[go: up one dir, main page]

RU2740335C1 - Ground vehicle navigation system - Google Patents

Ground vehicle navigation system Download PDF

Info

Publication number
RU2740335C1
RU2740335C1 RU2019144360A RU2019144360A RU2740335C1 RU 2740335 C1 RU2740335 C1 RU 2740335C1 RU 2019144360 A RU2019144360 A RU 2019144360A RU 2019144360 A RU2019144360 A RU 2019144360A RU 2740335 C1 RU2740335 C1 RU 2740335C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
determining
navigation
input
vehicle
Prior art date
Application number
RU2019144360A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Сергеевич Карпенков
Олег Владимирович Мартынов
Алексей Анатольевич Солдатенков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования "Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования "Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева" filed Critical Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования "Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева"
Priority to RU2019144360A priority Critical patent/RU2740335C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2740335C1 publication Critical patent/RU2740335C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C23/00—Combined instruments indicating more than one navigational value, e.g. for aircraft; Combined measuring devices for measuring two or more variables of movement, e.g. distance, speed or acceleration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention can be used in ground vehicles positioning systems. Navigation system of ground vehicle includes track system, course system, two satellite navigation equipment, input/output device, a unit for determining navigation parameters, a device for receiving differential corrections, a unit for determining the angle of rotation of wheels, two sensors of distances located on the front axis of the vehicle. Outputs of differential corrections receiving device are connected to corresponding inputs of satellite navigation instruments, outputs of distance sensors are connected to inputs of unit for determination of wheel turn angle, output of track system, course system, wheel rotation angle determination unit, input/output device, satellite navigation equipment are connected to corresponding inputs of the navigation parameters determining unit, the output of the navigation parameters determining unit is connected to the input of the input/output device.
EFFECT: technical result is higher accuracy of calculation of ground coordinates of ground vehicle.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах позиционирования наземных транспортных средств (ТС), требующих длительного времени автономной работы.The invention relates to measuring technology and can be used in positioning systems for ground vehicles (TS) that require long battery life.

Известная комплексная аппаратура счисления координат [Патент РФ №2545490, 2013, МПК G01C 23/00] представляет собой объединение аппаратуры счисления координат (АСК) и спутниковой навигационной аппаратуры (СНА), в котором СНА калибрует приращения текущих радиальных координат, вырабатываемых АСК, при наличии на выходе СНА сигнала о высоком качестве решения навигационной задачи, а при отсутствии такого сигнала координаты в комплексной аппаратуре счисления координат (КАСК) вырабатываются АСК на основе последних значений калибровочных коэффициентов до появления сигнала о низком качестве решения навигационной задачи. КАСК определяет калибровочные коэффициенты АСК по показаниям СНА на дискретных, расположенных друг за другом участках длиной до 2 км. В этом случае КАСК работает в режиме "Память". Из полученных таким образом приращений комплексных радиальных координат КАСК формирует приращения комплексных плановых (прямоугольных) координат, суммирует их с координатами начальной точки маршрута и получает откорректированные текущие прямоугольные координаты. Эта КАСК принимается за прототип заявляемой навигационной системы наземного транспортного средства.The well-known complex equipment for reckoning coordinates [RF Patent No. 2545490, 2013, IPC G01C 23/00] is a combination of reckoning equipment (ACC) and satellite navigation equipment (SNA), in which SNA calibrates the increments of the current radial coordinates generated by ACS, if at the output of the SNA of the signal about the high quality of the solution to the navigation problem, and in the absence of such a signal, the coordinates in the complex reckoning equipment (CASK) are generated by the ACC based on the latest values of the calibration coefficients before the signal about the low quality of the solution to the navigation problem appears. KASK determines the calibration coefficients of the ACS according to the readings of the SNA in discrete, located one after another, sections up to 2 km long. In this case, the KASK operates in the "Memory" mode. From the thus obtained increments of the complex radial coordinates, KASK forms the increments of the complex plan (rectangular) coordinates, sums them up with the coordinates of the starting point of the route and receives the corrected current rectangular coordinates. This KASK is taken as a prototype of the claimed ground vehicle navigation system.

Недостатком этой аппаратуры является низкая точность определения абсолютных плановых координат из-за определения качества навигационного решения СНА только по количеству видимых спутников, отсутствия возможности использования спутниковой навигационной аппаратуры в режиме Real Time Kinematic, а также из-за наличия постоянного дрейфа углов курсовой системы.The disadvantage of this equipment is the low accuracy of determining the absolute plane coordinates due to the determination of the quality of the navigation solution of the SNA only by the number of visible satellites, the inability to use satellite navigation equipment in the Real Time Kinematic mode, and also because of the constant drift of the heading system angles.

Задачей данного изобретения является устранение указанного недостатка.The object of this invention is to eliminate the above disadvantage.

Сущность изобретения заключается в том, что в навигационную систему наземного транспортного средства, содержащую путевую систему, курсовую систему, позиционную навигационную аппаратуру в виде СНА, устройство ввода/вывода, вводятся: блок определения навигационных параметров, дополнительная СНА, устройство приема дифференциальных поправок, блок определения угла поворота колес, два датчика расстояний до ступиц колес, расположенных на передней оси транспортного средства (ТС).The essence of the invention lies in the fact that in the navigation system of a ground vehicle, containing a track system, a course system, positional navigation equipment in the form of a SNA, an input / output device, are introduced: a unit for determining navigation parameters, an additional SNA, a device for receiving differential corrections, a unit for determining angle of rotation of wheels, two sensors of distances to the wheel hubs located on the front axle of the vehicle (TC).

Две СНА, расположенные на продольной оси ТС, и устройство приема дифференциальных поправок, реализующее возможность работы СНА в режиме Real Time Kinematic (RTK), обеспечивают повышенную, сантиметровую точность определения координат, а также возможность определения курсового угла ТС.Two SNA, located on the longitudinal axis of the vehicle, and a device for receiving differential corrections, which implements the possibility of operating the SNA in Real Time Kinematic (RTK) mode, provide an increased centimeter accuracy in determining coordinates, as well as the ability to determine the heading angle of the vehicle.

Блок определения угла поворота колес по данным с двух датчиков расстояний (ДР), закрепленных на передней оси ТС, определяет углы поворота левого и правого колес ТС относительно вертикальной оси ТС, которые используются блоком определения навигационных параметров для коррекции данных получаемых с курсовой и путевой систем с целью уменьшения влияния дрейфа курсового угла ТС.The unit for determining the angle of rotation of the wheels according to data from two distance sensors (DR) fixed on the front axle of the vehicle determines the angles of rotation of the left and right wheels of the vehicle relative to the vertical axis of the vehicle, which are used by the unit for determining the navigation parameters to correct the data obtained from the course and track systems with the purpose of reducing the influence of the drift of the heading angle of the vehicle.

Все это позволяет повысить точность определения абсолютных плановых координат транспортного средства, при наличии на выходе СНА сигнала о высоком качестве решения навигационной задачи примерно в 10 раз и в противном случае примерно на 30% по сравнению с прототипом.All this makes it possible to increase the accuracy of determining the absolute plane coordinates of the vehicle, if there is a signal at the output of the SNA about the high quality of the solution to the navigation problem by about 10 times and otherwise by about 30% compared to the prototype.

На фиг. 1 представлена схема навигационной системы наземного транспортного средства, реализующей предлагаемый способ.FIG. 1 shows a diagram of a ground vehicle navigation system that implements the proposed method.

На фиг. 2 - схема вычисления курсового угла ТС по углу поворота его колес.FIG. 2 is a diagram for calculating the vehicle heading angle by the angle of rotation of its wheels.

На фиг. 3 - схема определения угла поворота колес.FIG. 3 is a diagram for determining the angle of rotation of the wheels.

Навигационная система наземного транспортного средства включает в свой состав путевую систему 1, курсовую систему 2, две спутниковые навигационные аппаратуры (СНА) 3 и 4, устройство ввода/вывода 5, блок определения навигационных параметров (БОНП) 6, устройство приема дифференциальных поправок 7, блок определения угла поворота колес (БОУПК) 8, два датчика расстояний 9 и 10, расположенных на передней оси транспортного средства (ТС), при этом выходы устройства приема дифференциальных поправок 7 соединены с соответствующими входами СНА 3 и 4, выходы датчиков расстояний 9 и 10 соединены со входами БОУПК 8, выходы путевой системы 1, курсовой системы 2, БОУПК 8, устройства ввода/вывода 5, СНА 3 и 4, соединены с соответствующими входами блока БОНП 6, выход БОНП 6 соединен со входом устройства ввода/вывода 5.The navigation system of a ground vehicle includes a track system 1, a course system 2, two satellite navigation equipment (SNA) 3 and 4, an input / output device 5, a navigation parameter determination unit (BONP) 6, a device for receiving differential corrections 7, a unit determining the angle of rotation of the wheels (BOUPK) 8, two distance sensors 9 and 10 located on the front axle of the vehicle (TC), while the outputs of the device for receiving differential corrections 7 are connected to the corresponding inputs of the CHA 3 and 4, the outputs of the distance sensors 9 and 10 are connected with the inputs of the BONP 8, the outputs of the track system 1, the course system 2, the BOUP 8, input / output devices 5, CHA 3 and 4, are connected to the corresponding inputs of the BONP 6 unit, the output of the BONP 6 is connected to the input of the input / output device 5.

Работа системы осуществляется следующим образом. По показаниям СНА 3 и 4, курсовой 2 и путевой 1 систем, а также БОУПК 8 в БОНП 6 определяются координаты и ориентация ТС. Устройство ввода/вывода 5 служит для обеспечения возможности ввода значений начальных координат и ориентации ТС, а также для вывода информации из БОНП.The system operates as follows. According to the indications of SNA 3 and 4, course 2 and track 1 systems, as well as BOUPK 8 in BONP 6, the coordinates and orientation of the vehicle are determined. The input / output device 5 is used to provide the ability to input the values of the initial coordinates and orientation of the vehicle, as well as to output information from the BNP.

Начальные координаты и ориентация ТС определяют по показаниям приемников СНА 3 и 4 или указываются оператором при помощи устройства ввода/вывода 5. Дальнейшую навигацию осуществляют в двух режимах, переключающихся автоматически. Первый режим, в котором координаты и ориентацию ТС БОНП 6 определяет по показаниям приемников СНА 3 и 4, действует при наличии на выходе СНА сигнала о высоком качестве решения навигационной задачи, в противном случае действует второй режим работы, при котором координаты и ориентацию ТС БОНП 6 определяет по показаниям курсовой 2 и путевой 1 систем, а также БОУПК 8.The initial coordinates and orientation of the vehicle are determined by the readings of the receivers CHA 3 and 4 or are indicated by the operator using the input / output device 5. Further navigation is carried out in two modes, switching automatically. The first mode, in which the coordinates and orientation of the vehicle BONP 6 are determined by the readings of the receivers SNA 3 and 4, operates if the signal of the high quality of the solution to the navigation problem is present at the output of the SNA, otherwise the second mode of operation operates, in which the coordinates and orientation of the vehicle BONP 6 determines according to the indications of course 2 and track 1 systems, as well as BOUPK 8.

Курсовой угол (γ) в первом режиме определяют по формуле:Heading angle (γ) in the first mode is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где xf, yf, xb, yb - прямоугольные координаты определенных передним и задним датчиком СНА соответственно.where x f , y f , x b , y b - rectangular coordinates determined by the front and rear sensors of the CHA, respectively.

Во втором режиме начальное значение курса ТС (γ0) определяют по последнему значению, полученному при работе в первом режиме. Дальнейшие значения курса получают путем добавления угла изменения курса dγ, который вычисляют путем комплексирования в БОНП 6 значений изменения курса, получаемых с курсовой системы 2 и БОУПК 8. Комплексирование осуществляют любым известным методом (например, фильтром Калмана). Остальные углы ориентации ТС получают с курсовой системы 2. Координаты ТС, в этом режиме, получают по известным формулам на основе скорости перемещения, получаемой с путевой системы 1 и углов ориентации.In the second mode, the initial value of the vehicle course (γ 0 ) is determined by the last value obtained when operating in the first mode. Further heading values are obtained by adding the heading change angle dγ, which is calculated by combining in BNP 6 the heading change values obtained from the heading system 2 and BOUPK 8. The integration is performed by any known method (for example, Kalman filter). The remaining orientation angles of the vehicle are obtained from the guidance system 2. The coordinates of the vehicle, in this mode, are obtained according to the known formulas based on the speed of movement obtained from the track system 1 and the orientation angles.

Значение угла изменения курса с БОУПК получают по углу поворота колес (см. фиг. 2) по формуле:The value of the angle of change of the course with the BOUPK is obtained from the angle of rotation of the wheels (see Fig. 2) by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где α - угол поворота колеса, dγ - угол поворота оси транспортного средства в точке определения его координат (изменение курса), величины a, b и L указаны на фигуре 2. Углы поворота α левого колеса и β правого колеса определяют при помощи датчиков расстояния 9 и 10 соответственно, закрепленных на оси ТС и измеряющих расстояние от места крепления до ступицы колеса по формулам:where α is the angle of rotation of the wheel, dγ is the angle of rotation of the vehicle axis at the point of determining its coordinates (change of course), the values of a, b and L are shown in figure 2. The angles of rotation α of the left wheel and β of the right wheel are determined using distance sensors 9 and 10, respectively, fixed on the vehicle axis and measuring the distance from the attachment point to the wheel hub according to the formulas:

Figure 00000003
Figure 00000003

где S - текущее расстояние от датчика до ступицы, S0 - расстояние от датчика до ступицы при отсутствии поворота колеса, R - расстояние от оси левого или правого колеса до точки на ступице, в которой осуществляется измерение.where S is the current distance from the sensor to the hub, S 0 is the distance from the sensor to the hub in the absence of wheel rotation, R is the distance from the axis of the left or right wheel to the point on the hub where the measurement is carried out.

Пример. Экспериментальная проверка системы была проведена на трассе длиной 5000 м. на автомобиле ГАЗ-3302. В автомобиле размещались два СНА, путевая и курсовая система, а также БОУПК и БОНП. БОУПК реализовывался следующим образом: на передней оси автомобиля были расположены ультразвуковые датчики, позволяющие измерять расстояние до ступицы левого и правого колеса. Эти расстояния передавались в БОНП, где и осуществлялся расчет курсового угла. Проверочная трасса организовывалась таким образом, что на ее отдельных участках отсутствовал сигнал со СНА, что позволило провести проверку системы во всех режимах.Example. An experimental check of the system was carried out on a 5,000 m long track using a GAZ-3302 vehicle. The car housed two SNA, a track and course system, as well as BUPPK and BONP. BOUPK was implemented as follows: ultrasonic sensors were located on the front axle of the car, which made it possible to measure the distance to the hub of the left and right wheels. These distances were transmitted to the BONP, where the heading angle was calculated. The test track was organized in such a way that in its individual sections there was no signal from the SNA, which made it possible to check the system in all modes.

Claims (1)

Навигационная система наземного транспортного средства, содержащая путевую систему, курсовую систему, позиционную навигационную аппаратуру в виде спутниковой навигационной аппаратуры, устройство ввода/вывода, отличающаяся тем, что в нее введены блок определения навигационных параметров, дополнительная спутниковая навигационная аппаратура, устройство приема дифференциальных поправок, блок определения угла поворота колес, два датчика расстояний до ступиц колес, расположенных на передней оси транспортного средства, при этом выходы устройства приема дифференциальных поправок соединены с соответствующими входами спутниковых навигационных аппаратур, выходы датчиков расстояний соединены со входами блока определения угла поворота колес, выходы путевой системы, курсовой системы, блока определения угла поворота колес, устройства ввода/вывода, спутниковых навигационных аппаратур соединены с соответствующими входами блока определения навигационных параметров, выход блока определения навигационных параметров соединен со входом устройства ввода/вывода.The navigation system of a ground vehicle, containing a track system, a course system, positional navigation equipment in the form of satellite navigation equipment, an input / output device, characterized in that a unit for determining navigation parameters, additional satellite navigation equipment, a device for receiving differential corrections, a block determining the angle of rotation of the wheels, two distance sensors to the wheel hubs located on the front axle of the vehicle, while the outputs of the device for receiving differential corrections are connected to the corresponding inputs of satellite navigation equipment, the outputs of the distance sensors are connected to the inputs of the unit for determining the angle of rotation of the wheels, outputs of the track system, the course system, the unit for determining the angle of rotation of the wheels, input / output devices, satellite navigation equipment are connected to the corresponding inputs of the unit for determining the navigation parameters, the output of the unit for determining the navigation parameters is connected to the input of the I / O device.
RU2019144360A 2019-12-27 2019-12-27 Ground vehicle navigation system RU2740335C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144360A RU2740335C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Ground vehicle navigation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144360A RU2740335C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Ground vehicle navigation system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740335C1 true RU2740335C1 (en) 2021-01-13

Family

ID=74184049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144360A RU2740335C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Ground vehicle navigation system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740335C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2184348C2 (en) * 2000-05-22 2002-06-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" Equipment of coordinate computation by two components of speed
RU100232U1 (en) * 2010-07-07 2010-12-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" COMPLEX NAVIGATION SYSTEM FOR DETERMINING THE COORDINATES OF MOBILE LAND OBJECTS
US9002565B2 (en) * 2003-03-20 2015-04-07 Agjunction Llc GNSS and optical guidance and machine control
RU2545490C1 (en) * 2013-11-18 2015-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Integrated coordinate calculation equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2184348C2 (en) * 2000-05-22 2002-06-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" Equipment of coordinate computation by two components of speed
US9002565B2 (en) * 2003-03-20 2015-04-07 Agjunction Llc GNSS and optical guidance and machine control
RU100232U1 (en) * 2010-07-07 2010-12-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" COMPLEX NAVIGATION SYSTEM FOR DETERMINING THE COORDINATES OF MOBILE LAND OBJECTS
RU2545490C1 (en) * 2013-11-18 2015-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Integrated coordinate calculation equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11105633B2 (en) Navigation system utilizing yaw rate constraint during inertial dead reckoning
EP0534892B1 (en) Position-locating method
EP0870175B1 (en) A zero motion detection system for improved vehicle navigation system
JP4550255B2 (en) Method and apparatus for improving dead reckoning distance calculations for vehicle navigation systems
US7756639B2 (en) System and method for augmenting a satellite-based navigation solution
EP0870174B1 (en) Improved vehicle navigation system and method using gps velocities
EP0570581B1 (en) An improved accuracy sensory system for vehicle navigation
KR100713459B1 (en) Determination of Path Deviation of Moving Object in Navigation System and Navigation System
US10794709B2 (en) Apparatus of compensating for a sensing value of a gyroscope sensor, a system having the same, and a method thereof
JPH09119842A (en) Method and apparatus for calibration of distance sensor for vehicle navigation system
KR100526571B1 (en) Off-board navigation system and method for calibrating error using the same
CA2562117C (en) System and method for creating accurate topographical maps using dgps
EP0715749B1 (en) Method of determining a directional change during vehicle navigation, apparatus for carrying out such a method, and vehicle comprising such an apparatus
JP2000502801A (en) Improved vehicle navigation system and method using multi-axis accelerometer
KR100948089B1 (en) Vehicle Positioning Method Using Pseudo Inference Navigation and Automobile Navigation System Using the Same
KR101074638B1 (en) Driving Lane Decision Method Using Steering Model
RU2740335C1 (en) Ground vehicle navigation system
Iqbal et al. A review of sensor system schemes for integrated navigation
RU2539131C1 (en) Strapdown integrated navigation system of average accuracy for mobile onshore objects
KR100372509B1 (en) Sensor fusion navigation systems and positioning data processing method thereof
JP2023132340A (en) Mobile body position estimation device and method for employing observation value
KR102622582B1 (en) Navigation apparatus and control method thereof
JP2006098246A (en) Vehicle position detection system
JP2685624B2 (en) Navigation system for moving objects
RU2230294C1 (en) Navigational complex for flying vehicle