Способ спутниковой радионавигации на железнодорожном транспорте

(51) 01 1/02 (2006.01) 01 1/20 (2006.01) 01 3/02 (2006.01) 01 5/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Предложен способ радионавигации,заключающийся в том, что излучают радиопередатчиком подвижного объекта кодированный сигнал, принимают обратный сигнал,ретранслированный геостационарным спутником(ГСС),измеряют временное запаздывание прохождения прямого и ретранслированного ГСС сигналов, имеющих идентификационный код запроса, от подвижного объекта до ГСС, вычисляют,дальность от СС до подвижного объекта и определяют географические координаты местоположения подвижного объекта, при этом в качестве подвижного объекта используют железнодорожный локомотив,в качестве излучающего и принимающего устройства используют связной приемопередатчик,установленный на подвижном составе,ретранслированный кодированный сигнал принимают от одного ГСС, географические координаты местоположения железнодорожного поезда определяют по точке пересечения дальности до ГСС с линией железнодорожной трассы.(76) Козин Игорь Дмитриевич , Имандосова Маргарита Булатовна(54) СПОСОБ СПУТНИКОВОЙ РАДИОНАВИГАЦИИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ(57) Изобретение относится к техническим средствам навигации, в частности, определения местоположения в геоцентрической системе координат по двум и более найденным расстояниям,путем сравнения времени распространения синхронизированных радиосигналов, переданных ненаправленными антеннами, и может быть применено на железнодорожном транспорте. Технический результат, получаемый при использовании изобретения, расширение арсенала спутниковых радионавигационных средств. 20345 Изобретение относится к техническим средствам навигации,в частности,определения местоположения в геоцентрической системе координат по двум и более найденным расстояниям,путем сравнения времени распространения синхронизированных радиосигналов, переданных антеннами, и может быть применено на железнодорожном транспорте. Известен способ определения местоположения транспортного средства или какого-либо другого объекта с помощью, как минимум, из четырех навигационных точек /Беляевский Л.С., Новиков, Олянюк П.В. Основы радионавигации. М.,Транспорт, 1982, с.287/. Навигационными точками называют радиопередатчики, работающие в синхронном режиме, в том числе на космических орбитах. Радиопередатчики ИСЗ излучают синхронизированные радиосигналы ненаправленными антеннами. Радиосигналы четырех спутниковых радиопередатчиков принимают ненаправленной антенной радиоприемного устройства транспортного средства или другого объекта,измеряют относительные временные задержки спутниковых сигналов, по временным задержкам сигналов, вычисляют расстояния до спутников,вычисляют по известным географическим координатам спутников и расстояниям их до транспортного средства или другого объекта широту, долготу и высоту транспортного средства или другого объекта над уровнем моря. При известной высоте нахождения объекта навигация возможна с использованием уже трех навигационных точек. Наиболее близким аналогом является известный способ спутниково радионавигации, использующей две расположенные на космической орбите навигационные точки /Акимов А. А. Буравин А.Е. Связь и навигация. Интеграция услуг. М., Системы и средства связи, 2000 г.3-4, с. 8-12, с. 10-14/,включающий излучение подвижным объектом кодированного сигнала,измерение времени прохождения прямых и ретранслированных двумя разнесенными по долготе ГСС сигналов, имеющих идентификационный код запроса, от подвижного объекта, до наземной станции сбора данных (НС) по двум путям и сравнении их при известных расстояниях между НС и ГСС и вычислении координат точки местоположения объекта. Для решения задач навигации и позиционирования обслуживаемых транспортных средств применен принцип оценки относительных удалений по дальности распространения сигналов между подвижным объектом(ПО) и геостационарным спутником связи (ГСС). Система, реализующая способ, состоит из трех сегментов космического, земного и абонентского. Космический сегмент строился на основе двух геостационарных разнесенных по долготе спутников. Земной сегмент состоял из наземной станции сбора данных с центральным вычислительным комплексом, связанным через антенное устройство с каждым спутником. Абонентский сегмент - состоял из недорогих,2 легких,одноканальных приемопередатчиков,устанавливаемых на подвижных объектах. Оба геостационарных спутников выполняют роль ретрансляторов сигналов в линии радиосвязи между наземной станцией центра сбора и аппаратурой подвижного объекта. При этом ГСС-1 обеспечивает ретрансляцию сигналов от наземной станции к подвижному объекту и обратно, а ГСС-2 только от подвижного объекта к наземной станции. Система четырех объектов,в которой координаты трх объектов ГСС-1, ГСС-2 и наземной станции известны,позволяет по методу триангуляции рассчитать координаты четвертого объекта, если измерить дальности от подвижного объекта до ГСС-1 и ГСС-2. Приближенно это можно представить следующим образом, если измерены дальности от ГСС-1 и ГСС-2 до объектов 1 и 2, то подвижный объект находится на линии пересечения двух сфер, описанных радиусом 1 с центром на ГСС-1 и радиусом 2 с центром на ГСС-2. Пересечение же этой линии с поверхностью Земли даст точку местоположения подвижного объекта. Значения 1 и 2 определяют вычитанием из известных расстояний от наземной станции до ГСС 1 и ГСС-2 расстояния от наземной станции до подвижного объекта. Эти дальности определяют на наземной станции по временной задержке между запросным сигналом от наземной станции и ответными сигналами от подвижного объекта,принимаемыми через ГСС-1 и ГСС-2. Полученные на наземной станции координаты подвижного объекта могут быть переданы ему по каналу связи через ГСС. Аппаратура каждого подвижного объекта имеет свой код, что позволяет наземной станции устанавливать связи одновременно со всеми объектами, с группой или с одним. В нормальном состоянии аппаратура на подвижном объекте находится в пассивном режиме (прием сигналов от наземной станции). Активизацию(включение передатчика) аппаратуры осуществляют по запросу от наземной станции. Общим неудобством известных спутниковых способов радионавигации является недостаточная надежность,так как спутники являются собственностью иностранных владельцев, и в любой произвольный момент времени ИСЗ могут быть выключены и работа их может быть прекращена. Задача изобретения разработка альтернативного автономного независимого от иностранных собственников спутников способа железнодорожной радионавигации. Технический результат, получаемый при использовании изобретения, -расширение арсенала спутниковых радионавигационных средств. Технический результат достигается тем, что так же, как в известном способе радионавигации,излучают радиопередатчиком подвижного объекта кодированный сигнал, принимают обратный сигнал,ретранслированный геостационарным спутником,измеряют временное запаздывание прохождения прямого и ретранслированного ГСС сигналов,имеющих идентификационный код запроса, от подвижного объекта до ГСС, вычисляют дальность 20345 от ГСС до подвижного объекта и определяют географические координаты местоположения подвижного объекта. Однако, в отличие от известного способа радионавигации, в предлагаемом способе в качестве подвижного объекта используют железнодорожный состав, в качестве излучающего и принимающего устройства используют связной приемопередатчик установленный на подвижном составе,ретранслированный кодированный сигнал принимают от одного ГСС-1, географические координаты местоположения железнодорожного состава определяют по точке пересечения дальности до ГСС с линией железнодорожной трассы. Пример осуществления способа Предлагаемый способ радионавигации с использованием одного геостационарного ИСЗ осуществлен во время движения поезда 7 Алматы-Москва в августе 2006 г. Для определения текущего местоположения поезда использован один геостационарный телекоммуникационный спутник связи -1. Для осуществления способа железнодорожной радионавигации в кабине машиниста локомотива был задействован связной приемопередатчик с рабочей частотой передатчика 14 ГГц, рабочей частотой приемника 11 ГГЦ и излучаемой мощностью 45 Вт, с антенной,направленной на ГСС. Радиоаппаратура была дополнена генератором модулирующих идентификационных сигналов псевдослучайной последовательностью импульсов, модулятором и компьютерным блоком обработки сигналов и вычислений Периодически измеряли времена задержки прохождения сигнала от локомотива до спутника-1 и обратно , по измеренным временам задержки определяется текущая дальностьот спутника до поезда(-3)/2,где 3- задержка сигналов в трактах спутниковой приемопередающей радиоаппартуры, ,- времена задержки прохождения сигнала от локомотива до спутника, с - скорость света. В блоке компьютерной обработки по найденным значениямопределяли местоположения поезда,как точку пересечения линии окружности с радиусом , проведенной от ИСЗ, с линией трассы передвижения поезда. Зависимость удаления ИСЗ до земной поверхности от географических координат и координаты линии железнодорожной трасс были заложены в базе компьютера. Текущие измерения предлагаемым способом одновременно дублировались измерениями устройством позиционирования . Это позволило определить погрешность предлагаемого способа 6017 м, что вполне допустимо, для данного типа местоопределения. Таким образом, предложен альтернативный способ радионавигации, использующий одну радионавигационную точку,роль которой выполняет геостационарный спутник связи. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ спутниковой радионавигации,заключающийся в том, что излучают радиопередатчиком подвижного объекта кодированный сигнал,принимают обратный сигнал,ретранслированный геостационарным спутником(ГСС),измеряют временное запаздывание прохождения прямого и ретранслированного ГСС сигналов, имеющих идентификационный код запроса, от подвижного объекта до ГСС, вычисляют дальность от ГСС до подвижного объекта и определяют географические координаты местоположения подвижного объекта,отличающийся тем, что в качестве подвижного объекта используют железнодорожный локомотив, в качестве излучающего и принимающего устройства используют связной приемопередатчик установленный на подвижном составе,ретранслированный кодированный сигнал принимают от одного ГСС, географические координаты местоположения железнодорожного поезда определяют по точке пересечения дальности до ГСС с линией железнодорожной трассы.