальностей от объекта до маяков, выполненный из последовательно соединенных третьего блока вычитания, вход которого является первым входом блока определения расчетного значения разности дальностей и соединен с выходом первого сумматора, второго квадратора, четвертого сумматора, второго блока извлечения квадратного корня и четвертого блока вычитания, выход которого является выходом блока определения расчетного значения разности дальностей и соединен с первым входом первого блока вычитания, последовательно соединенных третьего квадратора, вход которого объединен с первым входом третьего блока вычитания, пятого сумматора и третьего блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока вычитания, четвертого квадратора, вход которого является вторым входом блока определения расчетного значения разности дальностей и соединен с выходом блока вычисления декартовой координаты, а выход четвертого квадратора соединен с вторыми входами четвертого и пятого сумматоров. Введен также задатчик расстояния между маяками, выход которого соединен с вторым входом третьего блока вычитания.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока вычисления декартовой координаты и блока вычисления расчетного значения разности дальностей от объекта до маяков.

Устройство содержит маяки 1-3, приемник 4 сигналов маяков, блок 5 определения разностей времен прихода сигналов от маяков, компаратор 6, блок 7 определения прогнозируемого начального значения координаты, первый сумматор 8, блок 9 вычисления декартовой координаты, блок 10 определения расчетного значения разности дальностей от объекта до маяков, первый блок 11 вычитания, первый масштабирующий блок 12, второй масштабирующий блок 13, третий масштабирующий блок 14, первый квадратор 15, второй блок 16 вычитания, блок 17 деления, второй сумматор 18, первый блок 19 извлечения квадратного корня, блок 20 умножения, третий сумматор 21, четвертый масштабирующий блок 22, пятый масштабирующий блок 23, задатчик 24 квадрата расстояния между маяками, задатчик 25 единичного сигнала, задатчик 26 половины расстояния между маяками, третий блок 27 вычитания, второй квадратор 28, четвертый сумматор 29, второй блок 30 извлечения квадратного корня, четвертый блок 31 вычитания, третий квадратор 32, четвертый квадратор 33, пятый сумматор 34, третий блок 35 извлечения квадратного корня и задатчик 36 расстояния между маяками.

Работа устройства основана на разностно-дальномерном методе определения координат и осуществляется следующим образом.

Маяки 1, 2 и 3 одновременно излучают сигналы, принимаемые приемником 4. Блок 5 определяет разности ₁₂,₁₃ времен прихода сигналов от маяков 1 и 2, 1 и 3. Компаратор 6 определяет знак разности ₁₃ , блок 7 вырабатывает прогнозируемое начальное значение координаты Х согласно зависимости

x_o=

(1) где d - расстояние между маяками (база).

Масштабирующий блок 12 определяет измеренное значение разности дальностей D_13и согласно зависимости

D_13и=₁₃C, (2) где с - скорость распространения сигнала.

Сумматор 8 определяет текущее значение координаты Х согласно зависимости

X=X_o+X, (3) где х - поправка, образующаяся на выходе второго масштабирующего блока 13 (начальное значение х_o = 0).

Блок 9 вычисления декартовой координаты Y, состоящий из блоков 14-26 и описанных и представленных на фиг. 2 связей, определяет текущее значение координаты Y согласно зависимости

Y = + ^. (4) Блок 10 определения расчетного значения разности дальностей, состоящий из блоков 27-36 и описанных связей (фиг. 2), определяет значение D_13р согласно зависимости

D_13p = - .

(5) Блок 11 вычитания определяет разность (невязку)

=D_13и-D_13p. (6) Масштабирующий блок 13 определяет поправку

x= k. (7) Процесс определения координат X, Y останавливается, если модуль < _э , где _э - допустимая ошибка определения разности дальностей, _э = _x , где _x - допустимая ошибка определения координаты Х. Наибольшее допустимое значение k = 0,715. При увеличении k возможна неустойчивость процесса определения координат. Результирующие (выходные) значения координат равны значениям, зафиксированным в ячейках памяти значений X, Y после прекращения вычислений по критерию останова .

Благодаря наличию описанных блоков и связей достигается поставленная цель - повышение быстродействия. Основной причиной повышения быстродействия является наличие блока 9 вычисления декартовой координаты, блока 10 определения расчетного значения разности дальностей и замыкание системы обратной связью по невязке .