RU2731630C1 - Способ и система децентрализованного измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и определения их местоположения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к способам и техническим средствам измерения расстояния между техническими объектами мобильных технических объектов и их местоположения. Технический результат - разработка способа и системы определения положения подвижных технических объектов одной группы, снабженных вычислительными средствами относительно положения объектов второй группы. Система децентрализованного измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и определения их местоположения, характеризующаяся тем, что в первой группе ¹O упорядоченных по i≥0 объектов ¹O_i и во второй группе ²О упорядоченных по j объектов ²O_j каждый объект ¹O_i имеет источник U₁ сигнала S, посылаемого объектам ^lO, приемник U₂ этого сигнала и индикатор U₃ завершения приема сигнала S, имеет источники U₄ сигналов S_j, посылаемых объектам ²O_j соответственно, имеет приемники U₅ сигналов *S_j, посылаемых объектами ²O_j соответственно, имеет блок управления U₆ с выходами L₁, L₄, L₆, входами L₂, L₃, L₅, L₇, содержащий средства отсчета интервала времени между посылкой сигнала S_j и приемом сигнала *S_j, в которой каждый объект ²O_j имеет приемник U₇ сигнала S_j и передатчик U₈ сигнала *S_j. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к способам и техническим средствам измерения расстояния между техническими объектами мобильных технических объектов и их местоположения.

Технический результат заключается в обеспечении быстрого определения расстояний и местоположения объектов децентрализовано, без использования центра управления этими действиями.

Известны «Способ и система управления взаимодействием автономных мобильных технических объектов с быстрой реакцией на изменение состояния объектов и внешней среды» из RU 2697729 С1, 19.08.2019, принятые в качестве прототипа.

В прототипе выполняются следующие действия по измерению расстояний «выделяют с использованием приоритетного управления единственный объект-лидер, который назначает единственный объект модулем связи (MS); определяют удаленность объектов от MS; синхронизуют взаимодействия объектов, причем объекты, используя их удаленность, упорядочивают передачи сообщений в MS так, чтобы разряды всех сообщений поступали в MS в заданном порядке».

Таким образом, в прототипе специальной процедурой выделяется объект-лидер, который далее каждому объекту из группы объектов поочередно посылает команду определения расстояния от одного из объектов группы, например, лидера.

Часто ставится другая задача. Имеется упорядоченная группа объектов, все объекты или часть из них подвижны. Скорость их перемещения по отношению ко времени проводимых измерений позволяет считать объекты неподвижными. Все объекты группы разделены на две группы. Каждый объект первой группы измеряет расстояние до каждого объекта второй группы. Объекты второй группы либо полностью пассивные и возвращают принятый сигнал его источнику, либо в ответ на полученный сигнал генерируют ненаправленный сигнал. Оба вида сигналов принимают все объекты первой группы. При этих условиях требуется каждому объекту первой группы без команды специального объекта (подобного лидеру в прототипе) с высокой скоростью определить расстояния до каждого объекта второй группы. Если известны расстояния между объектами второй группы и координаты этих объектов, то каждый объект первой группы, измерив расстояния, определяет свое местоположение. Решение этой задачи выполняется в предлагаемом патенте.

Прототип также может быть применен для решения последней задачи, но он имеет следующие недостатки. В прототипе требуется выделение объекта - лидера, организующего взаимодействие остальных объектов. Процедура выделения лидера длительная. Для организации взаимодействия лидера с объектами как лидер, так и остальные объекты должны быть более технически сложными. Таким образом, прототип замедляет решение задачи и усложняет техническую реализацию способа решения указанной задачи.

Задача настоящего изобретения для способа состоит в решении поставленной задачи более быстрым и простым в реализации способом, чем способ прототипа.

Технический результат способа состоит в том, что без выделения особого управляющего объекта каждый объект первой группы синхронизует действия всех объектов первой группы, и затем каждый объект первой группы одновременно или поочередно измеряет расстояние до объектов второй группы.

Технический результат для способа достигается тем, что способ децентрализованного измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и определения их местоположения, характеризуется тем, что в группе упорядоченных по i≥0 объектов ¹O_i и упорядоченных по j объектов ²O_j, один или несколько объектов ^lO_i при отсутствии приема сигналов от объектов ^lO_i и ²O_j посылают сигнал S фиксированной длительности Т, превышающей интервал времени распространения сигналов между любыми объектами ¹O_i и ²O_j, причем, начиная с момента прекращения приема сигнала S, в пределах интервала времени *Т≥Т с задержкой i(2T + *Т) каждый объект ¹O_i посылает требуемым ему объектам ²O_j сигналы S_j, измеряет интервал времени T_ij между посылкой сигнала S_j и приемом возвращаемого сигнала *S_j и с учетом скорости сигналов определяет расстояние объекта ¹O_i относительно объекта ²O_j, а при известном расположении объектов ²O_j определяет свое местоположение.

Задача настоящего изобретения для системы состоит в формировании системы, состоящей из двух групп технических устройств, ускоряющей измерение расстояний между объектами первой и второй групп объектов и определение расположения первой группы объектов относительно расположения объектов второй группы.

Технический результат для системы устройств состоит в том, что в отличие от прототипа совокупность технических средств системы и связей между ними позволяет определять указанные в задаче расстояния и расположение объектов первой группы относительно объектов второй группы без выделения объекта, управляющего указанными действиями.

Технический результат для системы достигается тем, что система децентрализованного измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и определения их местоположения, характеризующаяся тем, что в первой группе ¹О упорядоченных по i≥0 объектов ¹O_i и во второй группе ²О упорядоченных по j объектов ²O_j каждый объект ¹O_i имеет источник U₁ сигнала S, посылаемого объектам ¹О, приемник U₂ этого сигнала и индикатор U₃ завершения приема сигнала S, имеет источники U₄ сигналов S_j, посылаемых объектам ²O_j соответственно, имеет приемники U₅ сигналов *S_j, посылаемых объектами ²O_j соответственно, имеет блок управления U₆ с выходами L₁, L₄, L₆, входами L₂, L₃, L₅, L₇, содержащий средства отсчета интервала времени между посылкой сигнала S_j и приемом сигнала *S_j, в которой каждый объект ²O_j имеет приемник U₇ сигнала S_j и передатчик U₈ сигнала *S_j, при этом в каждом объекте из ²O вход U₇ и выход U₈ соединены ненаправленными беспроводными линиями соответственно с выходом источника U₄ и входом приемника U₅ каждого объекта из ¹О, в каждом объекте из ¹О выход U₁ соединен беспроводной ненаправленной линией с входами блоков U₃ и U₄, выходы L₁, L₄ блока управления U₆ соединены с входами блоков U₁, U₄ соответственно, входы L₂, L₃ блока управления U₆ соединены с выходами блоков U₂, U₃ соответственно, выход U₆ и вход U₇ соединяют с внешним устройством С, организующим посредством U₆ связи между ¹О и ²О.

Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняется чертежами.

Фиг. 1. Структура двух взаимодействующих систем мобильных объектов.

Фиг. 2. Структура блока управления.

Приведенные на чертеже устройства следует рассматривать как примеры технической реализации предлагаемого в патенте устройства.

Краткое описание предлагаемого способа.

Для определения расстояния между упорядоченными объектами ¹O_i группы ¹О и объектами ²O_j группы ²О произвольные объекты из ¹О посылают всем объектам из ¹О длительные сигналы S, по завершению которых объекты ¹O_i посылают объектам ²O_j сигналы S_j. Каждый из этих сигналов принимает только конкретный объект ²O_j. При этом ¹O_i измеряет время перемещения сигнала между этими объектами, определяет расстояние между ними, а если известны расположения ²O_j, то определяет расположение ¹O_i и информирует широковещательно о нем все объекты из ¹О любым известным способом.

Краткое описание предлагаемой системы. Для определения расстояния между подвижными объектами ¹O_i и объектами ²O_j, определения расположения ¹O_i и информирования о нем всех объектов из ¹О система содержит объекты ¹O_i, объединенные беспроводными ненаправленными радио или оптическими каналами связи с ²O_j. Каждый объект ²O_j имеет технические средства для приема сигналов от ¹O_i и посылки сигналов к ¹O_i. Объекты ¹O_i имеют средства для передачи сигналов S и S_j, a ¹O_i также средства для приема сигналов S и *S_j, а также блок управления, управляющий передачей и приемом указанных сигналов и связи для обмена сигналами с внешним устройством.

Подробное описание предлагаемого способа. Способ предназначен для измерения удаленности упорядоченных по номерам i (i≥0) объектов ¹O_i от упорядоченных по j объектов ²O_j. Способ решает следующие две задачи. При известном расположении объектов ²O_j определяется удаленность и ¹O_i от ²O_j и расположение ¹O_i. Если расположение ²O_j неизвестно, определяется только удаленность ¹O_i от ²O_j.

Решение задач. Объекты имеют следующие возможности: объекты ¹O_i могут посылать сигнал S объектам ¹O_i по ненаправленному беспроводному оптическому или радиоканалу и принимать этот сигнал, посылать любому объекту ²O_j сигнал S_j, принимаемый только этим объектом, получать возвращаемый ²O_j сигнал S_j или получать в ответ на получение ²O_j генерируемый в ²O_j сигнал *S_j.

Способ выполняет следующую последовательность действий. Один или несколько объектов ¹O_i при отсутствии приема сигналов от объектов ¹O_i и ²O_j посылают сигнал S фиксированной длительности Т, превышающей интервал времени распространения сигналов между любыми объектами ¹O_i и ²O_j.

При наложении сигналов S сформируется общий непрерывный сигнал S с длительностью ≥Т. Это гарантирует единственность сигнала S.

Каждый объект ¹O_i, начиная с момента прекращения приема сигнала S, в пределах интервала времени *Т≥Т с задержкой τ=2Т + *Т посылает требуемым ему объектам ²O_j сигналы S_j, измеряет интервал времени T_ij между посылкой сигнала S_j и приемом возвращаемого сигнала *S_j или S_j и с учетом скорости сигналов определяет расстояние объекта ¹O_i относительно объекта ²O_j, а при известном расположении объектов ²O_j определяет свое местоположение.

Обращение к группе объектов ²O_j объект может выполнить одновременно или поочередно. В случае использования радиосигналов одновременное обращение выполняется одновременной посылкой сигналов S_j на разных частотах, каждый из которых воспринимается только объектом ²O_j. Этот ²O_j пошлет сигнал *S_j. При использовании оптических сигналов объектам ²O_j достаточно иметь пассивные ретрорефлекторы, возвращающие полученный сигнал S_j по направлению к его источнику.

Условие *Т>T вводится, если объекты из группы ¹О посылают сигналы S_j объектам ²O_j поочередно, если требуется в пределах *Т вычислять и посылать другим объектам координаты своего местоположения или при посылке другой сопровождающей измерение информации.

Покажем отсутствие помех передаче сигналов объектов ¹O_i объектам ²O_j.

Пусть любой объект обнаруживает завершение сигнала S в интервале времени Т. В момент обнаружения завершения сигнала S любой объект ¹O_i в течение интервала времени *Т может посылать группу своих сигналов S_j. Получая эти сигналы, объекты ²O_j без задержки возвращают их или сигналы *S_j объекту ¹O_i, пославшему группу S_j сигналов. Объект ¹O_i завершит прием посланной им группы сигналов через интервал времени τ = 2Т + *Т после начала посылки этой группы сигналов объектом ¹O_i. Таким образом, сигналы объекта ¹O_i могут искажать передачу других объектов только в течение τ.

Чтобы исключить появление мешающих сигналов, любой объект должен начинать передачу указанной группы сигналов с задержкой iτ. При этом сигналы, посланные объектом ¹O₀, исчезнут не позже времени τ, сигналы, посланные объектом ¹О₁, появятся не раньше времени τ и исчезнут не позже 2τ и т.д. Этим отсутствие помех обеспечено.

Подробное описание предлагаемой системы. Предложенная система устройств организована с учетом требований предложенного в патенте способа. Структура связей объектов системы показана на фиг. 1.

Система содержит технические устройства и объединяющие их каналы связи, обеспечивающие в совокупности техническую реализацию предлагаемого способа. Группа устройств разделена на две группы ¹О и ²O, разной технической сложности. Устройства этих групп соединены беспроводными ненаправленными каналами связи, для передачи оптических или радиосигналов. Каждое устройство ²O_j группы ²O не активно, оно способно принимать сигналы S_j устройств ¹O_i группы ¹О и в ответ возвращать объектам ¹O_i полученные сигналы, либо другие сигналы *S_j, отличные от полученных сигналов. Во втором случае ²O_j должен иметь приемник сигналов S_j и источник сигналов *S_j. В первом случае, ориентированном на работу с оптическими сигналами, вместо приемника и источника сигналов ²O_j достаточно иметь пассивный ретрорефлектор, который способен, получив поступивший сигнал, возвращать его пославшему сигнал объекту ^lO_i.

Каждый объект ¹O_i содержит источник U₁ сигнала S, посылаемого объектам ¹O, и приемник U₂ этого сигнала. Имеет индикатор U₃ завершения приема сигнала S, имеет источники U₄ сигналов S_j, посылаемых объектам ²O_j соответственно, имеет приемники U₅ сигналов *S_j, посылаемых объектами ²O_j соответственно. Для управления взаимодействия объекта ¹O_i с группой ¹О, с объектами ^lO_i и с конкретным внешним устройством С, объект ^lO_i имеет блок управления U₆ с выходами L₁, L₄, L₆, входами L₂, L₃, L₅, L₇, содержащий средство Tm - средство отсчета интервала времени между посылкой сигнала S_j и приемом сигнала *S_j. Все линии связи между блоком U₆ и остальными блоками U указаны на фиг. 1 и используются в соответствии с предлагаемым способом. Структура блока управления приведена на фиг. 2. Он содержит Tm и узел Cu обмена U₆ сигналами с внешним устройством С.

Claims (2)

1. Способ децентрализованного измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и определения их местоположения, характеризующийся тем, что в группе упорядоченных по i≥0 объектов ^lO_i и упорядоченных по j объектов ²O_j, один или несколько объектов ¹O_i при отсутствии приема сигналов от объектов ¹O_i и ²O_j посылают сигнал S фиксированной длительности T, превышающей интервал времени распространения сигналов между любыми объектами ^lO_i и ²O_j, причем, начиная с момента прекращения приема сигнала S, в пределах интервала времени *Т≥Т с задержкой i(2T + *Т) каждый объект ¹O_i посылает требуемым ему объектам ²O_j сигналы S_j, измеряет интервал времени T_ij между посылкой сигнала S_j и приемом возвращаемого сигнала *S_j и с учетом скорости сигналов определяет расстояние объекта ¹O_i относительно объекта ²O_j, а при известном расположении объектов ²O_j определяет свое местоположение.

2. Система децентрализованного измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и определения их местоположения, характеризующаяся тем, что в первой группе ^lO упорядоченных по i≥0 объектов ¹O_i и во второй группе ²О упорядоченных по j объектов ²O_j каждый объект ¹O_i имеет источник U₁ сигнала S, посылаемого объектам ¹О, приемник U₂ этого сигнала и индикатор U₃ завершения приема сигнала S, имеет источники U₄ сигналов S_j, посылаемых объектам ²O_j соответственно, имеет приемники U₅ сигналов *S_j, посылаемых объектами ²O_j соответственно, имеет блок управления U₆ с выходами L₁, L₄, L₆, входами L₂, L₃, L₅, L₇, содержащий средства отсчета интервала времени между посылкой сигнала S_j и приемом сигнала *S_j, в которой каждый объект ²O_j имеет приемник U₇ сигнала S_j и передатчик U₈ сигнала *S_j, при этом в каждом объекте из ²O вход U₇ и выход U₈ соединены ненаправленными беспроводными линиями соответственно с выходом источника U₄ и входом приемника U₅ каждого объекта из ¹О, в каждом объекте из ¹О выход U₁ соединен беспроводной ненаправленной линией с входами блоков U₃ и U₄, выходы L₁, L₄ блока управления U₆ соединены с входами блоков U₁, U₄ соответственно, входы L₂, L₃ блока управления U₆ соединены с выходами блоков U₂, U₃ соответственно, выход U₆ и вход U₇ соединяют с внешним устройством С, организующим посредством U₆ связи между ¹O и ²О.

Images