RU2152049C1

RU2152049C1 - Device for measuring coordinates of actuating mechanism of surface vessels

Info

Publication number: RU2152049C1
Application number: RU99107700/09A
Authority: RU
Inventors: А.М. Алешечкин; В.И. Кокорин
Original assignee: Красноярский государственный технический университет
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: carrying construction and repair operations under water. SUBSTANCE: buoy station device has serial circuit of receiving antenna, satellite signal receiver, modulator, transmitter and transmitting antenna. Goal of invention is achieved by introduced indication and control unit, which information input is connected to output of calculation unit. Control output of indication and control unit is connected to third input of calculation unit. In addition device has second receiver of satellite signals, which output is connected to fourth input of calculation unit. In addition, device has third receiving antenna, which is connected to input of second receiver of satellite signals, and actuating mechanism position detector, which output is connected to fifth input of calculation unit. EFFECT: increased precision of automatic detection of position of actuating mechanisms of surface vessels. 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к устройствам для определения координат исполнительных механизмов объектов, используемых для обеспечения инженерно-технических и других работ, при выполнении которых стоит задача определения координат исполнительного механизма под водой с высокой точностью. The present invention relates to devices for determining the coordinates of the actuators of objects used to provide engineering and other works, the implementation of which is the task of determining the coordinates of the actuator under water with high accuracy.

Изобретение может быть использовано при выполнении добычных работ на россыпных континентальных и прибрежно-морских месторождениях полезных ископаемых. The invention can be used when performing mining operations at placer continental and coastal marine mineral deposits.

Известно устройство для маркшейдерской съемки забоя при дражной разработке россыпи, содержащее два пассивных и два активных геодезических средства измерения, выполненных с возможностью установки на двух контрольных точках драги и двух опорных береговых пунктах, узел определения глубины забоя по продольной оси драги и вычислительный узел, причем два пассивных и два активных геодезических средства измерения выполнены с возможностью установки соответственно на опорных береговых точках и на контрольных точках драги и в виде соответственно двух ведомых станций и двух ведущих антенн радиогеодезической системы с блоком обработки, выполненным в виде последовательно соединенных первого коммутатора, приемника излучения и второго коммутатора, а также первого и второго фазовых измерителей, первые входы которых подключены к соответствующим выходам второго коммутатора, а выходы - к соответствующим входам вычислительного узла, синхронизатора, выходы которого подключены к вычислительному узлу и первому и второму коммутаторам, и последовательно соединенных блока автоподстройки частоты и фазы опорного генератора, выход которого подключен к вторым входам первого и второго фазовых измерителей и к входу блока автоподстройки частоты и фазы, другой выход которого подключен к второму коммутатору, при этом первый и второй входы первого коммутатора соединены соответственно с первой и второй ведущими антеннами, каждая из которых выполнена с круговой диаграммой направленности, а узел определения глубины выполнен в виде датчика углового положения черпаковой рамы, выход которого подключен к соответствующему входу вычислительного узла [Патент РФ N 2049310. Устройство для маркшейдерской съемки забоя при дражной разработке россыпи. Кокорин В.И., опубл. БИ N 33, 1995]. A device is known for surveying face surveying during dredging mining of a placer, containing two passive and two active geodetic measuring instruments made with the possibility of installation at two control points of the dredge and two reference coastal points, a node for determining the depth of the face along the longitudinal axis of the dredge, and a computational unit, two passive and two active geodetic measuring instruments made with the possibility of installation, respectively, on the reference coastal points and on the control points of the dredge and in the form of There are two slave stations and two leading antennas of the radio-geodetic system with a processing unit made in the form of series-connected first switch, radiation receiver and second switch, as well as first and second phase meters, the first inputs of which are connected to the corresponding outputs of the second switch, and the outputs to the corresponding inputs of the computing node, synchronizer, the outputs of which are connected to the computing node and the first and second switches, and serially connected block auto-tuning ki of the frequency and phase of the reference oscillator, the output of which is connected to the second inputs of the first and second phase meters and to the input of the automatic frequency and phase block, the other output of which is connected to the second switch, while the first and second inputs of the first switch are connected respectively to the first and second leading antennas, each of which is made with a circular radiation pattern, and the depth determination unit is made in the form of a sensor for the angular position of the scoop frame, the output of which is connected to the corresponding input of the calculator exploratory unit [RF Patent N 2049310. A device for surveying slaughter during dredging of a placer. Kokorin V.I., publ. BI N 33, 1995].

Недостатком данного устройства является снижение точности определения координат исполнительного механизма надводного объекта при изменениях уровня воды, поскольку данная аппаратура определяет только плановые координаты контрольных точек драги, не обеспечивая измерения их высоты. The disadvantage of this device is the decrease in the accuracy of determining the coordinates of the actuator of the surface object when the water level changes, since this equipment determines only the planned coordinates of the dredge control points, without measuring their height.

Известна система для определения положения подвижного объекта, содержащая n навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны, аппаратуры потребителя (далее в материалах заявки названной приемником спутниковых сигналов), вычислителя поправок, модулятора, передатчика корректирующей информации и передающей антенны, вычислителя параметра, соединенного со вторым входом вычислителя поправок, подвижную станцию, состоящую из последовательно соединенных первой приемной антенны, приемника спутниковых сигналов и корректора параметра (далее в материалах заявки названного вычислительным блоком), выход которого соединен с информационным входом приемника спутниковых сигналов, последовательно соединенных второй приемной антенны, приемника корректирующей информации и демодулятора, выход которого соединен со вторым входом вычислительного блока [Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. В.С.Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993, рис. 20.3, с. 288]. A known system for determining the position of a moving object, containing n navigation satellites, a control and correction station, consisting of series-connected receiving antennas, consumer equipment (hereinafter referred to as the satellite receiver), a correction calculator, modulator, correction information transmitter and transmitting antenna, a parameter calculator connected to the second input of the correction calculator, a mobile station consisting of a first receiving antenna, satellite signal receiver and parameter corrector (hereinafter referred to as the computing unit), the output of which is connected to the information input of the satellite signal receiver, connected in series to the second receiving antenna, the correction information receiver and demodulator, the output of which is connected to the second input of the computing unit [Network satellite radio navigation systems. Ed. V.S.Shebshaevich. - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Radio and communications, 1993, Fig. 20.3, p. 288].

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности определения с высокой точностью положения исполнительных механизмов надводных объектов. The disadvantage of this device is the inability to determine with high accuracy the position of the actuators of surface objects.

В основу изобретения положена задача повышения точности автоматического определения положения исполнительных механизмов надводных объектов. The basis of the invention is the task of increasing the accuracy of automatic determination of the position of the actuators of surface objects.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для определения координат исполнительного механизма надводного объекта, содержащее n навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны, приемника спутниковых сигналов, вычислителя поправок, модулятора, передатчика корректирующей информации и передающей антенны, вычислителя параметра, соединенного со вторым входом вычислителя поправок, подвижную станцию, состоящую из последовательно соединенных первой приемной антенны, приемника спутниковых сигналов и вычислительного блока, последовательно соединенных второй приемной антенны, приемника корректирующей информации и демодулятора, выход которого соединен со вторым входом вычислительного блока, согласно изобретению введена буйковая станция, состоящая из последовательно соединенных приемной антенны, приемника спутниковых сигналов, модулятора, передатчика и передающей антенны, в подвижную станцию введены блок управления и индикации, информационным входом соединенный с выходом, а управляющим выходом с третьим входом вычислительного блока, второй приемник спутниковых сигналов, выходом соединенный с четвертым входом вычислительного блока, третья приемная антенна, подключенная ко входу второго приемника спутниковых сигналов, и датчик положения исполнительного механизма, выход которого соединен с пятым входом вычислительного блока. The problem is solved in that in a device for determining the coordinates of the actuator of a surface object, containing n navigation satellites, a control and correction station consisting of a series-connected receiving antenna, a satellite signal receiver, a correction calculator, a modulator, a correction information transmitter and a transmitting antenna, a calculator parameter connected to the second input of the corrector, the mobile station, consisting of series-connected first receiving According to the invention, a buoy station consisting of a series-connected receiving antenna, a satellite signal receiver, a modulator, a transmitter is introduced, according to the invention, a antenna, a satellite signal receiver and a computing unit, serially connected to a second receiving antenna, a correction information receiver and a demodulator, the output of which is connected to a second input of the computing unit. and a transmitting antenna, a control and indication unit, an information input connected to the output, and a control output, are introduced into the mobile station home to the third input calculation unit, a second receiver of satellite signals, the output coupled to a fourth input of the computing unit, the third receiving antenna, connected to the input of a second receiver of satellite signals, and the actuator position sensor whose output is connected to a fifth input of the computing unit.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, на которых:
на фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения координат исполнительного механизма надводного объекта;
на фиг. 2 - схема размещения аппаратуры надводного объекта;
на фиг. 3 - схема варианта вычислительного блока;
на фиг. 4 - блок-схема алгоритма работы вычислительного блока.The invention is illustrated by the accompanying drawings, in which:
in FIG. 1 shows a structural diagram of a device for determining the coordinates of the actuator of a surface object;
in FIG. 2 - layout of equipment of a surface object;
in FIG. 3 is a diagram of a variant of a computing unit;
in FIG. 4 - a block diagram of the algorithm of the computing unit.

Устройство для определения положения исполнительного механизма надводного объекта (фиг.1) содержит n навигационных спутников l₁ - l_n, контрольно-корректирующую станцию 2, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны 3, приемника спутниковых сигналов 4, вычислителя поправок 5, модулятора 6, передатчика корректирующей информации 7 и передающей антенны 8, вычислителя параметра 9, соединенного со вторым входом вычислителя поправок 5, буйковую станцию 10, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны 11, приемника спутниковых сигналов 12, модулятора 13, передатчика 14 и передающей антенны 15, подвижную станцию 16, содержащую приемные антенны 17, 18 и 19, приемник корректирующей информации 20, первый приемник спутниковых сигналов 21, второй приемник спутниковых сигналов 22, демодулятор 23, вход которого соединен с выходом приемника 20, вычислительный блок 24, входы которого соединены с выходами приемников спутниковых сигналов 21 и 22 и демодулятора 23, датчик положения 25, выход которого подключен ко входу вычислительного блока 24, блок управления и индикации 26, информационным входом соединенный с выходом, а управляющим выходом со входом вычислительного блока 24.A device for determining the position of the actuator of a surface object (Fig. 1) contains n navigation satellites l ₁ - l _n , a control and correction station 2, consisting of a series-connected receiving antenna 3, a satellite signal receiver 4, an amendment calculator 5, a modulator 6, a transmitter corrective information 7 and a transmitting antenna 8, a parameter calculator 9 connected to the second input of the correction calculator 5, a buoy station 10, consisting of a series-connected receiving antenna 11, a satellite receiver output signals 12, a modulator 13, a transmitter 14 and a transmitting antenna 15, a mobile station 16 containing receiving antennas 17, 18 and 19, a correction information receiver 20, a first satellite signal receiver 21, a second satellite signal receiver 22, a demodulator 23, the input of which is connected with the output of the receiver 20, the computing unit 24, the inputs of which are connected to the outputs of the receivers of satellite signals 21 and 22 and the demodulator 23, a position sensor 25, the output of which is connected to the input of the computing unit 24, the control and indication unit 26, information connected to the output, and the control output to the input of the computing unit 24.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Контрольно-корректирующая станция 2 антенной 3 принимает сигналы навигационных спутников l₁ - l_n, определяет радионавигационные параметры

по каждому из спутников. С приемника спутниковых сигналов 4 измеренные значения радионавигационных параметров

поступают на вход вычислителя поправок 5, второй вход которого соединен с вычислителем параметра 9, определяющим эталонные значения радионавигационных параметров R₁₍₃₎ - R_n(3) на основе эталонных координат фазового центра антенны 3 X_КСЭ, Y_КСЭ, Z_КСЭ эфемерид X_эф1-X_эфn, Y_эф1-Y_эфn, Z_эф1-Z_эфn каждого из спутников. Вычислитель поправок 5 вырабатывает значения поправок радионавигационных параметров по каждому из спутников в соответствии с [Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. В.С.Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993, стр. 288]:

где i= 1, ... n - текущий номер спутника.Control and correction station 2 by antenna 3 receives signals from navigation satellites l ₁ - l _n , determines radio navigation parameters

for each of the satellites. From the satellite receiver 4 measured values of the radio navigation parameters

arrive at the input of the amendment calculator 5, the second input of which is connected to the parameter 9 calculator, which determines the reference values of the radio navigation parameters R _{1 (3)} - R _{n (3)} based on the reference coordinates of the antenna phase center 3 X _SSC , Y _SSC , Z _SSC ephemeris X _ef1- X _efn , Y _ef1 -Y _efn , Z _ef1 -Z _{efn of} each of the satellites. Amendment calculator 5 generates corrections for the radio navigation parameters for each of the satellites in accordance with [Network satellite radio navigation systems. Ed. V.S.Shebshaevich. - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Radio and communications, 1993, p. 288]:

where i = 1, ... n is the current satellite number.

С выхода вычислительного блока 5 сигналы, в которых содержится информация о номере спутника, времени приема навигационного сигнала, поправках к радионавигационным параметрам до каждого спутника ΔR_l-ΔR_n поступают на модулятор 6. С выхода модулятора 6 сигналы поступают в передатчик 7, где преобразуются, усиливаются и излучаются в пространство антенной 8.From the output of the computing unit 5, the signals containing information about the satellite number, time of reception of the navigation signal, corrections to the radio navigation parameters to each satellite ΔR _l -ΔR _n are fed to the modulator 6. From the output of the modulator 6, the signals are transmitted to the transmitter 7, where they are converted, amplified and radiated into space by antenna 8.

Одновременно с этим сигналы спутников l₁ - l_n принимаются антенной 11, установленной на буйковой станции 10. Далее принятые сигналы поступают на вход приемника спутниковых сигналов 12, осуществляющего измерение радионавигационных параметров

по сигналам каждого из спутников. С выхода приемника спутниковых сигналов 12, сигналы, в которых содержится информация о номере спутника, времени приема навигационного сигнала, значениях измеренных радионавигационных параметров

поступают на вход модулятора 13. С выхода модулятора 13 сигналы поступают в передатчик 14, где преобразуются, усиливаются и излучаются в пространство антенной 15.At the same time, the signals of the satellites l ₁ - l _n are received by the antenna 11 installed on the buoy station 10. Further, the received signals are fed to the input of the satellite signal receiver 12, which measures the radio navigation parameters

according to the signals of each of the satellites. From the output of the satellite signal receiver 12, signals containing information about the satellite number, time of reception of the navigation signal, values of the measured radio navigation parameters

arrive at the input of the modulator 13. From the output of the modulator 13, the signals are transmitted to the transmitter 14, where they are converted, amplified and radiated into the space by the antenna 15.

Сигналы буйковой станции 10 и контрольно-корректирующей станции 2 принимаются антенной 17 надводного объекта, снабженного подвижной станцией 16, поступают на вход приемника корректирующей информации 20, в котором происходит усиление, преобразование и выделение сигналов контрольно-корректирующей 2 и буйковой 10 станций. С выхода приемника 20 сигналы поступают на вход демодулятора 23, выделяющего из сигналов информацию о номере спутника, времени приема сигнала и поправках радионавигационных параметров ΔR_l-ΔR_n, сформированных вычислителем поправок 5 контрольно-корректирующей станции 2. Также демодулятором 23 выделяется информация о номерах спутников, времени приема сигналов и значениях радионавигационных параметров

измеренных приемником спутниковых сигналов 12 буйковой станции 10. С выхода демодулятора вышеперечисленные параметры поступают в вычислительный блок 24.The signals of the buoy station 10 and the control and correction station 2 are received by the antenna 17 of the surface object equipped with the mobile station 16, and are input to the receiver of the corrective information 20, in which the signals of the control and corrective 2 and the buoy 10 stations are amplified, converted. From the output of the receiver 20, the signals are fed to the input of the demodulator 23, which extracts information about the satellite number, signal reception time, and corrections of the radio navigation parameters ΔR _l -ΔR _n generated by the corrector 5 of the correction and correction station 2 from the signals. Also, information on satellite numbers is extracted by the demodulator 23 , the time of reception of signals and the values of the radio navigation parameters

measured by the receiver of satellite signals 12 buoy station 10. From the output of the demodulator, the above parameters are received in the computing unit 24.

Одновременно сигналы навигационных спутников l₁ - l_n принимаются антеннами 18 и 19, подключенными соответственно к входу первого 21 и второго 22 приемников спутниковых сигналов, производящих определение радионавигационных параметров

С выхода приемников спутниковых сигналов 21 и 22 информация о номерах спутников, времени приема сигналов и значениях радионавигационных параметров

поступает в вычислительный блок 24.At the same time, the signals of navigation satellites l ₁ - l _n are received by

antennas

18 and 19, connected respectively to the input of the first 21 and second 22 receivers of satellite signals that determine the radio navigation parameters

From the output of

satellite signal receivers

21 and 22, information on satellite numbers, signal reception time, and values of radio navigation parameters

enters the computing unit 24.

Вычислительный блок 24 выполняет циклическую обработку вводимой информации в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг. 4. Computing unit 24 performs cyclic processing of input information in accordance with the flowchart of FIG. 4.

После ввода информации из блоков 21, 22, 23 и 25 вычислительный блок 24 выполняет коррекцию радионавигационных параметров

, измеренных первым и вторым приемниками спутниковых сигналов 21 и 22 в соответствии с [Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. В.С.Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993, с.288]:

В результате этой коррекции получают точные значения радионавигационных параметров R₁₍₁₈₎ - R_n(18) и R₁₍₁₉₎ - R_n(19), которые используют для вычисления точных координат антенн 18 и 19. В случае использования в качестве радионавигационных параметров результатов измерений псевдодальностей для определения координат антенн может быть использован алгоритм, приведенный например в [Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. В.С. Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993, с.230-231].After entering information from

blocks

21, 22, 23 and 25, the computing unit 24 performs the correction of the radio navigation parameters

measured by the first and

second satellite receivers

21 and 22 in accordance with [Network satellite radio navigation systems. Ed. V.S.Shebshaevich. - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Radio and communications, 1993, p.288]:

As a result of this correction, the exact values of the radio navigation parameters R _{1 (18)} - R _{n (18)} and R _{1 (19)} - R _{n (19)} are obtained, which are used to calculate the exact coordinates of the

antennas

18 and 19. In the case of use as radio navigation parameters of the results of measurements of pseudorange for determining the coordinates of the antennas can be used the algorithm shown for example in [Network satellite radio navigation systems. Ed. V.S. Shebshaevich. - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Radio and communications, 1993, S. 230-231].

Затем аналогичным образом в вычислительном блоке 24 происходит обработка радионавигационных параметров

(измеренных буйковой станцией, после коррекции которых определяют ее координаты X₁₁, Y₁₁, Z₁₁, служащие для контроля уровня воды.Then, in the same way, in the computing unit 24, the processing of the radio navigation parameters

(measured by the buoy station, after the correction of which its coordinates X ₁₁ , Y ₁₁ , Z ₁₁ are determined, which serve to control the water level.

Антенны 18 и 19 могут быть расположены например параллельно продольной оси надводного объекта на одинаковой высоте (фиг. 2), что позволяет определить угол α_ду (угол между продольной осью объекта и направлением на Север) и β_дф (дифферент надводного объекта) по разностям радионавигационных параметров R₁₍₁₈₎ - R₁₍₁₉₎, ..., R_n(18) - R_n(19).Antennas 18 and 19 can be located, for example, parallel to the longitudinal axis of the surface of the object at the same height (Fig. 2), which allows you to determine the angle α _du (the angle between the longitudinal axis of the object and the direction to the North) and β _df (trim of the surface of the object) on the differences of the radio navigation parameters R _{1 (18)} - R _{1 (19)} , ..., R _{n (18)} - R _{n (19)} .

Алгоритм вычисления углов α_ду и β_дф в случае использования в качестве радионавигационных параметров расстояний с учетом фаз несущих частот, принимаемых со спутников сигналов, приведен, например, в [Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС/ Под. ред. В.Н.Харисова, А.И.Перова, В.А. Болдина. - М.: ИПРЖР, 1998. - 400 с., ил.].The algorithm for calculating the angles α _du and β _df when using distances as radio navigation parameters, taking into account the phases of the carrier frequencies received from the signal satellites, is given, for example, in [GLONASS Global Satellite Radio Navigation System / Pod. ed. V.N.Kharisova, A.I. Perova, V.A. Boldin. - M .: IPRZhR, 1998. - 400 p., Ill.].

Датчиком положения 25 измеряется угол наклона стрелы исполнительного механизма в вертикальной плоскости α (фиг. 2), значение которого поступает в вычислительный блок 24. На основании полученных значений углов α_ду и β_дф, координат антенны 18 и измеренного угла α определяются плановые координаты исполнительного механизма и его глубина. При этом, для определения координат исполнительного механизма используется система плановых координат XOY (система координат полигона), центром которой является положение фазового центра антенны 3 контрольно-корректирующей станции, ось ОХ направлена по горизонтали на Север, ось OY по горизонтали на Восток.The position sensor 25 measures the angle of inclination of the boom of the actuator in the vertical plane α (Fig. 2), the value of which enters the computing unit 24. Based on the obtained values of the angles α _do and β _df , the coordinates of the antenna 18 and the measured angle α, the planned coordinates of the actuator are determined and its depth. In this case, to determine the coordinates of the actuator, the XOY planned coordinate system (polygon coordinate system) is used, the center of which is the position of the phase center of the antenna 3 of the control and correction station, the OX axis is horizontally directed to the North, and the OY axis is horizontally to the East.

Плановые координаты антенны 18 (X₁₈, Y₁₈) получают из разности широт и долгот антенн 3 и 18 по известным алгоритмам пересчета из одной системы координат в другую [Бортовые устройства спутниковой навигации. Под ред. В.С. Шебшаевича. М., Транспорт, 1988].The planned coordinates of antenna 18 (X ₁₈ , Y ₁₈ ) are obtained from the difference in latitudes and longitudes of antennas 3 and 18 according to known algorithms for conversion from one coordinate system to another [On-board satellite navigation devices. Ed. V.S. Shebshaevich. M., Transport, 1988].

Координаты исполнительного механизма определяют по формулам:

где L_p - длина стрелы исполнительного механизма; α^*= α-β_дф - скорректированное значение угла наклона исполнительного механизма с учетом дифферента надводного объекта.The coordinates of the actuator are determined by the formulas:

where L _p - the length of the boom of the actuator; α ^* = α-β _df is the adjusted value of the angle of inclination of the actuator taking into account the trim of the surface object.

Определение высотной координаты и глубины исполнительного механизма по отношению к уровню воды происходит в следующей последовательности:
1. Вычисляется абсолютное значение высотной координаты исполнительного механизма:
H₃= Hп₁₈-h₁₈-L_p•sin(α^*)-r,
где Hп₁₈ - абсолютная высота антенны 18; h₁₈ - высота антенны 18 над верхней точкой стрелы исполнительного механизма; r - радиус вращения исполнительного механизма под водой.The determination of the height coordinate and depth of the actuator with respect to the water level occurs in the following sequence:
1. The absolute value of the height coordinate of the actuator is calculated:
H ₃ = Hp ₁₈ -h ₁₈ -L _p • sin (α ^* ) -r,
where Hp ₁₈ is the absolute height of the antenna 18; h ₁₈ - the height of the antenna 18 above the upper point of the boom of the actuator; r is the radius of rotation of the actuator under water.

3. Глубина подводной точки h по отношению к уровню воды определяется через высотную координату буйковой станции H_Б, позволяющей определить уровень воды:
h=H_Б-H₃.3. The depth of the underwater point h with respect to the water level is determined through the height coordinate of the buoy station H _B , which allows you to determine the water level:
h = H _B -H ₃ .

Значения плановых координат подводной точки X₃, Y₃ и глубины h далее поступают в блок управления и индикации 26 для последующего отображения и регистрации.The values of the planned coordinates of the underwater point X ₃ , Y ₃ and depth h then go to the control unit and display 26 for subsequent display and registration.

Длительность цикла работы устройства для определения координат исполнительного механизма надводного объекта выбирается таким образом, чтобы успевали выполняться прием, измерения, обработка, передача навигационной и измерительной информации. The duration of the operation cycle of the device for determining the coordinates of the actuator of the surface object is selected so that they have time to receive, measure, process, transmit navigation and measurement information.

Вычислительный блок 24 в связи с большим объемом вычислений необходимо реализовать на основе микропроцессора по типовой структуре, описанной, например в [Балашов Е.П., Пузенков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы, М. , Радио и связь, 1990, с.203]. На фиг. 3 приведена структурная схема варианта вычислительного блока, выполненного по схеме с разделением адресного пространства, состоящего из микропроцессорного блока 27, постоянного 28 и оперативного 29 запоминающих устройств, первого дешифратора адреса 30, обеспечивающего выбор постоянного или оперативного запоминающего устройства, второго дешифратора адреса 31, позволяющего выбрать одно из подключенных к вычислительному блоку 24 внешних устройств: первый приемник спутниковых сигналов 21, второй приемник спутниковых сигналов 22, демодулятор 23, датчик положения 25 или блок управления и индикации 26. В постоянном запоминающем устройстве 28 находится программа обработки, реализующая алгоритм, приведенный на фиг.4, а также константы и другая необходимая информация. Оперативное запоминающее устройство 29 содержит текущие данные, приходящие с блоков 21, 22, 23, 25, информацию, необходимую для обмена с блоком управления и индикации 26 и текущие промежуточные результаты вычислений. Дешифраторы адреса 30 и 31 обеспечивают выбор нужного в данный момент элемента, например оперативного или постоянного запоминающего устройств, либо одного из внешних блоков, имеющих свой фиксированный адрес. Микропроцессорный модуль 27 управляет работой вычислительного блока 24, обеспечивая обработку и обмен информацией в соответствии с блок-схемой алгоритма работы, приведенной на фиг. 4, и связан с блоками 21, 22, 23, 25, 26 информационной шиной данных (ШД), может иметь управляющие выходы с сигналами "Чтение" и "Запись" для управления постоянным 28 и оперативным 29 запоминающими устройствами соответственно. Computing unit 24 due to the large volume of calculations must be implemented on the basis of a microprocessor according to the standard structure described, for example, in [Balashov EP, Puzenkov DV Microprocessors and microprocessor systems, M., Radio and communications, 1990, p.203]. In FIG. 3 is a structural diagram of a variant of a computing unit made according to a scheme with address space separation, consisting of a microprocessor unit 27, a constant 28 and an online memory 29, a first address decoder 30 that selects a permanent or random access memory, and a second address decoder 31 that allows you to choose one of the external devices connected to the computing unit 24: a first satellite signal receiver 21, a second satellite signal receiver 22, a demodulator 23, a position sensor 25 or a control and indication unit 26. In the read-only memory 28 there is a processing program that implements the algorithm shown in FIG. 4, as well as constants and other necessary information. The random access memory 29 contains current data coming from blocks 21, 22, 23, 25, information necessary for exchange with the control and indication unit 26, and current intermediate calculation results. Address decoders 30 and 31 provide the selection of the currently needed element, for example, operational or read-only memory, or one of the external units that have their own fixed address. The microprocessor module 27 controls the operation of the computing unit 24, ensuring the processing and exchange of information in accordance with the flowchart of operation shown in FIG. 4, and is connected with blocks 21, 22, 23, 25, 26 by an information data bus (SD), it can have control outputs with the signals “Read” and “Write” to control the permanent 28 and operational 29 memory devices, respectively.

При реализации вычислительного блока 24 на базе микропроцессора К580 микропроцессорный модуль 27 состоит из трех БИС: центрального процессора К580ВМ80, системного контроллера К580ВК88, тактового генератора К580ГФ24. When implementing the computing unit 24 based on the K580 microprocessor, the microprocessor module 27 consists of three LSIs: a central processor K580VM80, a system controller K580VK88, a clock generator K580GF24.

Приемники спутниковых сигналов 4, 12, 21, 22 могут быть выполнены в соответствии с рис. 1.14 [Цифровые радиоприемные системы. Под ред. Жодзижского. М., Радио и связь, 1990], рис.38 [Бортовые устройства спутниковой навигации. Под ред. В. С. Шебшаевича. М. , Транспорт, 1988] , [Заявка на патент ДЕ N3540212. ФРГ] . Реализации отдельных блоков аппаратуры, расположенной на надводном объекте, буйковой и контрольно-корректирующей станциях, описаны, например, в [Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. В.С. Шебшаевича. - 2-е изд. , перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993], [Агафонников А. М. Фазовые радиогеодезические системы для морских исследований. М., Наука, 1979]. Receivers of satellite signals 4, 12, 21, 22 can be made in accordance with Fig. 1.14 [Digital radio receiving systems. Ed. Zhodzizhsky. M., Radio and communications, 1990], Fig. 38 [On-board satellite navigation devices. Ed. V.S.Shebshaevich. M., Transport, 1988], [Patent Application DE N3540212. Germany]. Implementations of individual units of equipment located on a surface object, buoy and control and correction stations are described, for example, in [Network satellite radio navigation systems. Ed. V.S. Shebshaevich. - 2nd ed. , reslave. and add. - M .: Radio and communications, 1993], [Agafonnikov A. M. Phase radio-geodetic systems for marine research. M., Science, 1979].

Датчик положения 25 может быть выполнен на основе дражных глубиномеров, определяющих угол α по наклону черпаковой рамы. The position sensor 25 can be made on the basis of dragee depth gauges that determine the angle α by the slope of the scoop frame.

Рассмотрим числовой пример применения предлагаемого устройства для золотодобывающих драг. Consider a numerical example of the application of the proposed device for gold mining dredges.

Пусть в качестве навигационных спутников используются, например, спутники системы ГЛОНАСС. Тогда одновременный прием сигналов в точках 3, 11, 18, 19 позволяет определить координаты объекта, буйковой и контрольно-корректирующей станций. Если считать координаты контрольно-корректирующей станции известными, например, с погрешностью менее 10 см, то по ее сигналам путем коррекции радионавигационных параметров координаты точек 11, 18, 19 также будут определены с погрешностью около 10 см, обусловленной погрешностью задания координат контрольно-корректирующей станции. Suppose, for example, GLONASS satellites are used as navigation satellites. Then the simultaneous reception of signals at points 3, 11, 18, 19 allows you to determine the coordinates of the object, buoy and control and correction stations. If we consider the coordinates of the control and correction station known, for example, with an error of less than 10 cm, then using its signals by correcting the radio navigation parameters, the coordinates of points 11, 18, 19 will also be determined with an error of about 10 cm, due to the error in setting the coordinates of the control and correction station.

При этом аппаратурная погрешность измерений фазовых сдвигов на несущих частотах системы ГЛОНАСС в диапазоне частот 1600 МГц составит Δφ ≈ 0,01 фц (< 4 ). Исходя из этого величина погрешности определения углов α_ду и β_дф может быть определена по приближенной формуле:

где λ - длина волны принятых сигналов, для несущей, равной ~1600 МГц составляет 0.1875 м; B - расстояние между антеннами 18 и 19, расположенными на борту надводного объекта, например драги.In this case, the hardware error in measuring phase shifts at the carrier frequencies of the GLONASS system in the frequency range 1600 MHz will be Δφ ≈ 0.01 fc (<4). Based on this, the value of the error in determining the angles α _du and β _df can be determined by the approximate formula:

where λ is the wavelength of the received signals, for a carrier of ~ 1600 MHz is 0.1875 m; B is the distance between the

antennas

18 and 19, located on board the surface of the object, such as dredge.

При B = 5 м погрешность измерения дирекционного угла наклонной черпаковой рамы и дифферента надводного объекта составит Δ ≈1.5 угловых минуты, что приведет к погрешностям оценки координат точки забоя, определяем приближенными соотношениями:

Δh = L_p•Δ•cos(α^*)
где L_p - длина наклонной черпаковой рамы драги; Δx и Δy - погрешности определения плановых координат точки забоя в системе координат полигона; Δh - погрешность определения глубины.At B = 5 m, the error in measuring the directional angle of the inclined scoop frame and the trim of the surface of the object will be Δ ≈1.5 arc minutes, which will lead to errors in the estimation of the coordinates of the bottomhole point, we determine the approximate relations:

Δh = L _p • Δ • cos (α ^* )
where L _p - the length of the inclined scoop frame dredges; Δx and Δy are the errors in determining the planned coordinates of the bottomhole point in the polygon coordinate system; Δh is the error in determining the depth.

Так, для золотодобывающей драги ММЗ-600 длина наклонной черпаковой рамы составляет 108 м при угле наклона черпаковой рамы α = 60^o и дифференте понтона β_дф = 2^o, в зависимости от значения дирекционного угла α_ду величины Δx и Δy составляют 3-5 см, Δh = 2.5 см.So, for the MMZ-600 gold dredge, the length of the inclined scoop frame is 108 m with the angle of inclination of the scoop frame α = 60 ^o and the pontoon differential β β _df = 2 ^o , depending on the value of the directional angle α _do, Δx and Δy are 3-5 cm , Δh = 2.5 cm.

С учетом погрешности определения уровня воды буйковой станцией 10 и координат точки 3 контрольно-корректирующей станции 2 погрешность определения абсолютных координат и глубины рабочей точки составляет около 15 см. Given the error in determining the water level by the buoy station 10 and the coordinates of point 3 of the control-correcting station 2, the error in determining the absolute coordinates and depth of the operating point is about 15 cm.

При использовании вычислений в системе координат полигона погрешности определения абсолютных координат точки 3 и уровня воды буйковой станцией 10 исключаются. Исходя из этого координаты и глубина точки забоя могут быть определены с погрешностью около 5-10 см. Для драг с меньшей длиной наклонной черпаковой рамы, например типов ИЗТМ-380 и ИЗТМ-250, величина погрешности будет еще меньше. When using calculations in the coordinate system of the landfill, errors in determining the absolute coordinates of point 3 and the water level by the buoy station 10 are excluded. Based on this, the coordinates and depth of the bottomhole point can be determined with an error of about 5-10 cm. For drags with a shorter scoop frame with a shorter length, for example, types IZTM-380 and IZTM-250, the error will be even less.

Claims

A device for determining the coordinates of the actuator of a surface object, containing n navigation satellites, a control and correction station, consisting of a series-connected receiving antenna, satellite signal receiver, corrector, modulator, correction information transmitter and transmitting antenna, parameter calculator connected to the second input of the calculator amendments, a mobile station consisting of a series-connected first receiving antenna, a satellite signal receiver a computing unit, a second receiving antenna in series, a correcting information receiver and a demodulator, the output of which is connected to a second input of the computing unit, characterized in that a buoy station is introduced into it, consisting of a receiving antenna, a satellite signal receiver, a modulator, a transmitter and a transmitter connected in series antennas, a control and indication unit, an information input connected to the output, and a control output with a third input, are entered into the mobile station, calculate nogo unit, a second receiver of satellite signals, the output coupled to a fourth input of the computing unit, the third receiving antenna, connected to the input of a second receiver of satellite signals and actuator position sensor, whose output is connected to a fifth input of the computing unit.