RU2567865C1

RU2567865C1 - Positioning of remote object by range-and-position finders (rpf)

Info

Publication number: RU2567865C1
Application number: RU2014126724/07A
Authority: RU
Inventors: Владислав Валентинович Квашенников; Александр Константинович Шабанов
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2015-11-10

Abstract

FIELD: instrumentation.

SUBSTANCE: location designator range finder assembly guides its spaced apart RPF set to the object to define the object range and azimuth coordinates. Proceeding from these measurements the first approximation of the object coordinates are calculated and transmitted to the other range finder units. Said units aim their RPFs to define to distance to the object. Then, measured distances are used to define the second approximation of the object coordinates with application of the distance from the location designator and multiple combinations of distances from range finder units to the object taken in pairs. Object coordinates are transmitted to the other range finder units. Said units aim their RPFs to define to distance to the object. Then, measured distances are used to calculate the third approximation of the object coordinates and so on unless the difference in the object coordinates determination at two adjacent approximation of object coordinates are smaller than threshold magnitude. Object coordinates are defined for range finder units that depart from object coordinates approximations by more than threshold magnitude to execute additional aiming of RPFs by their trial angular displacements. Note here that distances from range finder units to the object defining the object coordinates departing from object coordinates approximations are larger than the threshold magnitude are withdrawn from calculations of the object coordinates.

EFFECT: higher accuracy and speed of positioning, reliability and survivability.

5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области навигационных систем и может быть использовано для позиционирования удаленного объекта на основе нескольких пространственно разнесенных дальномерно-угломерных приборов.The invention relates to the field of navigation systems and can be used to position a remote object based on several spatially separated range-goniometer devices.

Имеется целый ряд задач, в которых требуется определить координаты удаленного объекта, недоступного для непосредственного позиционирования с помощью, например, спутникового навигационного приемника (СНП). Позиционирование удаленного объекта с помощью только одного дальномерно-угломерного прибора (ПДУ) не обеспечивает достаточной точности. Высокоточное позиционирование удаленного объекта возможно на основе измерения расстояний до объекта из нескольких дальномерных узлов, как минимум трех, оборудованных ПДУ. В гражданской сфере способ может найти применение при проведении геологоразведочных и строительных работ в условиях труднодоступности в горной, лесистой или болотистой местности. В военной области возможно применение способа для целеуказания различных вооружений.There are a number of tasks in which it is necessary to determine the coordinates of a remote object that is not accessible for direct positioning using, for example, a satellite navigation receiver (SPS). Positioning a remote object using only one range-goniometer (PDU) does not provide sufficient accuracy. High-precision positioning of a remote object is possible on the basis of measuring distances to an object from several rangefinding nodes, at least three equipped with remote control. In the civilian sphere, the method can find application in geological exploration and construction work in difficult access conditions in mountainous, wooded or marshy areas. In the military field, it is possible to use the method for target designation of various weapons.

Дальномерные узлы могут быть стационарными и мобильными, наземного, морского и воздушного базирования. В качестве мобильной базы дальномерных узлов часто используют беспилотные летательные аппараты, аэростаты, автомобили. Управление дальномерными узлами осуществляют операторы-наводчики вручную, а в автоматическом режиме - роботизированные системы. Объект и дальномерные узлы должны быть попарно расположены не на одной прямой линии в пределах прямой видимости или радиовидимости в зависимости от физического принципа работы ПДУ. Дальномерные узлы измеряют расстояние до удаленного объекта, а главный дальномерный узел, который управляет другими дальномерными узлами, вычисляет координаты объекта и может измерять углы азимута и подъема объекта, называется дальномерным узлом наводчика.Rangefinder nodes can be stationary and mobile, land, sea and air based. Unmanned aerial vehicles, balloons, and automobiles are often used as a mobile base of rangefinding units. Rangefinder nodes are controlled by manual operators, and in automatic mode, by robotic systems. The object and rangefinder nodes should be located in pairs not on the same straight line within the line of sight or radio visibility, depending on the physical principle of the remote control. Rangefinder nodes measure the distance to a distant object, and the main rangefinder node, which controls other rangefinder nodes, calculates the coordinates of the object and can measure the azimuth and elevation angles of the object, called the gunner’s rangefinder node.

Основной проблемой, возникающей при позиционировании объекта, является отсутствие четкого критерия попадания луча ПДУ на объект. Особенно это актуально в случае мобильного малоразмерного объекта с высокой динамикой перемещения по сложной траектории. Способ может применяться в роботизированных системах позиционирования объекта с автоматическим дистанционным управлением ПДУ из дальномерного узла наводчика.The main problem that arises when positioning an object is the lack of a clear criterion for the remote control beam to hit the object. This is especially true in the case of a mobile small-sized object with high dynamics of movement along a complex path. The method can be used in robotic systems for positioning an object with automatic remote control of the remote control from the rangefinder site of the gunner.

В настоящее время широкое применение получают индивидуальные дальномерные приборы наводчика, работающие по принципу прямой засечки, который основан на определении угла магнитного азимута, угла подъема и расстояния до объекта из одной точки. Для определения собственных координат эти приборы, как правило, используют показания СНП.Currently, widespread use is the individual rangefinder gunner’s instruments, working on the principle of direct notching, which is based on the determination of the magnetic azimuth angle, elevation angle and distance to the object from one point. To determine their own coordinates, these devices, as a rule, use the readings of the SOR.

Известен способ позиционирования удаленных объектов с помощью ПДУ, при котором ПДУ дальномерного узла, координаты которого определены в одной из выбранных систем координат, например в геодезической, Гаусса-Крюгера или локальной системе координат, наводят на объект и определяют по отношению к себе его сферические координаты, включающие наклонную дальность, угол магнитного азимута и угол подъема. Затем с учетом собственных координат дальномерного узла сферические координаты объекта преобразуют в координаты выбранной системы координат (Кухарев А.Д., Монтвиж-Монтвид И.Е., Шарифуллин P.M. Пути повышения точности координат удаленных объектов // Материалы II Российской научно-технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления». - Калуга, 2003, с. 45-50).A known method of positioning remote objects using remote control, in which the remote control of a rangefinder node, the coordinates of which are determined in one of the selected coordinate systems, for example in a geodetic, Gauss-Krueger or local coordinate system, are pointed at an object and its spherical coordinates are determined with respect to itself, including slant range, magnetic azimuth angle and elevation angle. Then, taking into account the coordinates of the rangefinder node, the spherical coordinates of the object are transformed into the coordinates of the selected coordinate system (Kukharev A.D., Montvizh-Montvid I.E., Sharifullin PM Ways to improve the accuracy of coordinates of distant objects // Materials of the II Russian Scientific and Technical Conference “New information technologies in communication and control systems. ”- Kaluga, 2003, p. 45-50).

Способ прост в исполнении, но имеет ряд недостатков, заключающиеся в его низкой точности из-за погрешности определения угла магнитного азимута, грубых ошибок позиционирования объектов из-за отсутствия критерия попадания луча на удаленные объекты (ошибка прицеливания), невозможности его использования вблизи металлических конструкций и в зонах магнитных аномалий.The method is simple to implement, but has several drawbacks in its low accuracy due to an error in determining the angle of magnetic azimuth, gross errors in positioning objects due to the lack of a criterion for the beam to reach distant objects (aiming error), and the impossibility of using it near metal structures and in areas of magnetic anomalies.

Известен также способ позиционирования удаленных объектов с помощью ПДУ, при котором имеется как минимум три дальномерных узла, один из которых - дальномерный узел наводчика, пространственно расположенных на некотором удалении друг от друга и от объекта, но в пределах прямой видимости объекта. Дальномерные узлы, в том числе дальномерный узел наводчика, наводят свои ПДУ на объект и определяют расстояния до объекта. Затем величины измеренного расстояния передают на дальномерный узел наводчика, который на основании измерений расстояний и по значениям своего угла магнитного склонения и широты определяет координаты объекта (Самарин А. Мультисенсорные навигационные системы для локального позиционирования. - Современная электроника. - №6. - 2006. - с. 10-17).There is also a method of positioning remote objects using remote control, in which there are at least three rangefinder nodes, one of which is the rangefinder node of the gunner, spatially located at some distance from each other and from the object, but within the line of sight of the object. Rangefinder nodes, including the rangefinder gunner’s node, point their remote control at the object and determine the distance to the object. Then, the values of the measured distance are transmitted to the range finder site of the gunner, which, based on the distance measurements and the values of its angle of magnetic declination and latitude, determines the coordinates of the object (Samarin A. Multisensory navigation systems for local positioning. - Modern electronics. - No. 6. - 2006. - p. 10-17).

Этот способ обеспечивает более высокую точность позиционирования объекта за счет более высокой точности измерения линейных расстояний по сравнению с измерением угловых координат, однако и он имеет недостатки, обусловленные тем, что требуется точное знание угла магнитного склонения и возможны грубые ошибки из-за отсутствия критерия попадания луча ПДУ на объект.This method provides higher accuracy of object positioning due to higher accuracy of measuring linear distances compared to measuring angular coordinates, however, it also has drawbacks due to the fact that accurate knowledge of the angle of magnetic declination is required and gross errors are possible due to the lack of a criterion for the hit of the beam Remote control on the object.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (прототип) позиционирования удаленных объектов с помощью ПДУ, заключающийся в том, что имеется, как минимум, три дальномерных узла, один из которых - дальномерный узел наводчика, пространственно расположенных на некотором удалении друг от друга и от объекта, но в пределах прямой видимости объекта, и при этом координаты дальномерных узлов определены в одной из выбранных систем координат. Дальномерные узлы наводят свои ПДУ на объект и определяют расстояния до удаленного объекта, после этого координаты объекта определяют пересечением сфер с центрами в трех либо более дальномерных узлах (Дардари Д. Методы спутникового и наземного позиционирования. Перспективы развития технологий обработки сигналов. М., Техносфера, 2012, с. 126).Closest to the proposed method is a method (prototype) for positioning remote objects using remote control, which consists in the fact that there are at least three rangefinder nodes, one of which is the rangefinder node of the gunner, spatially located at some distance from each other and from the object , but within the line of sight of the object, and the coordinates of the rangefinding nodes are defined in one of the selected coordinate systems. Rangefinder nodes point their remote control to the object and determine the distance to the remote object, after which the coordinates of the object are determined by the intersection of the spheres with the centers in three or more rangefinding nodes (Dardari D. Methods of satellite and ground positioning. Prospects for the development of signal processing technologies. M., Technosphere, 2012, p. 126).

Этот способ также не лишен недостатков, заключающихся в недостаточно высокой точности позиционирования при рассогласовании измерений ПДУ дальномерных узлов и возможности грубой ошибки прицеливания ПДУ из-за отсутствия критерия попадания луча ПДУ на удаленный объект.This method is also not without the drawbacks of insufficiently high positioning accuracy when the remote control measurements of the rangefinder nodes are inconsistent and the possibility of a rough remote control aiming error due to the absence of a criterion for the remote control beam to hit a remote object.

Целью изобретения является повышение точности позиционирования объекта за счет многократной итеративной коррекции наведения ПДУ на объект, согласования и синхронизации измерений ПДУ при обработке результатов измерений и исключения грубых ошибок позиционирования объекта за счет ввода критерия попадания луча ПДУ на удаленные объекты, основанного на избыточности информации определения координат объекта.The aim of the invention is to improve the accuracy of positioning an object due to multiple iterative correction of pointing the remote control at the object, matching and synchronizing the measurements of the remote control when processing the measurement results and eliminating gross errors in positioning the object by entering the criterion for the remote control beam to reach remote objects, based on the redundancy of the information determining the coordinates of the object .

Для достижения цели предложен способ позиционирования удаленного объекта с помощью ПДУ, заключающийся в том, что имеется как минимум три дальномерных узла, один из которых - дальномерный узел наводчика, пространственно расположенных на некотором удалении друг от друга и от объекта, но в пределах прямой видимости объекта, и при этом координаты дальномерных узлов определены в одной из выбранных систем координат. Дальномерные узлы наводят свои ПДУ на объект и определяют расстояния до удаленного объекта, после этого координаты объекта определяют пересечением сфер с центрами в трех либо более дальномерных узлах. Новым является то, что вначале дальномерный узел наводчика наводит свой ПДУ на объект и определяет расстояние и угловые координаты объекта в сферической системе координат. Затем по этим измерениям вычисляют первое приближение выходных координат объекта, которые далее передают на остальные дальномерные узлы. Дальномерные узлы по этим координатам прицеливают свои ПДУ и определяют расстояния до объекта. Затем по измеренным расстояниям вычисляют второе приближение выходных координат объекта и передают их на остальные дальномерные узлы. Дальномерные узлы по этим координатам заново прицеливают свои ПДУ и определяют расстояния до объекта, затем по измеренным расстояниям вычисляют третье приближение выходных координат объекта и так далее, пока разница в определении выходных координат объекта в двух соседних по порядку выполнения приближениях выходных координат объекта не станет менее порогового значения. При этом вычисление координат объекта выполняют на основании расстояния от дальномерного узла наводчика и множества сочетаний расстояний от дальномерных узлов, взятых попарно. Причем для дальномерных узлов, расстояния которых до объекта определяют координаты объекта, отклоняющиеся от выходных координат объекта более, чем на величину порогового значения, выполняют дополнительное прицеливание ПДУ путем пробных угловых перемещений. При этом расстояния от дальномерных узлов до объекта, определяющие координаты объекта, отклоняющиеся от выходных координат объекта более, чем на величину порогового значения, исключают из вычислений выходных координат объекта. Причем выходные координаты объекта определяют на основании координат объекта, вычисленных по расстояниям от дальномерного узла наводчика и множества сочетаний расстояний от дальномерных узлов, взятых попарно, путем определения среднего арифметического значения координат объекта. При этом вычисления координат объекта начинают с расстояний, измеренных дальномерными узлами, наиболее близко расположенных к объекту.To achieve the goal, a method is proposed for positioning a remote object using the remote control, which consists in the fact that there are at least three rangefinder nodes, one of which is the rangefinder node of the gunner, spatially located at some distance from each other and from the object, but within the line of sight of the object , and the coordinates of the rangefinding nodes are defined in one of the selected coordinate systems. Rangefinder nodes point their remote control to the object and determine the distance to the remote object, after which the coordinates of the object are determined by the intersection of the spheres with the centers in three or more rangefinding nodes. What is new is that at first the rangefinder gunner’s node points its remote control at the object and determines the distance and angular coordinates of the object in a spherical coordinate system. Then, based on these measurements, the first approximation of the output coordinates of the object is calculated, which are then transmitted to the remaining range-finding nodes. Rangefinder nodes at these coordinates aim their remote control and determine the distance to the object. Then, based on the measured distances, the second approximation of the output coordinates of the object is calculated and transmitted to the other range-finding nodes. The rangefinder nodes re-aim their remote control by these coordinates and determine the distance to the object, then the third approximation of the output coordinates of the object is calculated from the measured distances, and so on, until the difference in determining the output coordinates of the object in two approximate order of magnitude of the output coordinates of the object becomes less than the threshold values. In this case, the calculation of the coordinates of the object is performed based on the distance from the rangefinder node of the gunner and many combinations of distances from the rangefinder nodes taken in pairs. Moreover, for rangefinder nodes, the distances of which to the object determine the coordinates of the object, deviating from the output coordinates of the object by more than the value of the threshold value, perform additional aiming of the remote control by trial angular displacements. In this case, the distances from the ranging nodes to the object, determining the coordinates of the object, deviating from the output coordinates of the object by more than the value of the threshold value, are excluded from the calculation of the output coordinates of the object. Moreover, the output coordinates of the object are determined based on the coordinates of the object, calculated by the distances from the rangefinder node of the gunner and the set of combinations of distances from the rangefinder nodes, taken in pairs, by determining the arithmetic mean value of the coordinates of the object. In this case, the calculation of the coordinates of the object begins with the distances measured by the rangefinding nodes closest to the object.

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа позиционирования удаленного объекта с помощью ПДУ.Consider the implementation of the proposed method for positioning a remote object using remote control.

Позиционирование объекта выполняет дальномерный узел наводчика, используя для этого свои измерения расстояния и углов объекта и измерения расстояний других дальномерных узлов. Измерение расстояния и углов ПДУ может быть основано на принципах радиолокации, с использованием лазерных дальномеров, возможно использование ультразвукового излучения. ПДУ оборудованы механизмами дистанционного прицеливания, которые по координатам объекта обеспечивают наведение ПДУ на объект. Дальномерный узел наводчика также оборудован вычислительным устройством для расчета координат объекта. Оператор дальномерного узла наводчика может управлять своим ПДУ вручную, либо дистанционно с использованием устройств видеонаблюдения. В этом случае оператор может находиться в укрытии вдали от дальномерного узла наводчика. Дальномерные узлы задают локальную систему координат с центром в дальномерном узле наводчика.The positioning of the object is carried out by the rangefinder node of the gunner, using for this purpose their measurements of the distance and angles of the object and measurements of the distances of other rangefinding nodes. Measuring the distance and angles of the remote control can be based on the principles of radar, using laser rangefinders, it is possible to use ultrasonic radiation. Remote controls are equipped with remote aiming mechanisms, which, according to the coordinates of the object, provide guidance of the remote control to the object. The gunner’s rangefinder unit is also equipped with a computing device for calculating the coordinates of the object. The operator of the rangefinder gunner’s site can control their remote control manually or remotely using video surveillance devices. In this case, the operator may be in a shelter away from the rangefinder gunner's unit. Rangefinder nodes define a local coordinate system centered in the rangefinder node of the gunner.

При попадании объекта в зону видимости дальномерный узел наводчика нацеливает свой ПДУ на объект и определяет наклонную дальность, угол азимута и угол подъема объекта (фигура 1). По измеренным величинам дальномерный узел наводчика вычисляет координаты объекта (х,y,z) в локальной декартовой системе координат как проекции на оси локальной системы координат. Для этого используют следующие формулы:When an object falls into the range of visibility, the gunner’s rangefinder node points its remote control at the object and determines the slant range, azimuth angle and elevation angle of the object (figure 1). Based on the measured values, the gunner’s rangefinder node calculates the coordinates of the object (x, y, z) in the local Cartesian coordinate system as a projection on the axis of the local coordinate system. To do this, use the following formulas:

где ρ - наклонная дальность, β - угол азимута, а α - соответственно угол подъема объекта. Координаты других дальномерных узлов определяются в декартовой системе координат дальномерного узла наводчика.where ρ is the slant range, β is the azimuth angle, and α is the elevation angle of the object, respectively. The coordinates of the other rangefinder nodes are defined in the Cartesian coordinate system of the rangefinder gunner’s node.

Используя вычисленные координаты (x, y, z), которые являются первым приближением выходных координат объекта, проводят прицеливание ПДУ остальных дальномерных узлов на объект. Для прицеливания используют углы азимута и подъема объекта для каждого дальномерного узла, которые вычисляют по формуламUsing the calculated coordinates (x, y, z), which are the first approximation of the output coordinates of the object, they aim the remote control of the remaining range-finding nodes on the object. For aiming, use the azimuth and elevation angles of the object for each rangefinder node, which is calculated by the formulas

После прицеливания осуществляют измерения расстояний от дальномерных узлов до объекта. Эти расстояния позволяют выполнить более точный расчет координат объекта и последующее более точное прицеливание ПДУ дальномерных узлов и ПДУ дальномерного узла наводчика.After aiming, the distance from the rangefinder nodes to the object is measured. These distances allow you to perform a more accurate calculation of the coordinates of the object and the subsequent more accurate aiming of the remote control of the rangefinder nodes and the remote control of the rangefinder node of the gunner.

Обозначим дальномерные узлы в порядке их номеров в виде y₁, y₂, …y_n. Пусть расстояния от дальномерных узлов до объекта есть соответственно ρ₁, ρ₂, …, ρ_n, а расстояние от дальномерного узла наводчика до объекта - ρ. Составим сочетания дальномерных узлов из n по 2: (y₁,y₂), (y₁,y₃)…(y_n-1,y_n) - всего $C_{n}^{2} = n \cdot (n - 1)$

/2 попарных сочетаний. Для каждых трех дальномерных узлов, из которых первые два дальномерных узла (y₁,y₂) взяты из попарных сочетаний дальномерных узлов из n по 2, а третий дальномерный узел есть дальномерный узел наводчика, можно составить систему уравненийDenote the ranging nodes in the order of their numbers in the form y ₁ , y ₂ , ... y _n . Let the distances from the rangefinder nodes to the object be ρ ₁ , ρ ₂ , ..., ρ _n , respectively, and the distance from the rangefinder node of the gunner to the object ρ. Let's make combinations of rangefinding nodes from n to 2: (y ₁ , y ₂ ), (y ₁ , y ₃ ) ... (y _n-1 , y _n ) - total

C_{n}^{2} = n \cdot (n - one)

/ 2 pairwise combinations. For each three rangefinder nodes, of which the first two rangefinder nodes (y ₁ , y ₂ ) are taken from pairwise combinations of rangefinder nodes of n by 2, and the third rangefinder node is a rangefinder gunner’s node, we can compose a system of equations

где (x₁,y₁,z₁) - координаты первого дальномерного узла в попарном сочетании дальномерных узлов из n по 2 в локальной системе координат, (х₂,y₂,z₂) - координаты второго дальномерного узла, (x_н,y_н,z_н) - координаты дальномерного узла наводчика.where (x ₁ , y ₁ , z ₁ ) are the coordinates of the first ranging node in a pairwise combination of the ranging nodes from n to 2 in the local coordinate system, (x ₂ , y ₂ , z ₂ ) are the coordinates of the second ranging node, (x _n , y _n , z _n ) - the coordinates of the range finder site gunner.

Система уравнений (3) решается аналитически или численно, что позволяет определить координаты объекта (x,y,z) для всех $r = 1 \dots C_{n}^{2}$

попарных сочетаний дальномерных узлов из n по 2. При решении системы уравнений (3) получается одно истинное и одно побочное решение, которое в большом числе случаев может быть отброшено логическими средствами.The system of equations (3) is solved analytically or numerically, which allows you to determine the coordinates of the object (x, y, z) for all

r = one ... C_{n}^{2}

pairwise combinations of rangefinding nodes from n to 2. When solving the system of equations (3), one obtains one true and one secondary solution, which in a large number of cases can be discarded by logical means.

Для дальномерных узлов, которые измеряют расстояния, на основании которых получаются координаты объекта, отклоняющиеся от выходных координат объекта более величины порогового значения, выполняют дополнительное прицеливание ПДУ путем их пробных угловых перемещений. Пробное перемещение может заключаться, например, в перемещении луча ПДУ по спирали в пределах конуса с небольшим углом в 1-2 градуса при его вершине, расположенной в дальномерном узле. При различном положении луча вычисляют координаты объекта и сравнивают их с последним приближением выходных координат объекта. Выбирают положение луча, обеспечивающее наилучшую сходимость к выходным координатам объекта.For rangefinder nodes that measure distances, based on which the coordinates of the object are obtained, deviating from the output coordinates of the object more than the threshold value, an additional aiming of the remote control is performed by their trial angular displacements. The test movement can consist, for example, in moving the remote control beam in a spiral within a cone with a small angle of 1-2 degrees at its apex located in the rangefinder node. At different positions of the beam, the coordinates of the object are calculated and compared with the last approximation of the output coordinates of the object. Select the position of the beam, providing the best convergence to the output coordinates of the object.

Затем выполняют обработку множества координат объекта (х,у,z)_r. Обработка должна быть устойчивой к значительным отклонениям координат объекта от истинного значения. Для этого вычисляют расхождение (невязки) по методу наименьших квадратов между координатами объекта (x,y,z)_r для всех $r = 1 \dots C_{n}^{2}$

и выходными координатами объекта (x,y,z)¹ первого или предыдущего приближенияThen, the processing of the plurality of object coordinates (x, y, z) _{r is} performed. Processing should be resistant to significant deviations of the object coordinates from the true value. To do this, calculate the discrepancy (residuals) using the least squares method between the coordinates of the object (x, y, z) _r for all

r = one ... C_{n}^{2}

and the output coordinates of the object (x, y, z) ^{1 of the} first or previous approximation

Далее сравнивают полученные невязки ε_r с пороговым значением невязки ε_пор, и значения координат объекта, которые превышают пороговое значение, не используют для вычисления приближения координат объекта. Пороговое значение невязки выбирают соизмеримым по величине с линейными размерами объекта. Если максимальные линейные размеры объекта, например, равны 1 м, то и пороговое значение невязки берут примерно равным 1 м.Next, the obtained residuals ε _{r are} compared with the threshold value of the residual ε _pores , and the values of the object coordinates that exceed the threshold value are not used to calculate the approximation of the coordinates of the object. The threshold value of the residual is chosen commensurate in magnitude with the linear dimensions of the object. If the maximum linear dimensions of the object, for example, are 1 m, then the threshold value of the residual is taken to be approximately equal to 1 m.

Для оставшихся координат объекта дальномерных узлов вычисляем их покоординатное среднее арифметическое.For the remaining coordinates of the object of the rangefinding nodes, we calculate their coordinate-wise arithmetic mean.

Поскольку дисперсия среднего арифметического примерно в m раз меньше дисперсии слагаемого, то погрешность выходных координат объекта, вычисленных по формуле (5), уменьшится примерно в $\sqrt{m}$

раз.Since the arithmetic mean variance is approximately m times smaller than the term variance, the error in the output coordinates of the object calculated by formula (5) will decrease by approximately

\sqrt{m}

time.

Координаты (x,y,z)² будут вторыми приближениями выходных координат объекта, полученных на второй итерации вычислений.The coordinates (x, y, z) ² will be the second approximations of the output coordinates of the object obtained at the second iteration of the calculations.

Далее проверяют условие окончания вычислений выходных координат объекта. Для окончания вычислений необходимо, чтобы разность между приближениями выходных координат объекта двух последовательных итераций не превышала порогового значения. Вычисляют невязку по методу наименьших квадратов между выходными координатами (х,у,z)¹ на первой итерации и выходными координатами (x,y,z)² на второй итерации и сравнивают эту невязку с пороговым значением. Пороговое значение в данном случае выбирают равным некоторой части максимальных линейных размеров объекта. Например, если максимальные линейные размеры объекта равны 1 м, то пороговое значение невязки берут равным, например, 0,3 м. Пороговое значение невязки определяется требуемой точностью выходных координат, то есть точностью прицеливания.Next, check the end condition for calculating the output coordinates of the object. To complete the calculations, it is necessary that the difference between the approximations of the output coordinates of the object of two consecutive iterations does not exceed the threshold value. The least squares residual is calculated between the output coordinates (x, y, z) ¹ at the first iteration and the output coordinates (x, y, z) ² at the second iteration, and this residual is compared with a threshold value. The threshold value in this case is chosen equal to some part of the maximum linear dimensions of the object. For example, if the maximum linear dimensions of the object are 1 m, then the threshold value of the residual is taken to be, for example, 0.3 m. The threshold value of the residual is determined by the required accuracy of the output coordinates, that is, the accuracy of aiming.

Если условие окончания вычислений выходных координат объекта выполняется, то позиционирование объекта в локальной системе координат, а значит, и прицеливание закончено. Иначе переходят к следующей итерации вычислений приближений выходных координат объекта. Для этого координаты (x,y,z)² передают на остальные дальномерные узлы. В соответствии с этими координатами дальномерные узлы прицеливают свои ПДУ на объект и заново осуществляют измерение расстояний до объекта, то есть выполняют действия, аналогичные действиям второй итерации и так далее.If the condition for the end of the calculation of the output coordinates of the object is satisfied, then the positioning of the object in the local coordinate system, and hence the aiming is completed. Otherwise, they proceed to the next iteration of computing the approximations of the output coordinates of the object. To do this, the coordinates (x, y, z) ² are transmitted to the remaining range-finding nodes. In accordance with these coordinates, the rangefinder nodes aim their remote control at the object and re-measure the distances to the object, that is, they perform actions similar to the actions of the second iteration and so on.

Поскольку точность измерения расстояний зависит, как правило, от величины этих расстояний, целесообразно вычисления координат объекта начинать с расстояний, измеренных дальномерными узлами, наиболее близко расположенных к объекту.Since the accuracy of measuring distances depends, as a rule, on the magnitude of these distances, it is advisable to begin calculating the coordinates of the object from the distances measured by the rangefinding nodes closest to the object.

Число итераций вычисления приближений выходных координат объекта определяет точность прицеливания дальномерных узлов. Последовательность действий при локальном позиционировании объекта будет состоять из следующих шагов:The number of iterations for calculating the approximations of the output coordinates of the object determines the accuracy of aiming of the rangefinding nodes. The sequence of actions when locally positioning an object will consist of the following steps:

Шаг 1. Прицеливание дальномерного прибора наводчика.Step 1. Aiming rangefinder gunner.

Шаг 2. Определение координат объекта (x,y,z) по формулам (1).Step 2. Determining the coordinates of the object (x, y, z) using formulas (1).

Шаг 3. Вычисление углов объекта по формулам (2) и прицеливание дальномерных приборов узлов.Step 3. Calculation of the angles of the object by the formulas (2) and aiming rangefinder devices nodes.

Шаг 4. Измерение расстояний от дальномерных узлов до объекта.Step 4. Measure the distances from the rangefinder nodes to the object.

Шаг 5. Вычисление координат объекта (x,y,z) для всех $r = 1 \dots C_{n}^{2}$

.Step 5. Calculation of object coordinates (x, y, z) for all

r = one ... C_{n}^{2}

.

Шаг 6. Обработка координат объекта (х,y,z)_r с учетом формулы (4).Step 6. Processing the coordinates of the object (x, y, z) _r taking into account formula (4).

Шаг 7. Расчет координат объекта (x,y,z) по формуле (5).Step 7. Calculation of the coordinates of the object (x, y, z) according to the formula (5).

Шаг 8. Если условие окончания прицеливания не выполняется, то идти 3, иначе - идти 9.Step 8. If the termination condition is not fulfilled, then go 3, otherwise go 9.

Шаг 9. Конец.Step 9. The End.

СНП обеспечивают точность позиционирования не более 0,6-0,9 м, а локальные навигационные системы (ЛНС) позволяют определять координаты объекта с существенно более высокой точностью, равной примерно 0,1 м. Дальнейшее повышение точности позиционирования объекта достигается за счет итеративной процедуры прицеливания дальномерных узлов, согласования и синхронизации измерений. Надежность и живучесть ЛНС при выходе из строя части дальномерных узлов обеспечивается введением структурной избыточности за счет дополнительных дальномерных узлов. Система локального позиционирования объекта сохраняет свою работоспособность при наличии не менее двух дальномерных узлов и одного дальномерного узла наводчика, попарно расположенных не на одной прямой линии.SNPs provide positioning accuracy of not more than 0.6-0.9 m, and local navigation systems (LNS) allow you to determine the coordinates of the object with a significantly higher accuracy of approximately 0.1 m. A further increase in the accuracy of positioning of the object is achieved through an iterative aiming procedure ranging nodes, coordination and synchronization of measurements. Reliability and survivability of the LNS in case of failure of a part of the rangefinding nodes is ensured by the introduction of structural redundancy due to additional rangefinding nodes. The system of local positioning of the object maintains its operability in the presence of at least two rangefinder nodes and one rangefinder gunner’s node, pairwise located not on one straight line.

Таким образом, более точное прицеливание ПДУ дальномерных узлов и ПДУ наводчика выполняют путем последовательных приближений. Критерием попадания луча наводчика на объект является значение среднеквадратического отклонения координат объекта от последнего приближения этих координат, полученных на предыдущей итерации вычислений. Точность прицеливания ПДУ определяет и точность вычисления координат объекта. Использование для вычисления координат объекта только расстояний тех дальномерных узлов, которые дают координаты объекта, незначительно отличающихся от их предыдущего приближения после выполнения пробного углового перемещения луча дальномерных приборов, обеспечивает согласование измерений различных дальномерных узлов. Высокая скорость вычислений координат объекта дальномерным узлом наводчика позволяет выполнять измерения расстояний синхронно, что немаловажно для мобильного объекта с высокой динамикой перемещения. Высокая надежность и живучесть системы позиционирования обеспечивается введением структурной избыточности в виде дополнительных дальномерных узлов. Это позволяет при выходе из строя части дальномерных узлов сохранить работоспособное состояние системы позиционирования объекта. В процессе позиционирования лишь уточняются координаты того объекта, который сначала был выбран оператором-наводчиком. Понятно, что если наводчик сначала ошибся с выбором объекта, то будут определены координаты другого объекта. Поэтому целесообразно окончательное решение о правильности позиционирования удаленного объекта оставить наводчику, который после окончания процедуры прицеливания по результатам видеонаблюдения определяет правильность позиционирования объекта.Thus, more accurate aiming of the remote control of the rangefinder nodes and the remote control of the gunner is performed by successive approximations. The criterion for the gunner to hit the object is the value of the standard deviation of the coordinates of the object from the last approximation of these coordinates obtained at the previous iteration of the calculations. The accuracy of aiming the remote control determines the accuracy of calculating the coordinates of the object. The use of only the distances of the range-finding nodes for calculating the coordinates of the object, which give the coordinates of the object, slightly differing from their previous approximations after performing a test angular displacement of the beam of the range-finding devices, ensures the coordination of measurements of various range-measuring nodes. The high speed of calculating the coordinates of the object by the rangefinder gunner's node allows you to measure distances synchronously, which is important for a mobile object with high dynamics of movement. High reliability and survivability of the positioning system is provided by the introduction of structural redundancy in the form of additional rangefinding nodes. This allows for the failure of part of the rangefinder nodes to maintain a healthy state of the positioning system of the object. In the process of positioning, only the coordinates of the object that was first selected by the operator-gunner are specified. It is clear that if the gunner at first made a mistake with the choice of an object, then the coordinates of another object will be determined. Therefore, it is advisable to leave the final decision on the correct positioning of the remote object to the gunner, who, after finishing the aiming procedure, determines the correct positioning of the object based on the results of video surveillance.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа позиционирования удаленного объекта с помощью дальномерно-угломерных приборов является повышение точности позиционирования объекта за счет многократной итеративной коррекции наведения ПДУ на объект, согласования и синхронизации измерений ПДУ при обработке результатов измерений и исключения грубых ошибок позиционирования объекта за счет ввода критерия попадания луча ПДУ на удаленные объекты, основанного на избыточности информации определения координат объекта. При этом обеспечивается повышение надежности и живучести системы позиционирования при выходе из строя части дальномерных узлов.Achievable technical result of the proposed method for positioning a remote object using range-goniometer devices is to increase the accuracy of positioning the object due to multiple iterative correction of pointing the remote control to the object, matching and synchronizing the measurements of the remote control when processing the measurement results and eliminating gross errors in positioning the object by entering the criterion for hit the beam Remote control for remote objects, based on the redundancy of information determining the coordinates of the object. This provides increased reliability and survivability of the positioning system in case of failure of part of the rangefinder nodes.

Claims

1. A method for positioning a remote object using rangefinder-goniometric devices, which consists in the fact that there are at least three rangefinder nodes, one of which is the rangefinder node of the gunner, spatially located at some distance from each other and from the object, but within the line of sight of the object, and the coordinates of the rangefinding nodes are determined in one of the selected coordinate systems, while the rangefinding nodes point their rangefinder-goniometric devices to the object and determine the distance to the remote object, after the coordinates of the object are determined by the intersection of the spheres with the centers in three or more range-finding nodes, characterized in that first the range finder node of the gunner points its range-measuring device to the object and determines the distance and angular coordinates of the object, then these measurements calculate the first approximation of the coordinates of the object, which then transmit to the other rangefinder nodes, which aim at their rangefinder-goniometric devices and measure the distance to the object, then according to the measured distances They calculate the second approximation of the coordinates of the object, using the distance from the rangefinder node of the gunner and many combinations of distances from the rangefinder nodes to the object taken in pairs, then the calculated coordinates of the object are transferred to the remaining rangefinder nodes, which re-aim their rangefinder and goniometric devices and determine distance to the object, then the third approximation of the coordinates of the object is calculated from the measured distances, and so on, until the difference in determining the coordinates of the object in two ednih order execution approximations coordinates of an object does not become less than the threshold value.

2. The method according to p. 1, characterized in that for the rangefinder nodes that determine the coordinates of the object, deviating from the approximation of the coordinates of the object by more than the value of the threshold value, perform additional aiming rangefinder-goniometric devices by trial angular displacements.

3. The method according to p. 1, characterized in that the measurements of the rangefinding nodes that determine the coordinates of the object, deviating from approximations of the coordinates of the object by more than the value of the threshold value, are excluded from the calculation of the coordinates of the object.

4. The method according to p. 1, characterized in that the coordinates of the object are determined based on the coordinates of the object, calculated by the distance from the rangefinder node of the gunner and many combinations of distances from the rangefinder nodes, taken in pairs, by calculating the arithmetic mean coordinates of the object.

5. The method according to p. 1, characterized in that the calculation of the coordinates of the object begins with the distances measured by the rangefinding nodes closest to the object.