устройство для решения навигационных задач
Классы МПК: | G06G1/16 устройства, в которых для выполнения счетных операций проводится прямая или кривая линия через сопряженные точки на одном или нескольких семействах характеристических кривых G01C21/02 с помощью астрономических средств |
Автор(ы): | Дода Л.Н. |
Патентообладатель(и): | Дода Леонид Николаевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1990-11-20 публикация патента:
09.02.1995 |
Изобретение служит для выбора оптимальных созвездий астроориентиров и кеплеровских навигационных точек на маршруте потребителя. Может быть использовано для отображения и анализа элементов звездной, баллистической и навигационной обстановки, при решении задач штурманской подготовки, а также при решении практических задач сферической тригонометрии в азимутальных проекциях сферы. Сущность изобретения: устройство содержит основание 6, пять прозрачных дисков 8 - 12, поворотных относительно друг друга, установленных на общей оси 7, на диски и основание нанесены графические элементы: карты полушарий Земли, трассы кеплеровских точек, рабочие районы пар звезд, шкала, сетки межвитковых сдвигов, дуги больших кругов сферы, движок со шкалами, лимб 41, визирную линейку 40. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ЗАДАЧ, содержащее установленные на общей оси прозрачное основание с градусной шкалой на ободке, два диска и движок, выполненные прозрачными, на движке диаметрально расположена шкала широт в азимутальных проекциях сферы с полюсами сферы на общей оси, движок снабжен подвижным вдоль его продольной оси прозрачным лимбом с градусной шкалой, причем диски и движок установлены с возможностью вращения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены визирная линейка с линейной шкалой, снабженная подвижными с возможностью фиксации указателями, соосно расположенные первый и второй ползунки, три диска, выполненные прозрачными и установленные на общей оси с возможностью вращения, причем все прозрачные диски снабжены фиксаторами положения, на основании соосно с прозрачными дисками по границе прозрачных дисков расположено рабочее круговое поле со шкалами долгот и местного времени, на первом диске, выполненном съемным, нанесены с разных сторон карты полушарий Земли в стереографической проекции с полюсами на общей оси, на втором диске расположены в стереографической проекции карта небесной полусферы с полюсом мира на общей оси, координаты и рабочие районы пар звезд, выполненные разным цветом для северной и южной полусфер, на третьем и четвертом дисках в соответственно с баллистической структурой нанесены трассы кеплеровских навигационных и целевых точек соответственно, на пятом диске расположены дуги больших кругов следов плоскостей орбит кеплеровских навигационных и целевых точек, Солнца и Луны, круговые шкалы узлов межвитковых сдвигов кеплеровских точек, совмещенные по диаметральной базовой линии шкалы широт в стереографической, гномонической и ортографической проекции сферы с полюсами на общей оси, первый ползунок, на котором установлен с возможностью вращения лимб, расположен на движке с возможностью перемещения вдоль его продольной оси, второй ползунок, на котором установлена визирная линейка с возможностью перемещения внутри его, установлен с возможностью вращения относительно первого ползунка, визирная линейка и движок снабжены фиксаторами положения.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к вычислительным устройствам, в частности, к устройствам, позволяющим выбирать оптимальные созвездия астроориентиров и кеплеровских навигационных точек в любой точке маршрута потребителя и может быть использовано для отображения и анализа элементов звездной, баллистической, навигационной обстановки в процессе планирования работы астронавигационных приборов, при решении задач штурманской подготовки, а также при решении целого ряда практических задач сферической тригонометрии, сводящихся к решению сферических треугольников в азимутальных проекциях, в частности, при определении характеристик кинематических элементов орбитальных систем. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому устройству является навигационные устройство, выполненные в виде собранных на общей оси основания, двух прозрачных подвижных дисков и двух движков, установленных по разные стороны основания. С одной стороны основания нанесена карта областей небесных сфер с градусной шкалой по окружности, на подвижном диске нанесен маршрут потребления, на движке - шкала широт. На другой стороне основания нанесены звездная карта небесной сферы и шкала звездного времени на ободке, на диске - сетка из дуг больших кругов и линий равных расстояний от узлов, а движок со шкалой широт снабжен подвижным вдоль движка прозрачным лимбом с градусной шкалой. Планшет позволяет выбирать пары астроориентиров, определять их высоты и азимуты и границы восхода и захода Солнца и Луны. Недостатком известного устройства является его узкое использование лишь для выбора пар астроориентиров и невозможность использования для выбора рабочих созвездий подвижных ориентиров, например: кеплеровских навигационных точек (КНТ) с заданной баллистической структурой, а также при решении сферических треугольников. Техническая сущность этого планшета может быть использована для разработки устройств с расширенным диапазоном решаемых задач. Целью предлагаемого технического решения является расширение класса решаемых задач, по сравнению с известным устройством, а именно: обеспечение возможности выбора потенциально оптимальных созвездий кеплеровских навигационных точек с заданной баллистической структурой и решение сферических треугольников в азимутальных проекциях при решении ряда задач сферической тригонометрии и определении кинематических характеристик кеплеровских точек и орбитальных систем. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее собранные на общей оси основание планшета, два прозрачных подвижных диска с графическими элементами, движок со шкалой широт и подвижный вдоль его продольной оси прозрачный лимб с круговой градусной шкалой, введены на общую ось три прозрачных концентрических подвижных диска и две параллельно соединенные с возможностью разъема круглые прозрачные пластины. Между центрами пластин на общей оси расположены пять концентрических, поворотных относительно друг друга, прозрачных дисков с нанесенными графическими элементами в азимутальных проекциях сферы: трассами кеплеровских точек, рабочими районами звезд, шкалами, сетками межвитковых сдвигов, дугами больших кругов, базовыми линиями. С внешней стороны верхней пластины основания нанесено круговое рабочее поле со шкалами долгот и времени по его границе и центром на общей с дисками оси, а также закреплен на общей оси блок для решения задач в проекциях сферы (БПС). Блок содержит движок с диаметральными шкалами широк азимутальных пароекций сферы и связанную с ним посредством соосно соединенных двух ползунков визирную линейку с подвижными, с возможностью фиксации указателями и равномерной линейной шкалой. Движок с ввевденными в известную конструкцию первым ползуном и закрепленным на нем лимбом и связанным с ним вторым ползуном с закрепленной в нем, но с возможностью перемещения визирной линейкой, составляют вращательную пару, фиксация звеньев которой обеспечивается фиксирующими элементами. Решение задач сферической тригонометрии с использованием БПС основано на реализации с помощью его элементов основных свойств перспективно-азимутальных проекций сферы. Такими свойствами являются (2): для гномонической проекции-изображение ортодромии в проекции прямой линией, что используется для определения промежуточных точек ортодромии при переходе в любую другую проекцию, для стереографической проекции - отображение любой окружности конечных размеров на сфере в проекции окружностью и для ортографической проекции - возможность параллельного переноса проекций точек больших и малых дуг. Таким образом, прозрачность и независимость вращения дисков с нанесенными графическими элементами позволяют проводить совместные операции над графическими элементами с разных дисков и полученный результат этих операций в виде точек, дуг больших и малых кругов, линий копировать на рабочее поле основания. И далее с помощью БПС решать сферические треугольники или другие практические задачи в проекциях сферы. Сущность решения подобных задач с использованием БПС заключается в совмещении одной из сторон сферического треугольника, полученного на рабочем поле в определенной азимутальной проекции, с плоскостью движка, и приведении принадлежащей стороне вершины к центру движка. Для этого визирную линейку, на которой с помощью указателей зафиксирована гномоническая проекция стороны в виде отрезка прямой, перемещают вдоль продольной оси движка, зафиксированного в этом направлении с помощью фиксатора, до совпадения оси ползунов с центром движка. Искомую сторону получают на широтной шкале движка в соответствующей проекции, а угол между двумя последовательно совмещенными с плоскостью движка проекциями сторон - на шкале долгот рабочего поля. Возможность измерения дуг и углов проекций сферического треугольника, а также построение и привязка по координатам на рабочем поле треугольника заданных размеров, позволяют рассматривать с помощью БПС все случаи решения сферических треугольников. С помощью же устройства - прототипа возможно определение только дуги большого круга. Использование разработанного устройства для выбора рабочих созвездий из системы КНТ с заданной баллистической структурой паредполагает последовательное решение таких задач, как установка опорного положения дисков в соответствии с заданным моментом времени, построение зоны радиовидимости (ЗРВ) КНТ потребителем в данной пространственно-временной области, определение положения каждой КНТ на заданный момент времени, анализ принадлежности КНТ зоне радиовидимости на момент определения местоположения потребителя, выбор рабочих созвездий КНТ в соответствии с выбранным критерием. Для определения ЗРВ или другой зоны целевого обслуживания (ЗЦО) потребителя используется БСП. При этом реализация блоком основного свойства стереографической проекции сводится к определению центра и радиуса границы ЗРВ на меридиане потребителя и перенос его к центру рабочего поля, совпадающего с центром проекции орбитальной сферы КНТ. Сущность решения задачи прогнозирования положения кеплеровской точки с помощью разработанного устройства заключается в смещении по часовой стрелке трассовых дисков относительно опорного положения на межвитковое расстояние, умноженное на количество прогнозируемых витков. Временное положение точки на трассе для данной широты определяется по разности долгот восходящих узлов (ВУЗ) следа точки соответственно на вращающейся и невращающейся Земле, деленной на ее угловую скорость 0,25о/мин. Положение каждой из системы КНТ и целевой кеплеровской точки (ЦКТ) в координатах "широта-долгота" на стереографической проекции сферы на прогнозируемый момент времени определяется как точка пересечения трассы кеплеровской точки, нанесенной на трассовом диске, с дугой большого круга, следа плоскости орбиты на невращающейся сфере на рабочем диске. При этом ВУЗ трассы, определяемой КНТ, совпадает с соответствующим ему опорным положением узла на рабочем поле, а для ЦКТ он совпадает с ближайшим к прогнозируемому моменту времени узлом шкалы межвитковых сдвигов, привязанным по времени относительно опорного положения. Сдвиг соответствующей дуги большого круга от указанного ВУЗ производится по шкале времени до совпадения начала дуги с прогнозируемым моментом времени. Полученные таким образом положения КНТ и ЦКТ копируются на рабочее поле. Для дальнейшего анализа выбираются точки, попавшие в ЗРВ. Выбор потенциального оптимального созвездия из КНТ, входящих в ЗРВ потребителя, осуществляется по критерию: одна КНТ - в зените потребителя, а три других равномерно распределены по границе конуса радиовидимости. Указанная конфигурация четверки КНТ, необходимой для решения навигационной задачи, вытекает из того, что максимальный объем пирамиды, построенной на разностных градиентах, будет у правильной пирамиды, вписанной в сферический сегмент сферы радиовидимости потребителя. Алгоритм выбора рабочего созвездия в соответствии с предложенным критерием заключается в следующем. На первом шаге выбирается КНТ Е1, имеющая по дуге большого круга минимальный угол отклонения от геоцентрической вертикали потребителя. На 2-м шаге выбирается КНТ Е2 с углом разнесения относительно выбранной на 1-м шаге точки наиболее близким к 109.5 град. На третьем шаге осуществляется выбор такой КНТ Е3, которая в совокупности с точками Е1 и Е2 дает фигуру максимального объема. На четвертом шаге выбирается такая точка Е4, которая дает пирамиду максимального объема, построенную на векторах разности попарно взятых векторов "потребитель - КНТ Ej", j=![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028667/2028667-2t.gif)
V =
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028667/2028667-3t.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028667/2028667-4t.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028667/2028667-5t.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028667/2028667-6t.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028667/2028667-7t.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028667/2028667-8t.gif)
(1) где l,m,n - стороны основания, найденные с помощью БПС
а,b,c - боковые ребра, найденные с помощью БПС
Таким образом, введенные новые признаки в их связи позволяют решить задачу выбора потребителем оптимального рабочего созвездия КНТ, тем самым расширив класс решаемых задач. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - то же, вид спереди; на фиг. 3 - диск с рабочими районами пар звезд; на фиг. 4 рабочий диск с нанесенными графическими элементами. Устройство (фиг.1,2) содержит основание 1, соединенное с помощью винтов 2-5 с пластиной 6. На закрепленной между центрами основания 1 и пластины 6 общей оси 7 расположены пять одинаковых по размеру концентрических дисков 8-12, имеющих возможность поворота вокруг оси 7. На каждом диске имеется диаметральная базовая линия. Диски 9-12 с нанесенными графическими элементами в стереографической проекции выполнены из прозрачного материала, а на съемном диске 8 с разных сторон наклеены карты северного и южного полушарий Земли с координатной сеткой стереографической проекции, полюса которых совмещены с осью 7. Возможность смены сторон диска 8 с картами полушарий обеспечена радиальной прорезью на диске и фиксирующей защелкой 13, обеспечивающей плотное прилегание диска 8 к оси 7. На прозрачном диске 9 (фиг. 3) в стереографической проекции небесной полусферы, полюс мира которой совпадает с осью 7, нанесены координаты и рабочие районы пар звезд (разным цветом для северной и южной небесной полусферы). Рабочие районы расчитаны так, чтобы разность азимутов выбранной пары составляла 90
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/177.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028001/981.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/955.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/955.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/955.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/955.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/955.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028001/981.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/177.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028002/964.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/955.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028001/981.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028001/981.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/955.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028001/981.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/955.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028027/8800.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028011/729.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028667/2028667-9t.gif)
Hуп =
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028667/2028667-10t.gif)
![устройство для решения навигационных задач, патент № 2028667](/images/patents/445/2028007/183.gif)
- возможность выбора потенциально оптимальных созвездий КНТ с заданной баллистической структурой;
- выбор пар астроориентиров для решения навигационных задач, в том числе, для кеплеровских точек;
- решение практических задач сферической тригонометрии, сводящихся к решению сферических треугольников в азимутальных проекциях;
- решение линейных треугольников;
- определение кинематических характеристик кеплеровских точек, в частности, прогнозирование положения кеплеровской точки на заданный момент времени и решение обратной задачи, определение факта попадания кеплеровской точки в зону целевого обслуживания, взаимовидимость кеплеровских точек, определение параметров наведения для потребителей и кеплеровских точек между собой;
- отображение и анализ элементов звездной, баллистической и навигационной обстановки на основе решения перечисленных выше задач.
Класс G06G1/16 устройства, в которых для выполнения счетных операций проводится прямая или кривая линия через сопряженные точки на одном или нескольких семействах характеристических кривых
Класс G01C21/02 с помощью астрономических средств