|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Способ предупреждения столкновений на основе относительной радионавигации относится к вычислительной технике, а в частности к способам предупреждения столкновений на основе относительной радионавигации, и может быть использовано в системах безопасности, предназначенных для предупреждения столкновений подвижных объектов, в частности автомобилей, водных и воздушных судов, как управляемых человеком, так и с автоматическим управлением. Технический результат, обеспечиваемый заявленным техническим решением, заключается в сокращении времени разрешения фазовой неоднозначности, вследствие чего каждая задача относительной навигации решается быстрее. Способ предупреждения столкновений на основе относительной радионавигации включает в себя следующие этапы: устанавливают на каждом подвижном объекте навигационную аппаратуру потребителя спутниковых навигационных систем (НАП СНС), выполненную с возможностью принимать спутниковые навигационные сигналы в когерентном режиме; формируют на выходе НАП СНС оценку расширенного навигационного вектора; организуют двусторонний радиоканал передачи информации между подвижными объектами; при приближении подвижных объектов друг к другу на расстояние действия двухстороннего радиоканала подвижные объекты передают друг другу оценки своих расширенных навигационных векторов и оценки расширенных навигационных векторов соседних подвижных объектов; на основании принятых оценок расширенного навигационного вектора подвижный объект грубо оценивает относительно себя положение соседнего подвижного объекта и положение соседних ему подвижных объектов; каждый подвижный объект решает относительную навигационную задачу и формирует прецизионную оценку относительного положения соседнего подвижного объекта; каждый подвижный объект включает режим слежения за вектором относительного положения, при котором производят экстраполяцию вектора относительного положения в будущее на время не менее суммы времени задержки реакции водителя и предполагаемой длительности маневра; к экстраполированной оценке вектора относительного положения добавляют информацию о габаритах подвижного объекта; если минимальное экстраполированное расстояние между подвижными объектами составляет менее буферной дистанции, формируют сигнал предупреждения о возможности столкновения и/или включают автоматические средства избегания столкновений.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Способ предупреждения столкновений на основе относительной радионавигации относится к вычислительной технике, а в частности к способам предупреждения столкновений на основе относительной радионавигации, и может быть использовано в системах безопасности, предназначенных для предупреждения столкновений подвижных объектов, в частности автомобилей, водных и воздушных судов, как управляемых человеком, так и с автоматическим управлением. Технический результат, обеспечиваемый заявленным техническим решением, заключается в сокращении времени разрешения фазовой неоднозначности, вследствие чего каждая задача относительной навигации решается быстрее. Способ предупреждения столкновений на основе относительной радионавигации включает в себя следующие этапы: устанавливают на каждом подвижном объекте навигационную аппаратуру потребителя спутниковых навигационных систем (НАП СНС), выполненную с возможностью принимать спутниковые навигационные сигналы в когерентном режиме; формируют на выходе НАП СНС оценку расширенного навигационного вектора; организуют двусторонний радиоканал передачи информации между подвижными объектами; при приближении подвижных объектов друг к другу на расстояние действия двухстороннего радиоканала подвижные объекты передают друг другу оценки своих расширенных навигационных векторов и оценки расширенных навигационных векторов соседних подвижных объектов; на основании принятых оценок расширенного навигационного вектора подвижный объект грубо оценивает относительно себя положение соседнего подвижного объекта и положение соседних ему подвижных объектов; каждый подвижный объект решает относительную навигационную задачу и формирует прецизионную оценку относительного положения соседнего подвижного объекта; каждый подвижный объект включает режим слежения за вектором относительного положения, при котором производят экстраполяцию вектора относительного положения в будущее на время не менее суммы времени задержки реакции водителя и предполагаемой длительности маневра; к экстраполированной оценке вектора относительного положения добавляют информацию о габаритах подвижного объекта; если минимальное экстраполированное расстояние между подвижными объектами составляет менее буферной дистанции, формируют сигнал предупреждения о возможности столкновения и/или включают автоматические средства избегания столкновений.
(12) МЕЖДУНАРОДНАЯ ЗАЯВКА , ОПУБЛИКОВАННАЯ В СООТВЕТСТВИИ С ДОГОВОРОМ О ПАТЕНТНОЙ КООПЕРАЦИИ (РСТ )
(19) Всемирная Организация ^ i цщ щцщ и щщ щи мщ щц ци i и щ мщ цщ цщ цщ цщ ци цщи цц
Интеллектуальной Собственности I ш llllllll II Mill lllll Hill lllll llll III III Hill lllll lllll lllll lllll llll lllllll llll
Международное бюро ".^9 Номер международной публикации
Дата международной публикации WO 2018/056859 А1
29 марта 2018 (29.03.2018) W IP О I РСТ
классификация :
G01S 19/38 (2010.01)
(51) Международная патентная
(21) Номер международной
(22) Дата международной
(25) Язык подачи :
(26) Язык публикации :
G08G 1/16 (2006.01)
заявки : PCT/RU20 16/000649 (81)
подачи :
30 сентября 2016 (30.09.2016)
Русский
Русский
201613621 1
(30) Данные о приоритете :
26 сентября 2016 (26.09.2016) RU
(84)
(71) Заявитель : ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ
ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "НИЛАР " (LIMITED
LIABILITY COMPANY "NILAR") [RU/RU]; ул. Но-
вослободская , 14/19, стр . 8 Москва , 127055, Moscow
(RU).
(72) Изобретатель : КУЛИКОВ , Роман Сергеевич (KULIKOV, Roman Sergeevich); Харьковский проезд , 11, корп .4, кв. 52 Москва , 117456, Moscow (RU).
(74) Агент : КОТЛОВ , Дмитрий Владимирович
(KOTLOV, Dmitry Vladimir ovich); ООО " ЦИС "Скол ково ", Территория инновационного центра "Сколково ", дом 4, оф.402. 1 Москва , 143026, Moscow (RU).
Указанные государства (если не указано иначе, для каждого вида национальной охраны ) : А Е, AG, AL, AM,
А О, AT, AU, AZ, В A, BB, BG, BH, BN, BR, BW, BY,BZ, CA, CH, CL, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DJ, DK, DM, DO, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, GT, HN, HR, HU, ID, IL, IN, IR, IS, JP,KE, KG, KN, KP,KR, KW, KZ, LA, LC, LK, LR, LS, LU, LY,MA, MD, ME, MG, MK, MN, MW, MX, MY, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PA, PE, PG, PH, PL, PT, QA, RO, RS, RU, RW, SA, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, ST, SV, SY, TH, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, ZA, ZM, ZW.
Указанные государства (если не указано иначе, для каждого вида региональной охраны ) : ARIPO (BW, GH, GM, KE, LR, LS, MW, MZ, NA, RW, SD, SL, ST, SZ, TZ, UG, ZM, ZW), евразийский (AM, AZ, BY, KG, KZ, RU, TJ, TM), европейский патент (AL, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, MK, MT, NL, NO, PL, PT, RO, RS, SE, SI, SK, SM, TR), OAPI (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, KM, ML, MR, NE, SN, TD, TG).
(54) Title: COLLISION AVOIDANCE METHOD BASED ON RELATIVE RADIO NAVIGATION
СТОЛКНОВЕНИИ Н А ОСНОВЕ
(54) Название изобретения : СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
РАДИОНАВИГАЦИИ
ОТНОСИТЕЛЬНОЙ
(57) Abstract: The invention relates to computer engineering. A collision avoidance method based on relative radio navigation includes the following steps: consumer navigation equipment of satellite navigation systems (CNE SNS) is installed on every moving object, said equipment being configured to receive satellite navigation signals in a coherent mode; an estimate ofan augmented navigation vector is generated at the output of the CNE SNS; a two-way radio channel is established for transmitting information between moving objects; when moving objects approach one another within the operating distance ofthe two-way radio channel, the moving objects transmit to one another their augmented navigation vector estimates and augmented navigation vector estimates ofadjacent moving objects; on the basis ofthe received augmented navigation vector estimates, the moving object roughly estimates the position ofan adjacent moving object relative to itself and the position of moving objects adjacent thereto; each moving object solves a relative navigation problem and forms a precise estimate ofthe relative position ofthe adjacent moving object; each moving object includes a mode for tracking a relative position vector, in which the relative position vector is extrapolated into the future for a time no less than the sum of the time.
(57) Реферат : Изобретение относится к вычислительной технике . Способ предупреждения столкновений на основе относи -
тельной радионавигации , включает следующие этапы : устанавливают на каждом подвижном объекте навигационную аппара -туру потребителя спутниковых навигационных систем (НАП СНС ), выполненную с возможностью принимать спутниковые навигационные сигналы в когерентном режиме ; формируют на выходе НАП СНС оценку расширенного навигационного век -тора; организуют двусторонний радиоканал передачи информации между подвижными объектами ; при приближении подвиж -ных объектов друг к другу на расстояние действия двухстороннего радиоканала , подвижные объекты передают друг другу оценки своих расширенных навигационных векторов и оценки расширенных навигационных векторов соседних подвижных объектов ; на основании принятых оценок расширенного навигационного вектора , подвижный объект грубо оценивает отно -сительно себя, положение соседнего подвижного объекта и положение соседних ему подвижных объектов ; каждый подвиж -ный объект решает относительную навигационную задачу и формирует прецизионную оценку относительного положения со -седнего подвижного объекта ; каждый подвижный объект включает режим слежения за вектором относительного положения , при котором производят экстраполяцию вектора относительного положения в будущее на время не менее суммы времени .
/продолжение наследующей странице ]
WO 2018/056859 Al ||iin|| IIIIIIII 11ш| И Ill IIII I lllll IIIIIIH|I|I UI
Опубликована :
- с отчётом о международном поиске (статья 21.3)
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649 СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ
РАДИОНАВИГАЦИИ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Техническое решение относится к вычислительной технике , а в частности к 5 способам предупреждения столкновений на основе относительной радионавигации и может быть использовано в системах безопасности , предназначенных для предупреждения столкновений подвижных объектов , в частности , автомобилей , водных и воздушных судов , как управляемых человеком , так и с автоматическим управлением .
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
10 Задача предупреждения и избегания столкновений транспортных средств
существует со времени их появления и распространения , её решение является весьма актуальным и востребованным , особенно с учётом роста числа свободно движущихся
подвижных объектов и повышения скоростей их движения , тенденции к всё более полной их автоматизации . Наиболее актуальной задача предупреждения столкновений является
15 для плотных потоков подвижных объектов , например , для потоков автомобилей . При этом критичной является точность оценок взаимного положения движущихся объектов .
Известно большое число решений этой задачи , каждое из которых обладает теми
или иными достоинствами и недостатками и которые можно разделить на две группы . К первой группе можно отнести решения на базе всевозможных сенсоров , оценивающих расстояния до ближайших препятствий , например ультразвуковых , лазерных , радиолокационных , машинного зрения и т.д. Ко второй группе можно отнести решения на базе радионавигационных систем общего пользования , в частности , н а базе спутниковых систем навигации GPS/rjlJlOHACC/Galileo/Beidou. Заявленное техническое решение относится ко второй группе .
Наиболее точным режимом работы спутниковых навигационных систем является режим фазовых измерений , в котором измеряется положение одного приёмника относительно другого с прецизионной точностью . Потенциальная погрешность спутниковых измерений для статических объектов составляет порядка 0.1-0.15 мм (СКО), а для динамичных объектов типа автомобиля или легкомоторного летательного аппарата 30 составляет порядка 2-5 мм (СКО). На практике достижимые погрешности составляют порядка 1-5 м м (СКО ) и 2-5 см (СКО ) соответственно .
Такой высокой точности удаётся достигнуть за счёт использования так называемых первых , вторых и третьих разностей фаз , благодаря чему исключаются ошибки , связанные с рассогласованием шкал времени , а также обусловленные влиянием
ионосферы и тропосферы . Остаются ошибки , обусловленные тепловым шумом
приёмника . В городе , кроме того , ведущую роль в бюджете погрешности играют ошибки
многолучёвости , проявляющиеся на фоне существенно ограниченной зданиями зоны
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649 видимости открытого неба . При этом ошибки многолучёвости существенно различающиеся при относительно небольшом перемещении и при перемещении окружающих металлических предметов , например , корпусов автомобилей и пр.
Так называемой "Платой " за высокую точность является необходимость 5 разрешения фазовых неоднозначностей , на что требуется время , иногда до 10 - 20 минут , что не подходит , например , для оценки расстояния между автомобилями , движущимися навстречу друг другу .
Для разрешения фазовых неоднозначностей применяются следующие подходы :
- априорная оценка координат ;
- оценка абсолютных координат с помощью навигационных средств иного типа ;
- измерения по огибающей радиосигнала , по псевдодальности ;
- измерения по второму частотному каналу ;
- избыточность за счёт совместной оценки по измерениям более , чем от шести
навигационных спутников ;
- использование наземных псевдоспутников .
Наибольшей эффективностью обладают процедуры , основанные на избыточности фазовых измерений , однако возможности этого подхода в условиях города ограничены ввиду того , что большая часть неба заслоняется зданиями .
Таким образом , задача существенного сокращения времени разрешения фазовой неоднозначности в режиме города , где число радиовидимых навигационных спутников
ограничено зданиями , и велика ошибка многолучёвости , является актуальной .
Известно большое число решений по предупреждению столкновений на базе
спутниковых систем навигации , таких как GPS, ГЛЛОНАСС , Galileo, Beidou, ниже
приведены некоторые из них .
25 Известно техническое решение , описанное в патенте США N26405132,
опубликованном 11.06.2002. Это решение основано на высокоточном определении
абсолютных координат участников движения с помощью спутниковой навигационной системы (СНС ) с дифференциальными коррекциями измерений от базовой станции с
точно известными координатами и привязкой к карте , хранящейся в памяти 30 навигационной аппаратуры . Участники движения обмениваются друг с другом по радиоканалу своими координатами , что позволяет бортовым компьютерам оценивать опасности столкновений и формировать соответствующие сигналы предупреждения
и/или управления . Данное решение также требует установки и обслуживания базовых станций , что является недостатком для малонаселённых местностей и дорог большой
35 протяжённости . Кроме того , также как и в предыдущем случае в условиях плотной
городской застройки и высокой плотности металлических поверхностей , таких как заборы , элементы фасадов и крыш зданий , промышленных конструкций , корпусов автомобилей и
п р ., существенную роль играет многолучёвость распространения спутниковых
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
навигационных сигналов , которая при определённых условиях может вызвать существенное снижение точности решения задачи высокоточного позиционирования относительно базовой станции , удалённой более чем на десятки -сотни метров . Точность , получаемая в данном решении , на порядок ниже , чем в решениях , использующих
фазовые измерения .
Известно техническое решение , описанное в патенте США Ns 5325302, опубликованном 28.06.1994. Это решение основано на стандартном определении
абсолютных координат участников движения с СНС . Участники движения обмениваются
друг с другом по радиоканалу своими координатами , что позволяет бортовым компьютерам оценивать опасности столкновений и формировать соответствующие сигналы предупреждения и/или управления . Особенностью решения является сохранение в памяти траектории движения и её использование в алгоритме предсказания возможности столкновения . Недостатком является малая точность оценок , формируемая н а основе стандартных измерений с помощью СНС .
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному техническому
решению , является техническое решение , описанное в патенте США № 6275773, опубликованном 14.08.2001. Это решение основано на высокоточном определении абсолютных координат участников движения с помощью СНС с фазовыми коррекциями измерений от базовой станции с точно известными координатами . Участники движения обмениваются друг с другом по радиоканалу своими координатами , что позволяет
бортовым компьютерам оценивать опасности столкновений и формировать
соответствующие сигналы предупреждения и/или управления . Данное решение требует установки и обслуживания базовой станции , что является недостатком для
малонаселённых местностей и дорог большой протяжённости . Кроме того , в условиях плотной городской застройки и высокой плотности металлических поверхностей ,
например , таких как заборы , элементы фасадов и крыш зданий , промышленных
конструкций , корпусов автомобилей и пр., существенную роль играет многолучёвость
распространения спутниковых навигационных сигналов , которая при определённых
условиях может вызвать существенное снижение точности решения задачи
высокоточного позиционирования относительно базовой станции , удалённой более , чем
н а десятки -сотни метров .
СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Задачей , на решение которой направлено заявленное техническое решение , является предупреждение столкновений подвижных объектов на основе относительной радионавигации , в частности , автомобилей , водных и воздушных судов , как управляемых человеком , так и с автоматическим управлением .
Технический результат , обеспечиваемый заявленным техническим решением , заключается в сокращении времени разрешения фазовой неоднозначности , вследствие чего каждая задача относительной навигации решается быстрее .
В известных решениях в качестве начальных условий выступает оценка вектора 5 навигационных параметров . Отличие заявленного технического решения от известных решений разрешения фазовой неоднозначности - уточнение начальных условий : априорной оценки относительного положения приближающегося подвижного объекта путём предварительного суммирования векторов относительных положений подвижных объектов между собой , оцененных с высокой точностью каждым подвижным объектом до 10 начала решения текущей задачи относительной навигации . Тем самым достигается
заявленный технический результат , направленный на снижение времени разрешения
фазовой неоднозначности , вследствие чего каждая задача относительной навигации
решается быстрее .
Заявленный способ предупреждения столкновений на основе относительной 15 радионавигации , включает в себя следующие этапы : устанавливают на каждом подвижном объекте навигационную аппаратуру потребителя спутниковых навигационных систем (НАП СНС), выполненную с возможностью принимать спутниковые навигационные сигналы в когерентном режиме ; формируют на выходе НАП СНС оценку расширенного навигационного вектора ; организуют двусторонний радиоканал передачи информации
между подвижными объектами ; при приближении подвижных объектов друг к другу на
расстояние действия двухстороннего радиоканала , подвижные объекты передают друг другу оценки своих расширенных навигационных векторов и оценки расширенных навигационных векторов соседних подвижных объектов ; на основании принятых оценок расширенного навигационного вектора , подвижный объект грубо оценивает относительно себя , положение соседнего подвижного объекта и положение соседних ему подвижных
объектов ; каждый подвижный объект решает относительную навигационную задачу и
формирует прецизионную оценку относительного положения соседнего подвижного
объекта ; каждый подвижный объект включает режим слежения за вектором
относительного положения , при котором производят экстраполяцию вектора относительного положения в будущее на время не менее суммы времени задержки
реакции водителя и предполагаемой длительности манёвра ; к экстраполированной оценке вектора относительного положения добавляют информацию о габаритах
подвижного объекта ; если минимальное экстраполированное расстояние между подвижными объектами составляет менее буферной дистанции , формируют сигнал предупреждения о возможности столкновения и/или включают автоматические средства
избегания столкновений .
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Признаки и преимущества заявленного технического решения станут очевидными
из приводимого ниже подробного описания и прилагаемых чертежей , на которых :
На Фиг .1. показан пример движения подвижных объектов .
5 На Фиг. 2 показана погрешность решения абсолютной навигационной задачи .
На Фиг . 3 показана передача оценки расширенного навигационного вектора .
На Фиг. 4 показана прецизионная оценка относительного положения подвижного
объекта .
На Фиг. 5 показана передача информации от подвижного объекта В соседним
подвижным объектам А и С .
На Фиг. 6 показано движение подвижных объектов в режиме прецизионного слежения за взаимным положением .
На Фиг. 7 показано движение всей совокупности подвижных объектов в режиме слежения за взаимным положением .
15 ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Для реализации способа предупреждения столкновений на основе относительной радионавигации между двумя и более подвижными объектами , могут быть использованы следующие технические компоненты :
СНС , приёмник которой , формирует на своём выходе , в том числе следующие данные :
- оценку стандартного навигационного вектора , содержащего координаты , вектор скорости и время ;
оценки фаз несущих принимаемых спутниковых радионавигационных сигналов ;
- метки времени , соответствующие моментам оценок фаз несущих ; стандартные системные идентификаторы соответствующих навигационных спутников .
Радиочастотный приёмопередатчик , при помощи которого организуют двусторонний радиоканал передачи информации между подвижными объектами , по
которому могут передаваться , в том числе следующие данные : данные , полученные при помощи СНС ;
- данные , включающие в себя информацию о собственных габаритах каждого подвижного объекта ;
- данные , включающие в себя информацию об уникальном идентификаторе
каждого подвижного объекта . Цифровой вычислитель , который может быть реализован в виде бортового компьютера , который выполняет , в том числе , следующие алгоритмы :
- алгоритм оценки относительного расстояния между парой участников движения на основе разниц оценок фаз несущих принимаемых спутниковых радионавигационных сигналов ;
алгоритм предсказания возможности столкновения на основе предыдущих и текущих оценок .
- алгоритм оценки относительного расстояния до подвижных объектов , окружающих пару подвижных объектов , на основе разниц оценок фаз несущих принимаемых спутниковых радионавигационных сигналов ;
Алгоритмы оценки относительных координат описаны в литературе и не являются 10 новыми . Поясним , на чём строится их работа .
Спутниковые навигационные системы GPS/rjlOHACC/Galileo/Beidou относятся к позиционным дальномерным . Решение навигационной задачи - оценка неизвестных координат подвижного объекта - производится методом наименьших квадратов применительно к системе уравнений относительно измеренных псевдо -дальностей между подвижным объектом и навигационными спутниками с известными координатами , которых в предпочтительном варианте осуществления заявленного технического
решения должно быть не менее четырёх . Псевдодальности могут быть измерены двумя способами :
1. по измерениям псевдозадержек дальномерного кода : однозначные измерения с
20 погрешностью до 2..30 метров ;
2. по измерениям фазовых набегов высокочастотного заполнения : измерения с
погрешностью менее 1 см , но с целочисленной неоднозначностью , кратной длине волны .
Погрешности близко расположенных НАП СНС сильно коррелированы . Поэтому относительное расстояние между НАП СНС может быть оценено с высокой точностью как разность векторов координат , при этом коррелированные составляющие погрешности компенсируются .
Основная трудность решения задачи относительного позиционирования
заключается в разрешении фазовых неоднозначностей . Наиболее распространённые на практике методы разрешения фазовых неоднозначностей основаны на избыточности измерений , когда количество фазовых измерений больше числа неизвестных координат .
Особенно это актуально для мультисистемных НАП СНС и многочастотных НАП СНС .
Математически , процедура разрешения неоднозначностей сводится к
целочисленной минимизации квадратичной формы :
L(p) = (p - pywp-^(p- p),
где р - предварительная оценка вектора целочисленных смещений , задаваемая на множестве положительных действительных чисел ; р - вектор вторых разностей
фазовых измерений наблюдаемых навигационных радиосигналов , в котором
скомпенсированы общие систематические ошибки и который состоит , в основном , из целочисленных смещений и небольших остаточных некомпенсированных компонент ошибки слежения ; Wp - матрица дисперсий оценки вектора целочисленных смещений .
Для решения задачи могут использоваться различные алгоритмы . На практике 5 наибольшее распространение получил алгоритм LAMBDA или его вариации .
Значения компонент матрицы дисперсий Wp существенно снижаются при сужении области разрешения неоднозначности , определяемой погрешностью априорных оценок взаимного положения НАП СНС , между которыми производится измерение расстояния , так как чем ниже погрешность априорной оценки относительного положения , тем уже область разрешения неоднозначности . Снижение значений компонент матрицы дисперсий приводит к ускорению разрешения неоднозначностей и получения высокоточных оценок .
Заявленное техническое решение на один -два порядка сокращает область разрешения неоднозначности , существенно ускоряя решение задачи высокоточного 15 относительного позиционирования по фазовым измерениям .
Средства предупреждения о возможности столкновения , управляемые цифровым вычислителем . Указанные средства могут быть реализованы в виде звукового и/или визуального сигнала , предупреждающего о возможности столкновения .
Способ предупреждения столкновений на основе относительной радионавигации
может быть реализован в соответствии со следующим примером , описанным ниже . Имеются подвижные объекты А и В (фиг. 1), в приведенном примере они представлены автомобилями , однако ими могут быть также водные суда , летательные аппараты . В общем случае подвижные объекты , движутся друг относительно друга априорно неизвестным образом . В частном случае , некоторые подвижные объекты могут быть неподвижны .
Н а борту каждого подвижного объекта установлена навигационная аппаратура потребителя спутниковых навигационных систем (НАП СНС ), которая принимает спутниковые навигационные сигналы в когерентном режиме , то есть с оценкой фаз несущих .
30 Каждая бортовая НАП СНС решает стандартную абсолютную навигационную
задачу . Точность решения абсолютной навигационной задачи в условиях города составляет порядка ±5.. 50 м (фиг .2). Здесь и далее оценки погрешностей указываются с вероятностью 95%.
На выходе бортовой НАП СНС формируется оценка расширенного навигационного
35 вектора , в состав которого входят :
а) стандартный навигационный вектор
- широта ;
- долгота ;
- высота ;
- проекция скорости на северное направление ;
- проекция скорости на восточное направление ;
- проекция скорости на вертикальную ось; 5 - системное время ;
Ь) расширение :
- идентификаторы наблюдаемых спутников ;
- фазы несущих сигналов наблюдаемых спутников ;
- метки времени к оценкам фаз ;
10 - габариты участника движения и расположение приёмной антенны .
Между подвижными объектами организован двусторонний радиоканал передачи
информации .
Когда подвижные объекты А и В приближаются на расстояние действия радиоканала , они передают друг другу оценки своих расширенных навигационных векторов .
После приёма оценки вектора навигационных параметров подвижного объекта В,
подвижный объект А грубо оценивает положение подвижного объекта В относительно
себя (фиг . 3).
Грубая оценка является начальным приближением для разрешения фазовой неоднозначности и прецизионного решения относительной навигационной задачи , для
чего требуется определённое время , сильно зависящее от местных условий приёма
спутниковых навигационных сигналов . В результате решения относительной
навигационной задачи , каждый подвижный объект формирует прецизионную оценку
относительного положения соседнего подвижного объекта , с погрешностью порядка 25 ±5.. 50 см (фиг .4). Основная составляющая погрешности - результат многолучёвости ; при этом , чем ближе друг к другу находятся подвижные объекты , тем более близки условия многолучёвости . Таким образом , погрешность оценки вектора относительного положения падает до сантиметрового уровня при сближении подвижных объектов .
После разрешения неоднозначности цифровой вычислитель каждого подвижного объекта входит в режим слежения за вектором АВ , в процессе которого производится экстраполяция вектора АВ в будущее на время не менее суммы времени задержки реакции водителя и предполагаемой длительности манёвра : порядка 0.1 ..10 сек, в зависимости от скорости сближения . Экстраполяция производится известными методами
фильтрации .
В предпочтительном варианте осуществления заявленного технического решения к задаче экстраполяции применяют следующий метод фильтрации .
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
Принимается линейная модель динамики (изменения во времени ) координат подвижного объекта В относительно подвижного объекта А, которая формально записывается в виде векторно -матричного уравнения :
х(к) = Fx(k - 1) + Htf(к - 1) + Gu(k - 1),
5 где к - тактовая переменная ; х - 9-мерный вектор состояния , содержащий
относительную разницу широт , долгот и высот координат подвижных объектов , а также их производные - проекции взаимной скорости перемещения подвижных объектов друг относительно друга на северное , восточное и вертикальное направления соответственно , и вторые производные - соответствующие проекции производных на северное , восточное 10 и вертикальное направления ; F - квадратная переходная матрица размера 9 X 9, описывающая собственную динамику участника движения , т .е. дискретное представление дифференциального уравнения второго порядка , описывающего инерционность участника движения ; h - /-мерный вектор дискретных белых гауссовых формирующих шумов с матрицей дисперсий Q(k), описывающий случайную составляющую модели 15 движения ; Н - матрица связи размера 9 х и - m-мерный вектор управляющих воздействий , описывающий систематическую составляющую изменения закона движения , известную цифровому вычислителю , такие как повороты рулей , нажатия педалей и пр.; С - матрица связи размера 9хт .
При этом модель динамики подвижного объекта А относительно подвижного 20 объекта В аналогична , но берётся с обратным знаком . Поэтому работа алгоритмов на бортах пары подвижных объектов полностью аналогична . Далее , для определённости , рассматривается работа алгоритма в бортовом компьютере подвижного объекта А .
Вектор состояния х(к) линейно наблюдается в смеси с шумом с тактом 7-0.1.. 1
сек , в зависимости от режима работы бортовой НАП СНС :
25 Г (к) = Сх(к) + n (fc),
где г -6-мерный наблюдаемый процесс (разницы координат и их производные ); С - матрица наблюдения размера 6x9; п - 6-мерный вектор дискретных белых гауссовых шумов с матрицей дисперсий N(k).
Наблюдение г (к) поступает на вход линейного фильтра Калмана , работа которого
описывается следующей системой рекуррентных уравнений :
х(к) = Fx(k - 1) + Gu(k - 1),
MQi) = FM(k - 1)FT + HQk)HT,
K(k) = M(k)C T(CM(k)C T + N*k)) 1,
X(k) =x(k) + K(k)(r(k) - Cx(k)),
35 fH{k) = M(fc) - K(k)CM(k),
где X - экстраполированная на один такт Т оценка вектора состояния ; х -скорректированная оценка вектора состояния ; М - экстраполированная оценка матрицы
WO 2018/056859 PCT7RU2016/000649 дисперсий ошибок ; М - скорректированная оценка матрицы дисперсий ошибок ; К -матрица весовых коэффициентов .
Текущая оценка R расстояния R между подвижными объектами рассчитывается как евклидова норма оценки укороченного 3-мерного вектора состояния х'(к), 5 содержащего только разницы координат и высот пары подвижных объектов , приведённые к размерности в метрах :
Д(к) = их
Оценка R формируется в текущем времени с тактом Т. Помимо текущей оценки
расстояния R формируется оценка расстояния R, экстраполированная в будущее на 10 время Тэ~ 1 ... 10 секунд - время , учитывающее запаздывание реакции водителя и инерционность подвижного объекта , формируемая с быстрым тактом Т0~0.01 ... 0.1
секунд , необходимым для своевременной реакции в условиях большой динамики
взаимного перемещения :
hi,k) = \\(FlTx(.i,k))%
is x(i,k) =F\iT0X(k,
где ( )' - операция сокращения вектора состояния до первых трёх компонент (координат и высоты ) и приведения их к размерности [метры ]; F - переходная матрица ,
I Та
записанная относительно периода экстраполяции Тэ, Fi.T - переходная матрица ,
записанная относительно периода i^; i = 0,1,2 Т0 - 1)- тактовая переменная .
20 Экстраполированная в будущее на время ГЭ~ 1 ... Ю секунд оценка расстояния
между участниками движения R, формируемая с быстрым тактом Г0~0.001 ... 0.01 секунд , используется для обнаружения угрозы столкновения .
К экстраполированной оценке вектора А В в цифровом вычислителе добавляется информация о габаритах подвижных объектов А и В.
25 Если минимальное экстраполированное расстояние между подвижными
объектами А и В составляет менее буферной дистанции , которая составляет порядка 0.2.. 2 м , в зависимости от скоростей движения подвижных объектов , цифровой вычислитель передает команду сформировать сигнал предупреждения о возможности столкновения средствам предупреждения о возможности столкновения .
30 Сигнал предупреждения о возможности столкновения можно использовать для
сигнализации водителю (звуковой , или визуальный на экране бортового компьютера , на экране смартфона , подключенного к бортовому компьютеру и пр.) и/или для управления автоматизированными и/или автоматическими средствами избегания столкновений ,
например , тормозной системой .
При удалении подвижных объектов друг от друга навигационная задача перестаёт решаться цифровым вычислителем ввиду исчезновения возможности столкновения .
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
Подвижный объект С (фиг. 5) приближается со стороны подвижного объекта В, поэтому до того , как начнёт решаться относительная навигационная задача между подвижными объектами А и С, будет решена навигационная задача между подвижными объектами В и С, в результате которой подвижным объектом В будет получена оценка вектора В С .
Эта оценка передаётся по радиоканалу подвижному объекту А. После передачи подвижному объекту А расширенного навигационного вектора от подвижного объекта С , цифровой вычислитель подвижного объекта А начинает решать относительную навигационную задачу по определению вектора АС, задавшись начальным приближением в виде суммы векторов АВ и ВС . В результате такого начального приближения априорное значение вектора АС оценивается с погрешностью порядка ±0.1.. 1 м, что существенно точнее , чем стандартное априорное приближение для динамичных потребителей (имеющее погрешность порядка ±5..50 м).
Аналогично подвижный объект В передаёт оценку вектора ВА подвижному объекту
15 С, а подвижный объект А - свою оценку навигационного вектора . Цифровой вычислитель подвижного объекта С также быстро решает относительную навигационную задачу по
прецизионной оценке вектора СА.
Существенное сужение области априорной неопределённости снижает время , требующееся на разрешение фазовой неоднозначности и получение прецизионной
20 оценки вектора АС. Таким образом , решение относительной навигационной задачи между участниками движения осуществляется "на лету " ещё на этапе появления нового подвижного объекта в радиусе действия радиоканала . К моменту сближения , то есть на самом опасном этапе , с точки зрения возможности столкновения , подвижные объекты А и С отслеживают взаимное положение с погрешностью до 5..10 см , с учётом их
собственных габаритов , что позволяет в случае опасности заблаговременно предсказать
возможное столкновение и передать сигнал об этом средствам предупреждения о возможности столкновения . Все остальные подвижные объекты (фиг. 6), также отслеживают взаимное положение с погрешностью до 5..10 см .
При достаточно большом числе подвижных объектов и дальности радиоканала
информация о взаимных векторах передаётся заблаговременно для всех подвижных
объектов (фиг. 7). В результате этого каждая отдельная задача разрешения фазовой
неоднозначности решается в условиях малой априорной неопределённости (сравни
±0.2.. 2 м с ±5.. 50 м), что занимает существенно меньше времени , чем стандартное решение задачи разрешения фазовой неоднозначности . Исключение составляет лишь 35 разрешение первой фазовой неоднозначности при включении бортовой НАП СНС в начале движения .
Заявленное техническое решение является промышленно применимым , поскольку для его реализации используют промышленно изготовленные и промышленно применимые ресурсы .
Хотя заявленное техническое решение описано конкретным примером его 5 реализации , это описание не является ограничивающим , но приведено лишь для иллюстрации и лучшего понимания существа технического решения , объем которого определяется прилагаемой формулой .
ИСТОЧНИКИ
1. ГЛОНАСС . Принципы построения и функционирования / Под ред . А .И. Перова ,
10 В .Н . Харисова . Изд . 4-е переработанное и дополненное . - М .: Радиотехника ,2010;
2. Аппаратура высокоточного позиционирования по сигналам глобальных
навигационных спутниковых систем : приёмники -потребители навигационной информации .
/ под ред . М .И. Жодзишского .- М.: Изд-во МАИ-Принт ,2010;
3. Авиационные радионавигационные устройства и системы . Под ред. М .С.
15 Ярлыкова . Учебник для вузов ВВС . Издание ВВИА им. Н .Е. Жуковского ,1980;
4. Paul de Jonge, Christian Tiberius. The LAMBDA method for integer ambiguity
estimation: implementation aspects. Publications of the Delft Geodetic Computing Centre, No
12, 1996;
5. Информационные технологии в радиотехнических системах . Под ред. И .Б. 20 Федорова . Учебное пособие . Изд . 3-е перераб . и доп . - М.: Издательство МГТУ им . Н .Э.
Баумана ,2011;
6. Перов А .И. Статистическая теория радиотехнических систем . - М.:
Радиотехника , 2003;
7. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических
устройств и систем . Учеб . пособие для вузов . - М . Радио и связь , 2004;
8. Ярлыков М . С . Статистическая теория радионавигации . - М . : Радио и связь ,
1985;
9. Березин Л . В ., Вейцель В .А . Теория и проектирование радиосистем . Под ред .
В.Н. Типугина . Учебное пособие для вузов .- М.: "Советское радио ", 1977.
Формула
1. Способ предупреждения столкновений на основе относительной радионавигации , включающий в себя этапы на которых :
- устанавливают на каждом подвижном объекте навигационную аппаратуру
5 потребителя спутниковых навигационных систем (НАП СНС), выполненную с
возможностью принимать спутниковые навигационные сигналы в когерентном режиме ;
- формируют на выходе НАП СНС оценку расширенного навигационного вектора ;
- организуют двусторонний радиоканал передачи информации между подвижными
объектами ;
- при приближении подвижных объектов друг к другу на расстояние действия
двухстороннего радиоканала , подвижные объекты передают друг другу оценки своих расширенных навигационных векторов и оценки расширенных навигационных векторов соседних подвижных объектов ;
- н а основании принятых оценок расширенного навигационного вектора , подвижный объект грубо оценивает относительно себя , положение соседнего подвижного объекта и положение соседних ему подвижных объектов ;
- каждый подвижный объект решает относительную навигационную задачу и формирует прецизионную оценку относительного положения соседнего подвижного объекта ;
- каждый подвижный объект включает режим слежения за вектором относительного положения , при котором производят экстраполяцию вектора относительного положения в будущее на время не менее суммы времени задержки реакции водителя и предполагаемой длительности манёвра ;
- к экстраполированной оценке вектора относительного положения добавляют информацию о габаритах подвижного объекта ;
- если минимальное экстраполированное расстояние между подвижными объектами составляет менее буферной дистанции , формируют сигнал предупреждения о возможности столкновения и/или включают автоматические средства избегания
столкновений .
Фиг. 1
Фиг. 3
±5...50 м
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
\ ±0.05...0.5 м
INTERNATIONAL SEARCH REPORT
International application No.
PCT/RU 2016/000649
A. CLASSIFICATION OF SUBJECT MATTER G08G 1/1 6 (2006.01); G01S 19/38 (2010.01 )
According to International Patent Classification (IPC) or to both national classification and IPC
B. FIELDS SEARCHED
Minimum documentation searched (classification system followed by classification symbols)
G08G 7/00-7/02, G08G 1/00-1/16, G01 S 13/93, 19/00-19/51
Documentation searched other than minimum documentation to the extent that such documents are included in the fields searched
Electronic data base consulted during the international search (name of data base and, where practicable, search terms used)
PatSearch (RUPTO internal), USPTO, PAJ, Esp@cenet, DWPI, EAPATIS, PATENTSCOPE
C. DOCUMENTS CONSIDERED TO BE RELEVANT
Category*
Citation of document, with indication, where appropriate, of the relevant passages
Relevant to claim No.
RU 2 13491 1 C1 (LETNO-ISSLEDOVATELSKY INSTITUT IM. M.M.GROMOVA) 20.08.1999, p. 5, right-hand column, line 14-p. 6, right-hand column, line 10, p. 7, right-hand column, lines 39-53, p. 8, left-hand column, line 23-p. 14, left-hand column, line 3
Sistema TCAS. Preduprezhdenie stolkonoveny samoletov v vozdukhe [on-line] 24 June 201 2 [retrieved on 201 7-06-08]. Found from Internet: , p. 18, "Rezhim raboty"
US 8145365 B2 (THALES) 27.03.2012
Further documents are listed in the continuation of Box C.
J_ _[ See patent family annex.
* Special categories of cited documents:
"A" document defining the general state of the art which is not considered to be ofparticular relevance
"E" earlier application or patent but published on or after the international filing date
"L" document which may throw doubts on priority claim(s) or which is cited to establish the publication date of another citation or other special reason (as specified)
"O" document referring to an oral disclosure, use, exhibition or other means
"P" document published prior to the international filing date but later than
"T" later document published after the international filing date or priority date and not in conflict with the application but cited to understand the principle or theory underlying the invention
"X" document of particular relevance; the claimed invention cannot be considered novel or cannot be considered to involve an inventive step when the document is taken alone
"Y" document of particular relevance; the claimed invention cannot be considered to involve an inventive step when the document is combined with one or more other such documents, such combination being obvious to a person skilled in the art
" &" document member of the same patent family
Date of the actual completion of the international search
06 June 201 7 (06.06.2017)
Date of mailing of the international search report
29 June 201 7 (29.06.2017)
Name and mailing address of the ISA/ RU
Facsimile No.
Authorized officer Telephone No.
Form PCT/ISA/210 (second sheet) (April 2005)
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859 PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
1/7
1/7
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
2/7
2/7
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
3/7
3/7
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
4/7
4/7
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
5/7
5/7
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
6/7
6/7
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
WO 2018/056859
PCT/RU2016/000649
7/7
7/7
|
