Способ определения и ретрансляции координат

Способ определения и ретрансляции координат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области навигации и может быть использовано для передачи и/или ретрансляции заинтересованным лицам (объектам) высокоточных координат геодезического пункта.

Известно, что геодезический пункт - это точка, особым образом закрепленная на местности (в грунте, на строении или другом искусственном сооружении) и являющаяся носителем координат, определенных геодезическими методами. Геодезический пункт является элементом геодезической сети, которая служит координатной основой для топографической съемки местности и ряда других геодезических работ. В последнее время проводится работа по созданию и использованию спутниковой геодезической сети (прежде всего, в промышленно развитых и обжитых районах) с закреплением на местности пунктов, координаты которых определяются относительными методами космической геодезии. По возможности такие пункты совмещаются с действующими пунктами государственной или специальной геодезической сети и всегда жестко привязываются к их каталогам координат. Недостатки использования координат подобных объектов прямо следуют из особенностей их размещения на местности и обусловлены ограниченным доступом к координатам заинтересованных потребителей, требующим, по существу, нахождения лиц (объектов) в районе близкого расположения к одному из пунктов. В свою очередь, ретрансляция поправок координат средствами глобальных навигационных спутниковых систем требует существенных технических и финансовых вложений и учета влияния как естественных, так и искусственных радиопомех для сохранения требуемой точности определения координат.

Из патента РФ на изобретение №2350368 известен способ, предполагающий, в том числе, возможность определения координат района чрезвычайной ситуации посредством наблюдения за некоторой местностью с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА), а при обнаружении реальной чрезвычайной ситуации - определение координат ее возникновения и площади распространения, передачу данных наблюдения по каналу радиосвязи. Недостатком подобного способа определения координат является отсутствие требуемой точности и оперативности, поскольку определение координат местности по существу прямо увязано с изменением местоположения БПЛА относительно участков наблюдаемой территории в конкретные моменты времени.

Таким образом, с учетом озвученных недостатков известных способов определения координат, технический результат, достигаемый при реализации заявленного способа, состоит в расширении доступа заинтересованных лиц (объектов) к геодезическим координатам с сохранением высокой точности и помехозащищенности их определения.

Для достижения поставленного результата предлагается способ определения и ретрансляции географических координат (геопространственного позиционирования точечного объекта), включающий обеспечение расположения на местности по меньшей мере одного маркерного маяка с зафиксированными и постоянными координатами и наличие в течение длительного времени в воздушном пространстве над таким маяком летательного аппарата (ЛА), при этом ЛА выполнен с возможностью постоянного высокоточного определения своих координат относительно указанного маяка и ретрансляции полученных данных потребителям в пределах радионавигационного поля.

Маяк может быть выполнен с возможностью излучения в верхней полусфере модулированного навигационного сигнала (радио, оптического или иного) с узкой и сканирующей диаграммой направленности, позволяющей определять местоположение ЛА относительно маяка, как по географическим координатам, так и по высоте (например аналогично патенту http://www.findpatent.ru/patent/208/2081428.html). При этом в качестве маяка может быть использован геодезический знак.

В качестве ЛА может быть использован беспилотный летательный аппарат (БПЛА), выполненный с возможностью обеспечения стабилизации и/или зависания в воздушном пространстве над маяком в течение длительного времени. При этом БПЛА может быть оснащен приемо-передающей аппаратурой, осуществляющей определение положения ЛА относительно маяка, средствами оптической корректировки (уточнения) положения ЛА, средствами кодирования передаваемых данных, средствами обеспечения зависания и/или стабилизации, в т.ч., например, воздушным шаром, проводом присоединения к наземному источнику электропитания (маяку) и др.

В общем виде процесс реализации заявленного способа можно разделить на два этапа:

первый этап - предварительное расположение на местности одного или нескольких маркерных маяков с зафиксированными и постоянными географическими координатами. В качестве таких маяков могут быть использованы как специально созданные геодезические знаки, устанавливаемые исходя из потребностей, например, при освоении какой-либо малонаселенной и/или труднодоступной местности, так и существующие геодезические пункты;

второй этап - обеспечение нахождения в течение длительного времени в воздушном пространстве непосредственно над маяком летательного аппарата, обеспечивающего передачу сигнала - собственных высокоточных координат, определенных исходя из положения маяка и положения ЛА относительно указанного маяка в момент передачи сигнала. Под длительным нахождением понимается продолжительное зависание ЛА над маяком, при котором очевидно, что конкретные параметры такого положения в воздушном пространстве зависят от особенностей ЛА и могут обеспечиваться как непосредственными техническими характеристиками (собственно конструкция ЛА, запас и расход топлива, тип и экономичность двигателя, возможность дозаправки и т.п.), так и дополнительными вспомогательными средствами. В рамках реализации заявленного способа существенным в данном случае является сам факт нахождения на некоторой высоте над маяком такого ЛА, который, в свою очередь, обеспечивает возможность и существенно расширяет зону доступа к высокоточным геодезическим координатам неограниченного круга объектов (лиц). По существу, в данном случае, ЛА исполняет роль средства реализации высотного расположения маяка над местностью, при этом поднимают по высоте не сам материальный объект - маяк, а его нематериальную составляющую - высокоточные географические координаты, которые посредством соответствующей аппаратуры транслируют потребителям.

Данный способ реализуется следующим образом (со ссылкой на прилагаемую блок-схему - фиг. 1). На земле устанавливается геодезический пункт, оборудованный радионавигационным оборудованием (маяком), позволяющим ЛА, находящимся непосредственно над ним, определять свое положение относительно геодезического пункта с высокой точностью. Для этого в маяке может применяться, например, метод радиочастотного кодирования двухосевого сканирования, с определением расстояния до объекта. При этом с высокой точностью определяется угловое положение ЛА относительно маяка, а также расстояние до него. Эти данные преобразуются в точную географическую координату ЛА в момент радио-взаимодействия с маяком.

Определенная координата ЛА транслируется либо по всему азимуту, либо в определенном секторе. Трансляция осуществляется кодированным радиосигналом, что позволяет на приемнике определять точное направление, с которого был принят сигнал, а также получать информацию о местоположении ретранслирующего ЛА.

В случае, если радиообмен осуществляется в двух направлениях, то одновременно осуществляется определение расстояния между ретранслирующим ЛА и приемником. При этом достаточно одного геодезического пункта с ретранслирующим ЛА для определения точного положения приемника.

В случае если производится односторонняя радиопередача, без возможности определения расстояния между ретранслирующим ЛА и приемником, или при необходимости более точного позиционирования приемника, используются два и более ретранслирующих ЛА. При этом координата приемника определяется, например, методом триангуляции.

1. Способ определения и ретрансляции географических координат (геопространственного позиционирования точечного объекта), включающий обеспечение расположения на местности по меньшей мере одного маркерного маяка с зафиксированными и постоянными координатами и наличие в течение длительного времени в воздушном пространстве над таким маяком летательного аппарата (ЛА), при этом ЛА выполнен с возможностью постоянного высокоточного определения своих координат относительно указанного маяка и ретрансляции полученных данных потребителям в пределах радионавигационного поля.

2. Способ по п. 1, в котором маяк выполнен с возможностью излучения в верхней полусфере навигационного сигнала, позволяющего ЛА осуществить определение своих координат относительно маяка.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором ЛА выполнен в виде беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с возможностью зависания и/или стабилизации расположения в воздушном пространстве над маяком в течение длительного времени.

4. Способ по п. 3, в котором ЛА оснащен приемо-передающей аппаратурой, осуществляющей определение координат ЛА относительно маяка посредством анализа навигационного сигнала маяка.

5. Способ по п. 3, в котором ЛА оснащен приемо-передающей аппаратурой, осуществляющей определение координат ЛА относительно маяка посредством облучения маяка и анализа отраженного сигнала.

6. Способ по п. 3, в котором ЛА оснащен видеокамерой, направленной вниз, и аппаратурой, осуществляющей определение координат ЛА относительно маяка посредством анализа видеоизображения маяка и положения ЛА в пространстве.

7. Способы по любому из пп. 4-6 совместно или в любой комбинации.

8. Способ по п. 3, в котором ЛА дополнительно оснащают средствами кодирования передаваемых данных, позволяющими получать потребителям точные данные о своем положении относительно ЛА.

9. Способ по п. 1 или 2, в котором в качестве маяка используют геодезический знак.

10. Способ по п. 3, в котором средством обеспечения зависания и/или стабилизации положения ЛА в воздушном пространстве служит воздушный шар.

11. Способ по п. 3, дополнительно включающий использование средства доставки электроэнергии на борт ЛА с целью увеличения длительности зависания, а также для обмена данными между маяком и ЛА, при этом таким средством является провод, соединяющий маяк и ЛА.