RU2686847C1 - Способ расчета трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом при расположении станций с известными координатами на равнинной местности - Google Patents
Способ расчета трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом при расположении станций с известными координатами на равнинной местности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2686847C1 RU2686847C1 RU2018124916A RU2018124916A RU2686847C1 RU 2686847 C1 RU2686847 C1 RU 2686847C1 RU 2018124916 A RU2018124916 A RU 2018124916A RU 2018124916 A RU2018124916 A RU 2018124916A RU 2686847 C1 RU2686847 C1 RU 2686847C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinates
- aircraft
- stations
- height
- equations
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 102220047090 rs6152 Human genes 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/12—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
- G01S13/426—Scanning radar, e.g. 3D radar
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/72—Diversity systems specially adapted for direction-finding
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
- G01S5/145—Using a supplementary range measurement, e.g. based on pseudo-range measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/04—Display arrangements
- G01S7/06—Cathode-ray tube displays or other two dimensional or three-dimensional displays
- G01S7/10—Providing two-dimensional and co-ordinated display of distance and direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники, навигации и может быть использовано для определения трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом при расположении станций с известными координатами на равнинной местности. Достигаемый технический результат – повышение точности определения координат летательного аппарата. Указанный результат достигается за счет того, что используют систему нелинейных уравнений, связывающих искомые координаты х, y и высоту h с расстояниями R, n=1, 2, …, N, от летательного аппарата до станций с известными координатами x, y, n=1, 2, …, N, в используемой системе нелинейных уравнений положение n-й станции задается вектором-столбцом P=[x, y]с координатами x, y, n=1, 2, …, N (N≥3), пространственное положение летательного аппарата определяется вектором P=[x, y]с координатами х, y и высотой h, затем осуществляют переход от системы уравнений с трехмерными координатами к системе с двумерными координатами, из системы уравнений с двумерными координатами определяется высота летательного аппарата.
Description
Изобретение относится к области радиотехники, навигации и может быть использовано для расчета трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом при расположении станций с известными координатами на равнинной местности.
Известен способ нахождения трехмерных координат целей (см. например, А.В. Бычков А.В., Пелипенко И.И. Алгоритм нахождения трехмерных координат целей в многопозиционной радиолокации без пеленгации. Вестник СибГУТИ. 2015. №2. С. 93-98). Недостатком указанного способа является большой объем вычислений, связанный с многократным использованием последовательных приближений к истинному положению цели, что может привести к возникновению погрешностей в оценке координат.
Известен способ определения трехмерных координат летательного аппарата (см. Патент 2646360 РФ, МПК G01S 5/12. Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве / Ю.Н. Гайчук и др. (РФ); Гайчук Юрий Николаевич (РФ). - №2017110185; Заявлено 27.03.2017; Опубл. 01.02.2018, Бюл. 4. - 17 с.: 8 ил). Основой способа является измерение расстояний от летательного аппарата до не менее, чем 4 станций с известными координатами, размещаемых в разных точках трехмерного пространства. Данный способ не позволяет определить координаты летательного аппарата (с учетом высоты) при расположении станций с известными координатами на равнинной поверхности.
Координаты летательного аппарата определяются из системы нелинейных уравнений, связывающих искомые координаты х, y и z с расстояниями Rn, n=1, 2, …, N от искомого объекта до станций с известными координатами xn, yn, zn, n=1, 2, …, N
Обычно для решения системы нелинейных уравнений (1) используют итерационную процедуру, базирующуюся на разложении нелинейных уравнений в ряд Тейлора и отбрасывании нелинейных членов [1, 2]. Но эта процедура требует знания начального приближения, и полученное решение чувствительно к неточности в его выборе. В [3] предложены прямые, неитерационные методы, базирующиеся на тождественных преобразованиях системы нелинейных уравнений в систему линейных уравнений.
Способ расчета трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом станциями с известными координатами, расположенными на равнинной местности, из всех доступных источников открытой публикации не найден.
Целью предлагаемого способа является измерение координат летательного аппарата при расположении станций (не менее трех) с известными координатами на равнинной местности.
Поставленная задача решается способом, использующим систему нелинейных уравнений, связывающих искомые координаты х, y и высоту h с расстояниями Rn, n=1, 2, …, N от искомого объекта до станций с известными координатами xn, yn, n=1, 2, …, N, расположенных на равнинной местности осуществляется следующим путем
- используется система уравнений
в которой положение n-й станции задается вектором столбцом Pn=[xn, yn]T с координатами xn, yn, n=1, 2, …, N (N≥3), пространственное положение летательного аппарата определяется вектором Р=[х, y]T с координатами х, y и высотой h;
- путем взаимного вычитания соседних строк, исключающего неизвестный квадрат высоты h2, осуществляется переход от системы уравнений с трехмерными координатами к системе с двумерными координатами
или
АР=В,
где
- из системы уравнений с двумерными координатами определяется вектор Р=[ATA]-1ATB с искомыми координатами х и y летательного аппарата;
Способ расчета трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом станциями с известными координатами на равнинной местности реализуется переходом от системы уравнений с трехмерными координатами к системе с двумерными координатами.
Положение n-й станции задается вектором столбцом Pn=[xn, yn]T с известными координатами xn, yn (n=1, 2, …, N). Пространственное положение летательного аппарата зададим вектором координат Р=[х, y]T и высотой h (искомой). Расстояния от летательного аппарата до станций обозначим Rn (n=1, 2, …, N). Составим систему уравнений, связывающую между собой векторы координат и расстояния от них до станций с известными координатами
в которой положение n-й станции задается вектором столбцом Pn=[xn, yn]T с координатами xn, yn, n=1, 2, …, N, пространственное положение летательного аппарата определяется вектором Р=[x, y]T с координатами x, y и высотой h.
Путем взаимного вычитания соседних строк, исключающего неизвестный квадрат высоты h2, осуществляется переход от системы с трехмерными координатами к системе двумерными координатами
или
где
Система (3а) содержит вектор Р с двумя неизвестными координатами х и y. То есть предложенный способ позволяет перейти от трехмерной системы координат к двухмерной и найти координаты х и y летательного аппарата с помощью станций с известными координатами, расположенными на равнинной местности. При этом для определения этих координат достаточно трех станций с известными координатами. Открытым пока остается вопрос с высотой объекта, который решим позднее.
Решение системы уравнений (3а) относительно вектора Р найдем следующим образом. Умножив обе части этого уравнения на вектор AT, получим
ATAP=ATB.
Отсюда определяется вектор
Решение (4) представляет собой вектор Р с координатами х и y летательного аппарата, определенный по измеренным расстояниям от него до станций с известными координатами. С помощью предложенного способа для расчета координат летательного аппарата достаточно иметь три станции с известными координатами, не расположенными на одной линии, поскольку решается двумерная задача.
Определяем высоту летательного аппарата, подставив вычисленные координаты х и y в любое из уравнений системы (2). Однако, при наличии погрешностей в измерениях, более справедливой будет оценка
Таким образом, в ситуации расположения станций с известными координатами на равнинной местности, предложенный способ позволяет рассчитать координаты летательного аппарата. При этом с помощью предложенного способа для расчета координат летательного аппарата достаточно иметь три станции с известными координатами. Если в наличии будет более трех станций, предложенный способ позволяет повысить точность расчета координат.
Для расчета координат использован прямой (нерекурсивный) метод расчета, базирующийся на тождественных преобразованиях системы нелинейных уравнений в систему линейных уравнений.
Литература
1. Шебшаевич B.C.. Дмитриев П.П., Иванцевич И.В. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / под ред. B.C. Шебшаевича. 2-е изд. М.: Радио и связь. 1993. 408 с.
2. Кононыхина Н.А.. Федоров Ю.П. Эффективный алгоритм и профамма определения местонахождения объектов для системы многопозиционной радионавигации // Теория и техника радиосвязи. 1997. Вып. 1. С. 61-73.
3. Маркин В.Г. Дальномерные методы определения координат наземных объектов // Радиотехника. 2017. №6. С. 228-234/
Claims (12)
- Способ определения трехмерных координат летательного аппарата, основанный на измерении расстояний между летательным аппаратом и станциями с известными координатами, расположенными на равнинной местности, использующий систему нелинейных уравнений, связывающих искомые координаты х, у и высоту h с измеряемыми расстояниями Rn, n=1, 2, …, N, от летательного аппарата до станций с известными координатами xn, yn, n=1, 2, …, N, расположенных на равнинной местности, осуществляющий:
- - использование системы уравнений
- - переход от системы уравнений с трехмерными координатами к системе с двумерными координатами путем взаимного вычитания соседних строк, исключающего неизвестный квадрат высоты h2,
- или
- АР=В,
- где
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018124916A RU2686847C1 (ru) | 2018-07-06 | 2018-07-06 | Способ расчета трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом при расположении станций с известными координатами на равнинной местности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018124916A RU2686847C1 (ru) | 2018-07-06 | 2018-07-06 | Способ расчета трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом при расположении станций с известными координатами на равнинной местности |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2686847C1 true RU2686847C1 (ru) | 2019-05-06 |
Family
ID=66430339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018124916A RU2686847C1 (ru) | 2018-07-06 | 2018-07-06 | Способ расчета трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом при расположении станций с известными координатами на равнинной местности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2686847C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734690C1 (ru) * | 2019-12-23 | 2020-10-22 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Способ определения координат воздушной цели в многопозиционной наземной системе наблюдения Радиопередатчики-воздушная цель-приемник |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6094607A (en) * | 1998-11-27 | 2000-07-25 | Litton Systems Inc. | 3D AIME™ aircraft navigation |
SU1840490A1 (ru) * | 1984-12-10 | 2007-03-27 | Российский институт радионавигации и времени | Устройство для определения местоположения летательного аппарата |
US7409293B2 (en) * | 2004-06-03 | 2008-08-05 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for enhancing accuracy of terrain aided navigation systems |
RU2510046C2 (ru) * | 2010-08-18 | 2014-03-20 | Астриум Гмбх | Устройство и способ трехмерного позиционирования |
RU2547158C1 (ru) * | 2013-11-21 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Способ коррекции координат, высоты и вертикальной скорости летательного аппарата и устройство для его осуществления |
RU2643360C1 (ru) * | 2017-03-27 | 2018-02-01 | Юрий Николаевич Гайчук | Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве |
-
2018
- 2018-07-06 RU RU2018124916A patent/RU2686847C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1840490A1 (ru) * | 1984-12-10 | 2007-03-27 | Российский институт радионавигации и времени | Устройство для определения местоположения летательного аппарата |
US6094607A (en) * | 1998-11-27 | 2000-07-25 | Litton Systems Inc. | 3D AIME™ aircraft navigation |
US7409293B2 (en) * | 2004-06-03 | 2008-08-05 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for enhancing accuracy of terrain aided navigation systems |
RU2510046C2 (ru) * | 2010-08-18 | 2014-03-20 | Астриум Гмбх | Устройство и способ трехмерного позиционирования |
RU2547158C1 (ru) * | 2013-11-21 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Способ коррекции координат, высоты и вертикальной скорости летательного аппарата и устройство для его осуществления |
RU2643360C1 (ru) * | 2017-03-27 | 2018-02-01 | Юрий Николаевич Гайчук | Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734690C1 (ru) * | 2019-12-23 | 2020-10-22 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Способ определения координат воздушной цели в многопозиционной наземной системе наблюдения Радиопередатчики-воздушная цель-приемник |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101224512B1 (ko) | Tdoa 기법을 기반으로 하는 미지신호 발생원 위치 측정방법 | |
RU2458358C1 (ru) | Угломерно-корреляционный способ определения местоположения наземных источников радиоизлучения | |
ES2778427T3 (es) | Geolocalización tridimensional automática de objetivos de SAR y estimación simultánea de retardos de propagación troposférica usando dos imágenes de SAR de apertura larga | |
CN103616036A (zh) | 一种基于合作目标的机载传感器***误差估计与补偿方法 | |
CN102004244B (zh) | 多普勒直接测距法 | |
CN108761387B (zh) | 一种固定辐射源的双站时差频差联合定位方法 | |
Cheok et al. | UWB tracking of mobile robots | |
RU2695642C1 (ru) | Способ определения местоположения наземного источника радиоизлучения | |
RU2661941C1 (ru) | Способ построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой | |
RU2686847C1 (ru) | Способ расчета трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом при расположении станций с известными координатами на равнинной местности | |
RU2506605C2 (ru) | Дальномерный способ и устройство определения координат источника радиоизлучения | |
CN110471029B (zh) | 一种基于扩展卡尔曼滤波的单站无源定位方法及装置 | |
CN110426672B (zh) | 一种基于区间分析的双迭代定位***及其应用 | |
RU126474U1 (ru) | Пассивный радиоэлектронный комплекс для определения пространственных координат и элементов движения объекта по угломерным и энергетическим данным радиолокации | |
CN108871365A (zh) | 一种航向约束下的状态估计方法及*** | |
RU2613369C1 (ru) | Способ навигации летательного аппарата с использованием высокоточного одноэтапного пеленгатора и адресно-ответной пакетной цифровой радиолинии в дкмв диапазоне | |
RU2516432C2 (ru) | Способ определения местоположения источника радиоизлучения | |
RU2559820C1 (ru) | Способ навигации движущихся объектов | |
RU2338158C1 (ru) | Способ навигации летательных аппаратов | |
Stefanski | Asynchronous wide area multilateration system | |
RU2713193C1 (ru) | Способ межпозиционного отождествления результатов измерений и определения координат воздушных целей в многопозиционной радиолокационной системе | |
RU2307372C1 (ru) | Способ определения местоположения радиопередатчика мобильной станцией радиоконтроля | |
RU2734690C1 (ru) | Способ определения координат воздушной цели в многопозиционной наземной системе наблюдения Радиопередатчики-воздушная цель-приемник | |
RU2483324C1 (ru) | Способ навигации летательного аппарата по радиолокационным изображениям земной поверхности | |
RU2444740C1 (ru) | Способ определения местоположения и мощностей источников излучения |