RU2661676C1 - Topogeodetic survey and target designations formation portable equipment kit - Google Patents

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: kit relates to the of topography and navigation means and can be used for the artillery fire servicing and aviation targeting. Topogeodetic survey and target designations formation portable equipment kit contains rotary mechanism with support, range finder, kit's operator computer, connected to the range finder, of satellite navigation systems module with antenna and wireless communications channel. At that, the kit is additionally equipped with electronic goniometric device, made in the form of the controller containing unit, which is connected with the local control and indication devices, three-axis angular velocity sensor, accelerometer and magnetometer with coordinated to each other axes of sensitivity, temperature sensor, satellite navigation systems two-channel goniometric module with possibility of the separate remote antenna with its own means of installation connection to each channel. Electronic goniometric device controller is informationally and by power connected to the kit’s operator computer, the electronic goniometer unit is mechanically connected to the range finder and rotation device using the anti-backlash detachable connections.

EFFECT: kit has small dimensions and weight and allows to solve the assigned tasks with sufficient accuracy.

1 cl, 4 dwg

Description

Translated fromRussian

Комплект носимой аппаратуры топогеодезической привязки и формирования целеуказаний относится к средствам топографии и навигации, в частности, к средствам измерения углов, расстояний и их комбинации. Комплект может быть использован для управления стрельбой артиллерии (ствольной и реактивных систем залпового огня), летательными аппаратами оперативно-тактической и армейской авиации и предназначен для оснащения войсковых разведчиков, корректировщиков артиллерийского огня, передовых авиационных наводчиков (далее - операторов комплекта).A set of wearable equipment for geodetic reference and target designation relates to topography and navigation, in particular, to measuring angles, distances, and combinations thereof. The kit can be used to control the firing of artillery (receiver and multiple launch rocket systems), aircraft of operational tactical and army aviation and is intended to equip military reconnaissance, artillery fire spotters, advanced aviation gunners (hereinafter - the kit's operators).

Задачами комплекта являются его собственная топогеодезическая привязка на местности и измерение относительного положения цели, что позволяет рассчитать ее координаты. Результатом работы заявляемого комплекта являются его координаты, дальность, дирекционный угол и угол места цели, а также ее координаты. Возможность и качество решения этих задач зависит от состава технических средств комплекта, наличия априорных данных (об ориентирах, реперных точках, опорных пунктах и др.), доступности внешних источников информации (спутниковых навигационных систем и др.). В зависимости от перечисленных условий возможны различные режимы работы комплекта.The tasks of the kit are its own topographic and geodetic reference on the ground and measuring the relative position of the target, which allows you to calculate its coordinates. The result of the proposed kit are its coordinates, range, directional angle and elevation angle of the target, as well as its coordinates. The ability and quality of solving these problems depends on the composition of the hardware of the kit, the availability of a priori data (about landmarks, reference points, strong points, etc.), the availability of external sources of information (satellite navigation systems, etc.). Depending on the conditions listed, various modes of operation of the kit are possible.

Известна артиллерийская буссоль [1], содержащая поворотный механизм с опорой, одноосевой магнитометр (компас) и визирное устройство. В качестве поворотного механизма используются шаровый зажим и артиллерийская буссоль. Шаровый зажим предназначен для начальной установки (горизонтирования) буссоли на опоре (треноге) с помощью пузырькового уровня. Буссоль обеспечивает наведение визирного устройства на цель. Результаты измерений - углы азимута и места - считываются оператором со шкал поворотного механизма буссоли.Known artillery compass [1], containing a rotary mechanism with a support, a single-axis magnetometer (compass) and a sighting device. As a rotary mechanism, a ball clamp and an artillery compass are used. The ball clamp is designed for initial installation (leveling) of the compass on a support (tripod) using a bubble level. The bussol provides guidance of the sighting device to the target. The measurement results - azimuth and elevation angles - are read by the operator from the scales of the swivel mechanism of the compass.

Недостатками устройства [1] являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью решения задачи топогеодезической привязки из-за использования только одного измерительного прибора - магнитного компаса.The disadvantages of the device [1] are limited functionality due to the impossibility of solving the problem of topographic and geodetic reference due to the use of only one measuring device - a magnetic compass.

Известен лазерный целеуказатель - дальномер [2], содержащий комплект приборов, включающий поворотный механизм с опорой, одноосевой магнитометр, дальномер, компьютер оператора комплекта, соединенный с дальномером, модулем спутниковых навигационных систем (СНС) с антенной, а также каналом беспроводной связи. В целеуказателе [2], кроме перечисленных устройств, предусмотрена возможность использования лазерного гирокомпаса с оптическим визиром и барометрического датчика давления. Гирокомпас в режиме ориентирования устанавливается вместо дальномера и позволяет определять дирекционные углы направлений на ориентиры. Барометрический датчик позволяет вычислить давление в месте расположения цели. В целеуказателе [2] в качестве поворотного механизма используются буссоль и шаровый зажим, а целеуказатель устанавливается на опору (треногу). Наличие модуля СНС позволяет частично решить задачу топопривязки, а компьютер и канал связи - повысить оперативность получения исходных данных и отправки результатов целеуказания - информационного сообщения о координатах целеуказателя и цели, а также ряда служебных данных.Known laser target designator - range finder [2], containing a set of devices, including a rotary mechanism with a support, a single-axis magnetometer, range finder, a set operator computer connected to a range finder, a module of satellite navigation systems (SNA) with an antenna, as well as a wireless channel. In the designator [2], in addition to the listed devices, it is possible to use a laser gyrocompass with an optical sight and a barometric pressure sensor. The gyrocompass in orientation mode is set instead of the rangefinder and allows you to determine the directional angles of directions to landmarks. The barometric sensor allows you to calculate the pressure at the location of the target. In the designator [2], a compass and a ball clamp are used as a rotary mechanism, and the designator is mounted on a support (tripod). The presence of the SNA module allows you to partially solve the topographic location problem, and the computer and the communication channel can improve the efficiency of obtaining source data and sending the results of target designation - an information message about the coordinates of the target and the target, as well as a number of service data.

Недостатками устройства [2] являются ограниченные функциональные возможности, большие размеры и вес. Ограниченные функциональные возможности обусловлены сложностью топогеодезической привязки, вызванной необходимостью неоднократной переустановки дальномера и гирокомпаса. Также отсутствует функциональное и конструктивное единство магнитного компаса, дальномера, гирокомпаса и модуля СНС.The disadvantages of the device [2] are limited functionality, large size and weight. Limited functionality is due to the complexity of the topographic and geodetic reference, caused by the need to repeatedly reinstall the rangefinder and gyrocompass. There is also no functional and constructive unity of the magnetic compass, rangefinder, gyrocompass, and the SNS module.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является [3] комплект выносной аппаратуры топопривязчика, содержащий поворотный механизм с опорой, одноосевой магнитометр, дальномер, компьютер оператора комплекта, соединенный с дальномером, модулем спутниковых навигационных систем с антенной и каналом беспроводной связи. Комплект базируется на автомобиле и позволяет вести топопривязку в исходной точке движения, на маршруте и в конечной точке. В этом комплекте содержатся и могут использоваться гирокомпас, теодолит и угломерное устройство СНС. Обработка информации ведется с использованием компьютера, а передача информации обеспечивается радиостанцией, входящей в состав комплекта. Комплект [3] позволяет сохранять топопривязку в процессе движения автомобиля, в том числе с использованием одометра. Комплект топопривязчика [3] не предназначен для решения задачи целеуказания, для которой предполагается использование других средств.Closest to the claimed invention is [3] a set of portable equipment of a topographic device containing a rotary mechanism with a support, a single-axis magnetometer, a range finder, a set operator computer connected to a range finder, a module of satellite navigation systems with an antenna and a wireless channel. The set is based on a car and allows you to conduct topographic location at the starting point of movement, on the route and at the end point. This kit contains and can be used gyrocompass, theodolite and goniometer device SNS. Information is processed using a computer, and the transmission of information is provided by the radio station, which is part of the kit. Set [3] allows you to maintain topographic location while the car is moving, including using the odometer. The topographic bin kit [3] is not intended to solve the target designation problem, for which other means are supposed to be used.

Недостатками комплекта [3] являются ограниченные функциональные возможности, большие размеры и вес. Ограниченные функциональные возможности обусловлены отсутствием функционального и конструктивного единства источников измерений: гирокомпаса, магнитометра, СНС, теодолита и дальномера. Использование автомобиля для перевозки комплекта снижает оперативность и скрытность, делает невозможным его использование одиночным оператором.The disadvantages of the kit [3] are limited functionality, large size and weight. Limited functionality is due to the lack of functional and constructive unity of measurement sources: gyrocompass, magnetometer, SNA, theodolite and range finder. Using a car to transport the kit reduces responsiveness and stealth, making it impossible to use it as a single operator.

Все аналоги заявляемого изобретения имеют общие недостатки:All analogues of the claimed invention have common disadvantages:

1. Представляют собой комплект разрозненных приборов, которые для использования необходимо собирать, устанавливать, переставлять и т.п., что требует временных и физических затрат.1. They are a set of disparate devices, which for use must be assembled, installed, rearranged, etc., which requires time and physical costs.

2. Нуждаются в опоре в виде тяжелой треноги.2. Need support in the form of a heavy tripod.

3. В качестве поворотного механизма используют тяжелую буссоль.3. As a rotary mechanism using a heavy compass.

4. Требуют точной установки буссоли в горизонтальной плоскости, что приводит к значительным временным затратам.4. They require precise installation of the compass in the horizontal plane, which leads to significant time costs.

5. Оценка углов производится оператором комплекта по шкалам буссоли и/или теодолита, что не позволяет автоматизировать измерения.5. Angles are estimated by the kit operator on the compass and / or theodolite scales, which does not allow automation of measurements.

Задача, стоящая перед разработчиками заявляемого комплекта, состоит в создании малогабаритного, легкого, универсального прибора, способного с высокой точностью и в различных условиях оперативно решать задачи топогеодезической привязки и формирования целеуказаний.The task facing the developers of the claimed kit is to create a small-sized, lightweight, versatile device capable of quickly solving the problems of topographic and geodetic reference and forming target designations with high accuracy and in various conditions.

Техническими результатами использования заявляемого изобретения являются:The technical results of using the claimed invention are:

• малые габариты и вес комплекта, что обеспечивает его транспортировку и применение одним оператором;• small dimensions and weight of the kit, which ensures its transportation and use by one operator;

• наличие различных микро-измерителей в составе комплекта, что позволяет:• the presence of various micro-meters in the kit, which allows you to:

- выбирать различные режимы работы в зависимости от наличия априорных данных и доступности внешних источников информации;- choose different modes of operation depending on the availability of a priori data and the availability of external sources of information;

- отказаться от строгого горизонтирования комплекта;- refuse strict leveling of the kit;

- повысить точность измерений.- increase the accuracy of measurements.

Для достижения этого результата комплект носимой аппаратуры топогеодезической привязки и формирования целеуказаний, содержащий поворотный механизм с опорой, дальномер, компьютер оператора комплекта, соединенный с дальномером, модулем спутниковых навигационных систем с антенной и каналом беспроводной связи, дополнительно оснащен электронным угломерным устройством, выполненным в виде блока, содержащего контроллер, который соединен с органами локального управления и индикации, трехосевыми датчиком угловой скорости, акселерометром и магнетометром с согласованными между собой осями чувствительности, датчиком температуры, двухканальным угломерным модулем спутниковых навигационных систем с возможностью подключения к каждому каналу отдельной выносной антенны с собственным средством установки, контроллер электронного угломерного устройства соединен информационно и по питанию с компьютером оператора комплекта, блок электронного угломерного устройства механически с помощью безлюфтовых разъемных соединений связан с дальномером и поворотным механизмом.To achieve this result, a set of wearable equipment for topographic and geodetic reference and target designation, containing a rotary mechanism with a support, a range finder, a set operator’s computer connected to a range finder, a module of satellite navigation systems with an antenna and a wireless communication channel, is additionally equipped with an electronic goniometer made in the form of a unit comprising a controller that is connected to local control and indication bodies, a three-axis angular velocity sensor, an accelerometer, and a magnetometer with coordinated sensitivity axes, a temperature sensor, a two-channel goniometer module of satellite navigation systems with the ability to connect to each channel a separate remote antenna with its own installation tool, the controller of the electronic goniometer device is connected information and power to the kit operator’s computer, the block of the electronic goniometer device with the help of backlash-free plug-in connections it is connected with a range finder and a rotary mechanism.

Заявляемое устройство иллюстрируют следующие графические материалы:The inventive device is illustrated by the following graphic materials:

Фиг. 1 Структурная схема комплекта, где:FIG. 1 block diagram of the kit, where:

1. Поворотный механизм.1. The rotary mechanism.

2. Опора.2. Prop.

3. Дальномер.3. Rangefinder.

4. Компьютер оператора комплекта.4. Computer operator kit.

5. Модуль СНС.5. The module of the SNA.

6. Антенна модуля СНС.6. Antenna module SNS.

7. Канал беспроводной связи.7. Wireless channel.

8. Электронное угломерное устройство.8. Electronic goniometer device.

9. Контроллер.9. The controller.

10. Органы локального управления и индикации.10. Local control and indication bodies.

11. Трехосевой датчик угловой скорости (ДУС).11. Three-axis angular velocity sensor (DOS).

12. Трехосевой акселерометр.12. Three-axis accelerometer.

13. Трехосевой магнитометр.13. Three-axis magnetometer.

14. Двухканальный угломерный модуль (ДУМ) СНС.14. Two-channel goniometer module (DUM) SNS.

15. Выносные антенны ДУМ.15. Remote antenna DUM.

16. Датчик температуры.16. The temperature sensor.

17. Безлюфтовое соединение с дальномером.17. Backlashless connection with a range finder.

18. Безлюфтовое соединение с поворотным механизмом.18. Backlash-free connection with a rotary mechanism.

Фиг. 2 Внешний вид электронного угломерного устройства 8, где:FIG. 2 The appearance of theelectronic goniometer device 8, where:

19 - Откидные держатели.19 - Folding holders.

Фиг. 3 Собранный комплект с дальномером 3, электронным угломерным устройством 8 и опорой 2 в виде треноги 20.FIG. 3 Assembled kit withrange finder 3,electronic goniometer 8 andsupport 2 in the form of atripod 20.

Фиг. 4 Собранный комплект с поворотным механизмом в виде буссоли 21.FIG. 4 Assembled kit with swivel mechanism in the form of acompass 21.

Существенные отличия заявляемого изобретения от прототипа заключаются в следующем.Significant differences of the claimed invention from the prototype are as follows.

Наличие электронного угломерного устройства 8 позволяет быстро и точно выполнить измерения, ввести результаты в компьютер 4 и передать их по каналу беспроводной связи 7 в вышестоящие органы управления.The presence of anelectronic goniometer device 8 allows you to quickly and accurately take measurements, enter the results intocomputer 4 and transfer them viawireless communication channel 7 to higher-level controls.

В прототипе измерение углов проводится по рискам поворотного механизма (буссоли), не точно и не может быть оперативно обработано компьютером 4.In the prototype, the measurement of the angles is carried out according to the risks of the rotary mechanism (compasses), it is not accurate and cannot be quickly processed bycomputer 4.

Выполнение электронного угломерного устройства 8 в виде блока, содержащего контроллер 9, к которому подключены органы локального управления и индикации 10, позволяет автоматизировать (упростить и ускорить) процесс управления режимами измерений, наблюдать за ходом их выполнения, а также в реальном масштабе времени передавать результаты измерений в компьютер 4. Благодаря описанным ниже технологиям электронное угломерное устройство 8 оказывается малогабаритным и легким.The implementation of theelectronic goniometer device 8 in the form of a unit containing acontroller 9, to which local control andindication bodies 10 are connected, makes it possible to automate (simplify and speed up) the process of controlling measurement modes, monitor the progress of their execution, and also transmit measurement results in real time into thecomputer 4. Thanks to the technologies described below, theelectronic goniometer device 8 is small and light.

В прототипе изменение режимов измерений сопряжено с выполнением трудоемких операций оператором комплекта, а сам комплект является тяжелым и громоздким.In the prototype, changing measurement modes involves performing labor-intensive operations by the kit operator, and the kit itself is heavy and cumbersome.

Трехосевые ДУС, акселерометр и магнитометр выполнены в виде единого устройства, позволяющего использовать вектор силы тяжести, угловые скорости вращения Земли и самого комплекта, а также вектор магнитного поля Земли (совместно или по отдельности) в различных режимах с возможностью автоматической передачи результатов измерений.Three-axis DOS, accelerometer and magnetometer are made in the form of a single device that allows you to use the vector of gravity, the angular velocity of rotation of the Earth and the set itself, as well as the vector of the Earth's magnetic field (together or separately) in various modes with the ability to automatically transmit measurement results.

В прототипе отсутствует акселерометр, используются одноосевой магнитометр и гирокомпас. Все эти устройства разрозненны и не позволяют использовать результаты их измерений в автоматическом режиме.In the prototype there is no accelerometer, a single-axis magnetometer and gyrocompass are used. All these devices are fragmented and do not allow the use of the results of their measurements in automatic mode.

Оси чувствительности датчика угловой скорости 11, акселерометра 12 и магнитометра 13 согласованы, что позволяет упростить совместную обработку измерений. Указанные оси также согласованы со связанными осями электронного угломерного устройства 8 и дальномера 3. Согласованность осей позволяет упростить вычисления.The sensitivity axis of theangular velocity sensor 11, theaccelerometer 12 and themagnetometer 13 are aligned, which simplifies the joint processing of measurements. The indicated axes are also aligned with the associated axes of theelectronic goniometer device 8 and therange finder 3. The alignment of the axes simplifies the calculation.

В прототипе таких источников измерений нет, поэтому результаты обработки являются малоинформативными, а их прием и передача выполняются оператором вручную.In the prototype there are no such measurement sources, therefore, the processing results are uninformative, and their reception and transmission are performed manually by the operator.

Датчик температуры 16 предназначен для уточнения результатов измерений датчика угловой скорости 11, акселерометра 12 и магнитометра 13 путем введения поправок по градировочным зависимостям систематических ошибок датчиков от температуры, закладываемым в датчики при заводской калибровке.Thetemperature sensor 16 is intended to clarify the measurement results of theangular velocity sensor 11,accelerometer 12 andmagnetometer 13 by introducing corrections for the calibration dependences of the systematic errors of the sensors on temperature, which are embedded in the sensors during factory calibration.

В прототипе датчика температуры нет.There is no temperature sensor in the prototype.

Наличие двухканального угломерного модуля СНС 14 в электронном угломерном устройстве 8 с возможностью подключения к каждому каналу отдельной выносной антенны 15 позволяет решить задачу угловой ориентации комплекта без использования остальных датчиков и искусственных и естественных ориентиров на местности.The presence of a two-channelgoniometer module SNS 14 in theelectronic goniometer device 8 with the ability to connect to each channel a separateremote antenna 15 allows you to solve the problem of angular orientation of the kit without using other sensors and artificial and natural landmarks on the ground.

В прототипе отсутствует угломерный модуль, но предполагается возможность использования двух отдельных модулей СНС с антеннами для измерения углов.In the prototype there is no goniometer module, but it is assumed the possibility of using two separate SNA modules with antennas for measuring angles.

Электронное угломерное устройство 8 соединено информационно и по питанию с компьютером 4. Информационное соединение позволяет быстро передать результаты измерений (азимут и угол места) в компьютер 4 и по каналу связи 7 на вышестоящие уровни. Связь по питанию позволяет уменьшить вес электронного угломерного устройства 8 за счет отсутствия собственных источников питания.Theelectronic goniometer device 8 is connected information and power tocomputer 4. The information connection allows you to quickly transfer the measurement results (azimuth and elevation angle) tocomputer 4 and viacommunication channel 7 to higher levels. Communication power allows you to reduce the weight of theelectronic goniometer device 8 due to the lack of its own power sources.

В прототипе угломерное устройство (буссоль) не имеет питания.In the prototype, the goniometer device (compass) does not have power.

Электронное угломерное устройство 8 соединено механически безлюфтовыми разъемными соединениями 17 и 18 с дальномером 3 и поворотным механизмом 1 соответственно.Theelectronic goniometer device 8 is connected mechanically by backlash-freedetachable connections 17 and 18 with arange finder 3 and arotary mechanism 1, respectively.

В прототипе отсутствует электронное угломерное устройство.In the prototype there is no electronic goniometer device.

Рассмотрим возможность реализации заявляемого комплекта.Consider the possibility of implementing the inventive kit.

Поворотный механизм 1 предназначен для наведения дальномера 3 на цель по азимуту и углу места. В аналогах [1-3] это действие выполняется в два этапа: горизонтирование буссоли и наведение буссоли на цель, Фиг. 4. Аналогичная процедура может быть использована и в заявляемом комплекте. Для этого используются тренога 20, шаровый зажим 1, Фиг. 1 и буссоль 21, Фиг. 4.Therotary mechanism 1 is designed to guide therange finder 3 to the target in azimuth and elevation. In analogues [1-3], this action is performed in two stages: leveling the compass and pointing the compass to the target, FIG. 4. A similar procedure can be used in the inventive kit. For this, atripod 20, aball clamp 1, FIG. 1 andcompass 21, FIG. four.

Тренога 20 устанавливается на землю путем изменения длин ног и их заглубления, так, чтобы ее верхняя поверхность была горизонтальной. На треноге 20 устанавливается шаровый зажим 1, который состоит из шаровой чашки с зажимным механизмом, средства крепления к опоре 2 (шуруп) и шаровой опоры, установленной на буссоли 21. Затем производится горизонтирование буссоли 21 с использованием ее пузырькового уровня. После горизонтирования буссоли 21 шаровый зажим фиксируется. Для наведения дальномера 3 на цель используется буссоль 21 за счет ее поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях.Atripod 20 is mounted on the ground by changing the lengths of the legs and their deepening, so that its upper surface is horizontal. On thetripod 20, aball clamp 1 is installed, which consists of a ball cup with a clamping mechanism, means of attachment to the support 2 (screw) and a ball support mounted on thecompass 21. Then, thecompass 21 is leveled using its bubble level. After leveling thecompass 21, the ball clamp is fixed. To aim therange finder 3 on the target, thecompass 21 is used due to its rotation in horizontal and vertical planes.

В заявляемом изобретении могут использоваться более простые технологии. Трехосевой акселерометр 12, используемый в качестве инклинометра, дает возможность измерить проекции вектора силы тяжести Земли и по ним вычислить положение ортогональной ему плоскости местного горизонта. Наличие такой возможности позволяет ориентировать угломерное устройство 8, не предъявляя высоких требований по точности его горизонтирования. Аналогичные возможности дает трехосевой магнитометр 13, который также позволяет построить плоскость местного горизонта.In the claimed invention, simpler technologies can be used. The three-axis accelerometer 12, used as an inclinometer, makes it possible to measure the projections of the Earth's gravity vector and use them to calculate the position of the plane of the local horizon orthogonal to it. The presence of this feature allows you to orient thegoniometer device 8, without making high demands on the accuracy of its leveling. Similar opportunities are provided by a three-axis magnetometer 13, which also allows you to build a plane of the local horizon.

Это дает возможность отказаться от тяжелой треноги 20 в качестве опоры 2. Вместо треноги может быть использована любая опора 2 - пень, дерево и т.п., к которой крепится, например, шаровый зажим, а на нем устанавливаться электронное угломерное устройство 8.This makes it possible to abandon theheavy tripod 20 as asupport 2. Instead of a tripod, anysupport 2 can be used - a stump, a tree, etc., to which, for example, a ball clip is attached, and anelectronic goniometer device 8 is mounted on it.

Кроме того, в заявляемом комплекте появляется возможность отказаться от тяжелого поворотного устройства - буссоли 21 (теодолита). Вместо этого в заявляемом комплекте может использоваться, например, шаровый зажим 1.In addition, in the inventive kit, it becomes possible to abandon the heavy rotary device - compass 21 (theodolite). Instead, in the inventive kit can be used, for example, aball clamp 1.

Дальномер 3 предназначен для наведения на цель, наблюдения за ней и измерения расстояния до нее. В качестве дальномера могут использоваться лазерные дальномеры, приборы ночного видения и т.п. Такие устройства требуют бережного отношения, транспортируются в отдельном боксе, а на время работы подключаются к комплекту безлюфтовым соединением 17, например, типа «ласточкин хвост». Дальномер 3 может иметь разные механизмы крепления 17, что приводит к необходимости использования соответствующих переходников, входящих в состав заявляемого комплекта.Therange finder 3 is designed to aim at the target, observe it and measure the distance to it. As a range finder, laser rangefinders, night vision devices, etc. can be used. Such devices require careful handling, are transported in a separate box, and are connected to the kit with a backlash-free connection 17, for example, such as a dovetail, for a while. Therange finder 3 may havedifferent mounting mechanisms 17, which leads to the need to use the appropriate adapters included in the inventive kit.

Компьютер оператора комплекта 4 является необходимым элементом приборного оснащения современного военнослужащего. Известны компьютерные системы военнослужащего: FELIN (Франция), Future ForceWarrior (США), Gladius (Германия), Стрелец (РФ) [4] и т.п. Такой компьютер обеспечивает военнослужащего каналом беспроводной связи 7, навигационной информацией через модуль СНС 5 с антенной 6, а также выполняет ряд других функций по управлению и разведке. Обладая достаточно большой вычислительной мощностью, компьютер 4 поддерживает другие информационные модули оснащения военнослужащего. В заявляемом изобретении основные задачи обработки информации, а также обеспечение энергоснабжения решает компьютер 4.The computer of the operator ofkit 4 is a necessary element in the instrumentation of a modern military man. Known computer systems of the serviceman: FELIN (France), Future Force Warrior (USA), Gladius (Germany), Sagittarius (RF) [4], etc. Such a computer provides the serviceman with awireless communication channel 7, navigation information through theSNA 5 module with antenna 6, and also performs a number of other control and reconnaissance functions. Possessing a sufficiently large computing power,computer 4 supports other information modules for equipping a serviceman. In the claimed invention, the main tasks of information processing, as well as providing power supply, are solved bycomputer 4.

Электронное угломерное устройство 8, Фиг. 2, предназначено для измерения азимута и угла места. В заявляемом устройстве для их определения используется математическая обработка результатов измерений электронных датчиков 11-14 с учетом показаний датчика температуры 16.Electronic goniometer 8, FIG. 2, is designed to measure azimuth and elevation. In the claimed device for their determination, mathematical processing of the measurement results of electronic sensors 11-14 is taken into account, taking into account the readings of thetemperature sensor 16.

Контроллер 9 предназначен для:Controller 9 is intended for:

- получения команд из органов локального управления и индикации стадии их выполнения через блок 10;- receiving commands from local authorities and indicating the stage of their implementation throughblock 10;

- организации заданных режимов работы угломерного устройства 8;- the organization of the specified operating modes of thegoniometer device 8;

- передачи полученных результатов в компьютер 4.- transferring the results to acomputer 4.

Трехосевой ДУС 11, трехосевой акселерометр 12 и трехосевой магнитометр 13 составляют основу известных бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС). Для носимого исполнения БИНС, соответствующего заявляемому комплекту, предпочтение следует отдать малогабаритным микроэлектромеханическим системам (МЭМС), содержащимся, например, в большинстве обычных смартфонов. В качестве технологии изготовления может быть использовано решение фирмы Интел [5]. Среди множества вариантов исполнения МЭМС следует выбирать образцы, удовлетворяющие требованиям по точности измерений.Three-axis DUS 11, three-axis accelerometer 12 and three-axis magnetometer 13 form the basis of the known strapdown inertial navigation systems (SINS). For wearable performance SINS corresponding to the claimed kit, preference should be given to small-sized microelectromechanical systems (MEMS), contained, for example, in most ordinary smartphones. As a manufacturing technology, a solution from Intel [5] can be used. Among the many MEMS design options, samples should be selected that meet the requirements for measurement accuracy.

ДУМ спутниковых навигационных систем 14 предназначен для угловых измерений между двумя выносными, разнесенными антеннами 15 СНС. Такие модули выпускаются промышленностью.The SUM ofsatellite navigation systems 14 is intended for angular measurements between two remote, spaced apartantennas 15 of the SNA. Such modules are manufactured by industry.

Датчик температуры 16 зачастую входит в состав МЭМС.Temperature sensor 16 is often part of MEMS.

Безлюфтовое соединение 17 с дальномером 3 обеспечивает бережную транспортировку дальномера, а также быструю подготовку к работе. В качестве такого соединения может использоваться, например, «ласточкин хвост».Thebacklashless connection 17 with therange finder 3 provides gentle transportation of the range finder, as well as quick preparation for work. As such a connection can be used, for example, dovetail.

Начальная установка комплекта состоит в том, что поворотный механизм 1 устанавливается на опору 2, к нему безлюфтовым соединением 18 присоединяется электронное угломерное устройство 8, к которому в свою очередь безлюфтовым соединением 17 подключается дальномер 3, Фиг. 3. Наличие в составе устройства 8 соответствующих измерителей позволяет скомпенсировать неточность начальной установки (горизонтирования) комплекта. Угломерное устройство 8 и дальномер 3 подключаются кабелями к компьютеру 4, обеспечивая связь по информации и питанию. При включении электронного угломерного устройства 8 под управлением контроллера 9 трехосевой ДУС 11 готов измерять проекции вектора угловой скорости, трехосевой акселерометр 12 - проекции вектора силы тяжести, трехосевой магнитометр 13 - проекции вектора направления на северный магнитный полюс, а датчик температуры 16 - температуру. Считается, что заводские и полевые калибровки перечисленных датчиков выполнены, см. [6, 7, 8]. Режимы работы комплекта задаются и отображаются с помощью органов локального управления и индикации 10.The initial installation of the kit consists in the fact that therotary mechanism 1 is mounted on thesupport 2, anelectronic goniometer device 8 is connected to it by a clearance-free connection 18, to which arangefinder 3, in turn, is connected by a clearance-free connection 17, FIG. 3. The presence of 8 appropriate meters in the device allows you to compensate for the inaccuracy of the initial installation (leveling) of the kit. Thegoniometer device 8 and therange finder 3 are connected by cables to thecomputer 4, providing communication on information and power. When theelectronic goniometer device 8 is turned on under the control ofcontroller 9, the three-axis DUS 11 is ready to measure projections of the angular velocity vector, the three-axis accelerometer 12 is the projection of the gravity vector, the three-axis magnetometer 13 is the projection of the direction vector to the north magnetic pole, and thetemperature sensor 16 is the temperature. It is believed that the factory and field calibrations of the above sensors are completed, see [6, 7, 8]. The operating modes of the kit are set and displayed using the local control andindication 10.

Рассмотрим режимы работы заявляемого комплекта.Consider the operating modes of the claimed kit.

Ключевым узлом заявляемого комплекта, существенно отличающим его от прототипа, является электронное угломерное устройство 8, объединяющее в себе функции буссоли, теодолита и гирокомпаса. По своей сущности устройство 8 представляет собой измерительную часть угломерного канала БИНС на неподвижном основании, выполненного на принципиально иной по сравнению с прототипом элементной базе, а именно с использованием МЭМС-технологий (датчики 11-13). БИНС дополнена встроенным в устройство 8 двухканальным угломерным модулем 14 с двумя выносными антеннами 15. Модуль 14 имеет большее число (шестьдесят четыре) измерительных каналов, обеспечивающих прием сигналов СНС ГЛОНАСС, GPS, Galileo, SBAS, СДКМ с частотным и кодовым разделением, и реализует более точный по сравнению с прототипом (метод относительного позиционирования) метод углометрии по фазе несущей частоты.The key node of the claimed kit, significantly distinguishing it from the prototype, is anelectronic goniometer device 8, combining the functions of a compass, theodolite and gyrocompass. In essence, thedevice 8 is a measuring part of the angle-based SINS channel on a fixed base, made on a fundamentally different element base compared to the prototype, namely using MEMS technologies (sensors 11-13). The SINS is supplemented by a dual-channel goniometer module 14 integrated in thedevice 8 with twoexternal antennas 15.Module 14 has a larger number (sixty-four) of measuring channels that provide reception of GLONASS, GPS, Galileo, SBAS, SDKM signals with frequency and code division, and implements more Accurate in comparison with the prototype (the method of relative positioning), the method of angle measurement by phase of the carrier frequency.

Сказанное позволяет электронному угломерному устройству 8 совместно с дальномером 3 и компьютером оператора 4 (а следовательно, заявляемому комплекту в целом) в полном объеме решать весь перечень задач топогеодезической привязки, выполняемых прототипом.The aforementioned allows theelectronic goniometer device 8 together with therange finder 3 and the operator’s computer 4 (and therefore, the claimed set as a whole) to fully solve the entire list of tasks of topographic and geodetic reference performed by the prototype.

При формировании целеуказаний основной операцией, помимо измерения дальности до цели (дальномер 3), является определение дирекционного угла α_д и угла места β цели. Данная задача решается путем математической обработки результатов измерений датчиков 11-14 в компьютере оператора 4.In the formation of target designations, the main operation, in addition to measuring the distance to the target (range finder 3), is to determine the directional angle α_d and the elevation angle β of the target. This problem is solved by mathematical processing of the measurement results of the sensors 11-14 in the operator'scomputer 4.

В соответствии с составом измерительных датчиков 11-14, входящих в угломерное устройство 8, возможны два основных режима определения углов α_д, β.In accordance with the composition of the measuring sensors 11-14 included in thegoniometer device 8, two main modes of determining the angles α_d , β are possible.

В первом режиме - режиме измерения магнитного азимута - дирекционный угол α_д определяется соотношением:In the first mode - magnetic azimuth measurement mode - the directional angle α_d is determined by the ratio:

α_д=α_и-δα_см=α_м+δα_мс-δα_смα_d = α_and -δα_cm = α_m + δα_ms -δα_cm

где α_и - истинный азимут, α_м - магнитный азимут, δα_мс - магнитное склонение, δα_см - сближение меридианов.where α_and are the true azimuth, α_m is the magnetic azimuth, δα_ms is the magnetic declination, δα_cm is the approach of the meridians.

При этом магнитный азимут α_м вычисляется по формуле:The magnetic azimuth α_{m is} calculated by the formula:

где Н_х, Н_у, H_z - проекции магнитного поля Земли, измеряемые магнитометром 13; β - угол места цели, γ - угол крена угломерного устройства 8, вычисляемые по показаниям а_х a_у, a_z акселерометра 12 в соответствии с соотношениями:where N_x , N_y , H_z are the projections of the Earth's magnetic field, measured by amagnetometer 13; β is the elevation angle of the target, γ is the roll angle of thegoniometric device 8, calculated from the readings a_x a_y , a_{z of the}accelerometer 12 in accordance with the relations:

где g - ускорение силы тяжести в точке установки комплекта. Соотношения (2) определяют работу акселерометра 12 в качестве акселерометрического трехосевого инклинометра.where g is the acceleration of gravity at the installation point of the kit. Relations (2) determine the operation of theaccelerometer 12 as an accelerometer triaxial inclinometer.

Формулы (1), (2) описывают работу электронного угломерного устройства 8 в магнитной географической системе координат OE_мN_мh и связанной системе координат OXYZ с началом в его центре масс. При этом ось OY совпадает с продольной осью оптического визира дальномера 3 и направлена на цель. Данные системы координат широко используются при решении топогеодезических и навигационных задач.Formulas (1), (2) describe the operation of theelectronic goniometer device 8 in the magnetic geographical coordinate system OE_m N_m h and the associated coordinate system OXYZ with the origin at its center of mass. In this case, the OY axis coincides with the longitudinal axis of the optical sight of therange finder 3 and is aimed at the target. These coordinate systems are widely used in solving topographic and geodetic and navigation problems.

Вторым режимом является гироазимутальный режим (режим гироскопа направления). Этот режим предполагает наличие предварительно выбранного опорного направления, задаваемого дирекционным углом α_доп некоторого ориентира.The second mode is the gyro-azimuthal mode (direction gyro mode). This mode assumes the presence of a preselected reference direction defined by the directional angle α_{dop of a} certain reference point.

Физический смысл этого режима состоит в том, что относительно направления α_{д оп} по измерениям датчика угловой скорости 11 при перенацеливании (вращении) угломерного устройства 8 с ориентира на цель проводится измерение приращения угла Δα_д с последующим определением полного значения дирекционного угла цели α_д.The physical meaning of this mode is that relative to the direction of α_{d op} according to the measurements of theangular velocity sensor 11 when redirecting (rotating) thegoniometric device 8 from a landmark to the target, the angle increment Δα_d is measured, followed by the determination of the full value of the target angle α_d .

Математически при обработке измерений в компьютере оператора 4 этот режим реализуется с помощью рекуррентной процедуры:Mathematically, when processing measurements inoperator computer 4, this mode is implemented using a recursive procedure:

где c₁ (k)=sinα_д(k)cosβ(k), с₂(k)=соsα_д(k)соsβ(k), c₃(k)=sinβ(k) - текущие значения направляющих косинусов оси OY связанной системы координат OXYZ относительно осей географической системы координат (географический трехгранник) OENh, являющейся опорной в задачах инерциальной навигации.where c₁ (k) = sinα_d (k) cosβ (k), c₂ (k) = cosα_d (k) cosβ (k), c₃ (k) = sinβ (k) are the current values of the direction cosines of the OY axis the associated coordinate system OXYZ relative to the axes of the geographic coordinate system (geographic trihedron) OENh, which is the reference in inertial navigation problems.

В процедуре (3) δ_x(k)=ω_х(k)Т, δ_у(k)=ω_у(k)Т, δ_z(k)=ω_z(k)T - парциальные (пошаговые) приращения углов вращения угломерного устройства 8; ω_х(k), ω_у(k), ω_z(k) - текущие показания (отсчеты) датчика угловой скорости 11; Т=t_k-t_k-1 - шаг (интервал времени) выдачи данных датчиком, в течение которого угловые скорости ω_х, ω_у, ω_z считаются постоянными; k=1,2,…, K - номер очередного шага; K - количество шагов (измерительных отсчетов датчика) на интервале перенацеливания угломерного устройства 8 с ориентира на цель.In procedure (3), δ_x (k) = ω_x (k) T, δ_y (k) = ω_y (k) T, δ_z (k) = ω_z (k) T are the partial (incremental) increments of the angles rotation of thegoniometer device 8; ω_x (k), ω_y (k), ω_z (k) - current readings (readings) of theangular velocity sensor 11; T = t_k -t_k-1 is the step (time interval) of the data output by the sensor, during which the angular velocities ω_x , ω_y , ω_z are considered constant; k = 1,2, ..., K is the number of the next step; K is the number of steps (measuring readings of the sensor) on the retargeting interval of thegoniometric device 8 from a landmark to the target.

По окончании перенацеливания (k=K) определяются искомые дирекционный угол целиAt the end of the retargeting (k = K), the desired directional angle of the target is determined

и ее угол местаand its elevation

Возможен также вариант определения угла β(K) по соотношению (2) с использованием измерения акселерометра а_у(K) на момент окончания перенацеливания.It is also possible to determine the angle β (K) from relation (2) using the measurement of the accelerometer а_у (K) at the end of the redirection.

Необходимые для запуска рекуррентной процедуры (3) начальные условия задаются так:The initial conditions necessary for starting recursive procedure (3) are defined as follows:

с₁(0)=sinα_{д оп}соsβ(0), с₂(0)=соsα_{д оп}соsβ(0), c₃(0)=sinβ(0),c₁ (0) = sinα_{d op} cos β (0), c₂ (0) = cos α_{d op} cos β (0), c₃ (0) = sin β (0),

где β(0) - угол места ориентира, определяемый соотношением (2) по измерению а_у (0) в начальном положении угломерного устройства 8.where β (0) is the elevation angle of the landmark, determined by the relation (2) by measurement and_y (0) in the initial position of thegoniometer 8.

Возможны три варианта задания опорного дирекционного угла α_{д оп}:There are three options for setting the reference directional angle α_{d op} :

- с помощью ориентира (репера) с известными координатами и модуля СНС 5, определяющего координаты точки установки комплекта;- using a landmark (reference point) with known coordinates and theSNA 5 module, which determines the coordinates of the installation point of the kit;

- с использованием двухканального угломерного модуля 14 с двумя вынесенными антеннами 15, разнесенными на базу заданной длины, обеспечивающей требуемую точность угловой фазометрии;- using a two-channel goniometer module 14 with tworemote antennas 15, spaced at the base of a given length, providing the required accuracy of angular phase metering;

- с применением датчика угловой скорости 11 и акселерометра 12 в режиме гирокомпасирования.- using anangular velocity sensor 11 and anaccelerometer 12 in gyrocompassing mode.

В последнем случае для истинного опорного угла азимута α_{и оп} в формуле расчета угла α_{д оп}=α_{и оп}-δ_см остается справедливым соотношение (1) при замене проекций магнитного поля Н_х Н_у, H_z на измеренные датчиком угловой скорости 11 проекции ω_х(0), ω_у(0), ω₂(0) вектора угловой скорости вращения Земли Ω в положении установки угломерного устройства 8 на ориентир:In the latter case, for the true reference azimuth angle α_{and op} in the formula for calculating the angle α_{d op} = α_{and op} -δ_cm , relation (1) remains valid when replacing the magnetic field projections Н_х Н_у , H_z with the projections measured by theangular velocity sensor 11 ω_x (0), ω_y (0), ω₂ (0) of the angular velocity of the Earth’s rotation Ω in the installation position of thegoniometric device 8 on the landmark:

где, как и ранее, β(0) - угол места ориентира; γ(0) - угол крена угломерного устройства 8. Оба угла определяются соотношениями (2).where, as before, β (0) is the angle of the landmark; γ (0) is the roll angle of thegoniometric device 8. Both angles are determined by relations (2).

В заключение отметим, что при использовании в электронном угломерном устройстве 8 высокоточных образцов датчика угловой скорости 11, обладающих малыми значениями систематической (дрейф нуля) и флюктуационной ошибок (таких как МЭМС-датчики тактического и навигационного классов, миниатюрный волновой твердотельный гироскоп [9]), режим гирокомпасирования может стать самостоятельным режимом в дополнение к двум основным режимам определения углов α_д, β цели.In conclusion, we note that when 8 high-precisionangular velocity sensor 11 samples are used in an electronic goniometer device and have low systematic (zero drift) and fluctuation errors (such as MEMS sensors of tactical and navigational classes, miniature wave solid-state gyroscopes [9]), the gyrocompassing mode can become an independent mode in addition to the two main modes for determining the angles α_d , β of the target.

Таким образом, заявляемый комплект носимой аппаратуры топогеодезической привязки и формирования целеуказаний может быть реализован. Обладает малыми габаритами и весом и позволяет решать возложенные задачи с достаточной точностью.Thus, the inventive set of wearable equipment of topographic and geodetic reference and target designation can be implemented. It has small dimensions and weight and allows solving assigned tasks with sufficient accuracy.

Источники информацииInformation sources

1. Перископическая артиллерийская буссоль ПАБ-2. Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства Обороны СССР, издание четвертое, Москва, 1970 г.1. Periscope artillery compass PAB-2. Order of the Red Banner of Labor Military Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, Fourth Edition, Moscow, 1970

2. Патент RU 2522784.2. Patent RU 2522784.

3. Патент RU 2480714.3. Patent RU 2480714.

4. https://vpk.name/library/f/strelec.html.4. https://vpk.name/library/f/strelec.html.

5. Патент RU №2602746.5. Patent RU No. 2602746.

6. Патент RU №2577806.6. Patent RU No. 2577806.

7. Патент RU №2572109.7. Patent RU No. 2572109.

8. Заявка на изобретение RU №2016104007, решение о выдаче патента от 15.03.2017.8. Application for invention RU No. 2016104007, decision on the grant of a patent dated 03.15.2017.

9. Патент RU №2544870.9. Patent RU No. 2544870.

Claims (1)

Translated fromRussian

Комплект носимой аппаратуры топогеодезической привязки и формирования целеуказаний, содержащий поворотный механизм с опорой, дальномер, компьютер оператора комплекта, соединенный с дальномером, модулем спутниковых навигационных систем с антенной и каналом беспроводной связи, отличающийся тем, что комплект дополнительно оснащен электронным угломерным устройством, выполненным в виде блока, содержащего контроллер, который соединен с органами локального управления и индикации, трехосевыми датчиком угловой скорости, акселерометром и магнетометром с согласованными между собой осями чувствительности, датчиком температуры, двухканальным угломерным модулем спутниковых навигационных систем с возможностью подключения к каждому каналу отдельной выносной антенны с собственным средством установки, контроллер электронного угломерного устройства соединен информационно и по питанию с компьютером оператора комплекта, блок электронного угломерного устройства механически с помощью безлюфтовых разъемных соединений связан с дальномером и поворотным механизмом.A set of wearable equipment for geodetic reference and target designation, comprising a rotary mechanism with a support, a range finder, a set operator’s computer connected to a range finder, a satellite navigation system module with an antenna and a wireless communication channel, characterized in that the set is additionally equipped with an electronic goniometer made in the form block containing the controller, which is connected to the local control and display, three-axis angular velocity sensor, accelerometer and m a pressure meter with coordinated sensitivity axes, a temperature sensor, a two-channel goniometer module of satellite navigation systems with the ability to connect to each channel a separate remote antenna with its own installation tool, the controller of the electronic goniometer device is connected information and power to the kit operator’s computer, the electronic goniometer unit is mechanically with the help of backlash-free plug-in connections it is connected with a range finder and a rotary mechanism.

Images