СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01C22/00 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, а именно к радиогеодезическим системам слежения за местоположением контролируемых объектов, и может быть использовано в навигации, например, при аэрофотосъмке с беспилотного летательного аппарата, а также в системах охраны объектов от нападения или несанкционированного проникновения.

Известен ряд систем для определения координат подвижных объектов [1] [2] в которых на подвижных объектах размещают радиоприемники, на не менее, чем на трех опорных пунктах с известными координатами устанавливают радиопередатчики. Сущность способа, реализуемого этими системами, заключается в том, что непосредственно на подвижном объекте по измерениям разности фаз получают разности расстояний между парами опорных пунктов, а по ним определяют координаты.

Недостаток указанного технического решения заключается в том, что обработка и выдача результатов измерений осуществляется на самом подвижном объекте, что не позволяет использовать это техническое решение в системах навигации беспилотных (автоматических) подвижных объектах, а также в системах охранной сигнализации.

Указанный недостаток устранен в способе и устройстве для определения координат подвижных объектов [3] в которых радиопередатчик располагают на подвижном объекте. В районе предлагаемого перемещения объекта равномерно размещена сеть базисных станций, связанных по каналу связи с центральной станцией, в которой размещен блок обработки и регистрации.

Известный способ осуществляется следующим образом. После включения радиопередатчика на подвижном объекте изучаемые им радиосигналы принимаются радиоприемниками базисных станций, которые, в свою очередь, формируют сигналы, пропорциональные уровню принятого сигнала. Блок обработки центральной станции по величинам уровней сигналов не менее трех базисных станций определяет местoположение подвижного объекта.

К недостаткам этого технического решения следует отнести низкую точность, обусловленную свойствами используемого при обработке параметра радиосигнала его уровня, а также необходимость большой плотности базисных станций.

Сущность предложенного изобретения заключается в возможности оперативного определения местоположения множества подвижных объектов с достижением технического результата, заключающегося в получении высокой точности при одновременном упрощении реализации за счет сокращения числа базисных станций.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения координат подвижных объектов, включающем излучение с помощью сигнального передатчика, размещенного на подвижном объекте, коротких периодических измерительных радиосигналов, прием и обработку этих радиосигналов на не менее, чем трех базисных станций, размещенных в точках с известными координатами, передачу по каналу связи на центральную станцию измерительных сигналов от каждой из базисных станций, измерение параметров переданных сигналов и обработку результатов измерений, на опорной станции, размещенной в точке с известными координатами, в том числе в космическом носителе, запущенном на геостационарную орбиту, непрерывно излучают опорный измерительный радиосигнал в виде модулированных синусоидальных колебаний на другой несущей частоте, перед каждым измерительным радиосигналом, излучаемым сигнальным передатчиком, последовательно излучают кодовый управляющий радиосигнал и кодовый адресный радиосигнал, измерительный радиосигнал формируют из двух посылок в виде модулированных синусоидальных колебаний с близкими частотами модуляции, среднее значение которых равно значению частоты модуляции опорного сигнала, передачу кодовых сигналов и измерительных сигналов в цифровом виде на центральную станцию осуществляют по проводному каналу или по световодному каналу, или по радиоканалу на несущей частоте, не равной несущим частотам сигнального передатчика и опорного сигнала, или по комбинированному каналу, причем передачу посылок измерительного сигнала выполняют с одинаковой частотой модуляции, равной разности частот модуляции соответствующих посылок и опорного радиосигнала, при цифровой передаче измерительных сигналов для обеих измерительных посылок определяют интервалы времени от выбранного начала отсчетов до моментов прохождения синусоид через нуль и либо определяют полуразность значений этих интервалов для каждой пары посылок и результаты в цифровом виде направляют по каналу связи на центральную станцию, либо оба результата определения интервалов времени для каждой пары измерительных посылок направляют в цифровом виде на центральную станцию, где производят определение полуразности значения интервалов и определяют разность результатов, полученных не менее, чем трех каналов связи от одного и того же сигнального радиопередатчика, при этом для обеспечения необходимой последовательности передачи с оазисной станции кодового и преобразованного измерительного сигнала используют управляющий сигнал.

Описанный способ осуществляется с помощью устройства, содержащего не менее одного сигнального радиопередатчика (абонентского сигнализатора), устанавливаемого на соответствующем подвижном объекте, не менее трех базисных станций, выполненных каждая с радиоприемной частью, узлом преобразования сигналов, узлом передачи сигналов, не менее одной центральной станции, выполненной с узлом приема сигналов, блоком обработки с вычислителем и канал связи, соединяющий базисные и центральную станции, в котором согласно изобретению в точке с известными координатами устанавливается опорная станция, выполненная с возможностью непрерывного излучения опорного сигнала в виде непрерывных модулированных синусоидальных колебаний, каждый из сигнальных радиопередатчиков выполнен с возможностью последовательного излучения кодированного управляющего сигнала, кодированного адресного сигнала, и двух измерительных сигналов в виде модулированных синусоидальных колебаний с близкими частотами модуляции, среднее значение которых равно значению частоты модуляции опорного сигнала, узел преобразования сигналов каждой из базисных станций выполнен в виде измерительного канала, кодового канала, блока управления каналов и блока цифровой обработки измерительной информации, измерительный канал выполнен с возможностью выделения разностной частоты несущих и модулирующих колебаний опорного сигнала и обоих измерительных сигналов и подключен к выходу радиоприемной части, кодовый канал выполнен с возможностью выделения и пропускания кодовых сигналов и подключен к выходу радиоприемной части, блок управления каналов выполнен с дешифратором управляющего кодового сигнала, подключенного к выходу кодового канала, с формирователем сигнала управления переключением каналов и с ключевыми схемами, подключенными к выходам измерительного и кодового каналов, блок цифровой обработки измерительной информации выполнен на основе микроконтроллера с возможностью цифрового определения интервалов между выбранным началом отсчета и моментами прохождения синусоид через нуль и предварительной обработки этих результатов, пропускания без изменения адресного кодового сигнала, и подключенного к выходам ключевых схем измерительного и кодового каналов, выходной блок выполнен с возможностью передачи через линию связи адресной кодовой и цифровой измерительной информации и подключен к выходу блока цифровой обработки информации, причем центральная станция выполнена с многоканальным входом с числом каналов равным числу базисных станций, с блоком контроллеров сбора и предварительной обработки информации, с главным компьютером с базой данных и с подключенными к нему терминальных компьютеров пользователей, а канал связи выполнен в виде проводного канала, или световодного канала, или радиоканала, или комбинированного канала.

Сущность изобретения поясняется описанием, в варианте применительно к его использованию в системах охраны подвижных объектов (автотранспорта, милицейских постов, отдельных граждан).

На фиг. 1 изображена структурная схема сигнального передатчика на подвижном объекте; на фиг. 2 относительные интервалы сигналов, излучаемых сигнальным передатчиком; на фиг. 3 структурная схема базисной станции; на фиг. 4 относительные интервалы сигналов на базисной станции; на фиг. 5 структурная схема опорного передатчика; на фиг. 6 структурная схема центральной станции.

Как и у прототипа, предлагаемая радиосистема содержит множество абонентских станций с сигнальными передатчиками, сеть (не менее трех) базисных станций и не менее одной центральной станции, где определяется принадлежность абонентской станции, излучающей сигналы тревоги, и местонахождение (координаты) станции. Координаты станции определяются разностно-дальномерным способом не менее, чем по двум разностям расстояний между абонентской и ретрансляционными станциями.

На фиг. 1 обозначено: 1 формирователь модулирующего сигнала (сигнала тревоги) станции, 2 ЧМ-генератор, 3 усилитель мощности станции, 4 антенна станции.

Сигнал тревоги, формируемый формирователем 1, состоит из двух кодированных и двух измерительных посылок, последовательность которых указана на фиг. 2. Первой кодированной посылкой 5 является управляющий сигнал, необходимый для фиксирования момента начала обработки принятых сигналов на базисных станциях; передача управляющего сигнала в виде кодированной посылки вызвана необходимостью обеспечения высокой помехозащищенности ее. Вторая кодированная посылка 6 является адресной, по ней на центральной станции определяется характер сигнала тревоги (например, "несанкционированное проникновение в охраняемое помещение", "разбойное нападение", "угон автомашины", "пожар в помещении", "вызов скорой медицинской помощи" и др.) и принадлежность источника сигнала. Измерительными посылками 7 и 8 являются синусоидальные колебания с разной частотой, отличающиеся на малую величину от ее среднего значения (например, частоты модулирующих колебаний измерительных посылок составляют 9,5 и 10,5 кГц, среднее значение частоты здесь равно 10 кГц, обе частоты отличаются от среднего значения на 0,5 кГц).

Рассмотренным выше сигналом тревоги модулируется генератор 2 станции, причем здесь может быть использована как амплитудная, так и частотная модуляция. Данная система здесь и далее рассматривается применительно к использованию частотой модуляции, как более предпочтительной.

Модулированный сигнал тревоги усиливается усилителем мощности 3 и излучается антенной 4.

В качестве измерительного сигнала помимо указанных выше двух посылок используется еще опорный сигнал, излучаемый опорным передатчиком. Этот сигнал представляет собой непрерывное колебание на несущей частоте, отличной от несущей частоты абонентской станции на указанную ниже величину, модулированной синусоидальными колебаниями с частотой, равной средней частоте измерительных посылок абонентской станции (по указанному выше примеру она составляет 10 кГц).

На представленной на фиг. 3 структурной схеме базисной станции обозначено: радиоприемная часть 9, измерительный канал 10, кодовый канал 11, блок управления каналов 12, блок цифровой обработки измерительной информации (микроконтроллер) 13, блок передачи информации (выходной блок) 14, приемная антенна 15, линия связи с центральной станцией 16.

На вход радиоприемной части 9 попадают два сигнала сигнал тревоги от абонентской станции и опорный сигнал от опорного передатчика. Оба сигнала усиливаются усилителем высокой частоты 17 и преселектором 18. Далее с помощью смесителя 19, гетеродина 20 и УПЧ-1 21 происходит снижение частоты обоих сигналов до значений, удобных для дальнейшей обработки сигналов. При этом частотная характеристика УПЧ-1 может быть сплошной, перекрывающей частоты обоих сигналов, преобразованные смесителем 19, либо двугорбой с резонансным усилением каждого из преобразованных частот. В последнем случае требуется обеспечить повышенную стабильность частотных характеристик резонансных контуров усилителя, что может быть реализовано путем выбора стабильных ее элементов, а также при необходимости, с использованием автоподстройки частоты контуров усилителя или с использованием периодической калибровки этого усилителя (не показано).

Оба сигнала затем попадают на два входа на вход измерительного канала 10 и кодового канала 11.

Измерительный канал 10 содержит смеситель 22, усилитель промежуточной частоты (УПЧ-2) 23, амплитудный детектор 24, и узкополосной усилитель низкой частоты (УНЧ) 25.

Смеситель 22 не имеет отдельного гетеродина, а роль гетеродинного сигнала играет опорный сигнал, и поэтому разность частот несущих колебаний сигналов тревоги и опорного сигнала выбирают равной промежуточной частоте приемника в измерительном канале. Но этот "гетеродинный" сигнал в измерительном канале имеет необычную особенность, состоящую в том, что он промодулирован по частоте. Поэтому необходимо рассмотреть характер сигнала на выходе смесителя 22 при таком (гетеродинном) сигнале. Следует при этом учитывать, что с выхода измерительного канала используется только измерительная часть сигнала, а кодовая часть оказывается закрытой для прохождения ключевой схемой 33.

Итак, пусть на вход смесителя действуют два частотно-модулированных колебания первая измерительная посылка сигнала тревоги и опорный сигнал.

l_A1 ε_A1 cos [ω_A1 t + m_A1 sin (Ω_A1 t + Φ_A1) + ϕ_A1]
l_o ε_ocos [ω_o t + m_A1 sin (Ω_A1 t + Φ_A1) + ϕ_A1]
l_вх l_A1 + l_o, где индекс А₁, относится к сигналу абонентской станции, а индекс "0" к опорному сигналу.

Рассмотрим сигнал на выходе УПЧ-2 23 при следующих соблюдающихся в измерительном канале условиях:
ω_A + ω_o ω_пр где ω_пр промежуточная частота измерительного канала приемника,
Ω_A1 Ω_o Ω_o Ω_A2 Δ Ω где Ω_A1 и Ω_A2 модулирующая частота соответственно первой и второй измерительной посылки.

ΔΩ ≪ Δω > ΔΩ; Δω <Ω_A1, Ω_A2 где 2Δω ширина полосы пропускания УПЧ-2.

Ток в смесителе i_с в зависимости от напряжения на его входе пуcть имеет квадратичный характер
i_c a²_вх
Находим ток смесителя частоты ω_пр ω_A ω_o для первой измерительной посылки i_c aε_A1ε_ocos [ω_прt+m_A1sin(Ω_A1t+Φ_A1)-m_osin(Ω_ot+Φ_o)+(ϕ_A1-ϕ_o)=
a ε_A1˙ε_ocos[ωt+(ϕ_A- ϕ_o)]cos[m_A1sin(Ω_A1t + Φ_A1)] cos[m_osin(Ωt_o+Φ_o)]+
+ cos[ω_прt+(ϕ_A1- ϕ_o)]sin[m_A1sin(Ω_A1t+Φ_A1)]sin[m_osin(Ω_ot+Φ_o)]+ +sin[ω_прt+(ϕ_A- ϕ_o)]cos[m_A1sin(Ω_A1t + Φ_A1)]sin[m_osin(Ω_ot+Φ_o)] -sin[ω_прt+(ϕ_A-ϕ_o)sin[m_A1sin(Ω_A1t+Φ_A1)]cos[m_osin(Ω_ot+Φ_o)]
Дальнейший анализ будем вести только для малых индексов модуляции, т.е. при m_A1 < 1 и m_o < 1. В этом случае можно принять

Тогда выражение для тока смесителя получает вид:
o-Φ_o)]
Из полученного результата видно, что модулирующие колебания тока смесителя содержат составляющие частоты Ω_o Ω_A1 Ω_A1 + Ω_o и Ω_A1 Ω_o Так как согласно условию полоса пропускания УПЧ-2 Δ ω < Ω_A1и Ω_o и Δ ω > Δ Ω то напряжение на выходе УПЧ-2 оказывается равным
l_e1= 1 + m_A1m_ocos[ΔΩt+(Φ_A1-Φ_o)]cos [ω_прt+(ϕ_A-ϕ_o)]
В результате оказывается, что напряжение на выходе УПЧ-2 представляет собой амплитудно-модулированный сигнал с низкой частотой синусоидальной модуляции, равной Δ Ω Ω_A1 Ω_o. Коэффициент модуляции оказывается равным М 1/2 m_Am_o. Аналогичный результат получается для второй измерительной посылки.

l_e2= 1 + m_A2m_ocos[ΔΩt+(Φ_A2-Φ_o)]cos [ω_прt+(ϕ_A-ϕ_o)]
Анализ показывает, что если в модулирующих колебаниях измерительных посылок и опорного сигнала используются большие индексы модуляции, то на выходе смесителя также возникают амплитудно-модулированные колебания, но в них образуются гармонические составляющие, т.е. в модуляции возникают искажения. Так как модулирующие колебания являются измерительными, то при возникновении искажений в них может возникнуть из-за этого погрешность в измерениях. Поэтому в измерительных посылках и в опорном сигнале должны использоваться только малые индексы модуляции.

Анализ также показывает, что если в измерительных посылках и в опорном сигнале использовать амплитудную модуляцию, то сигнал на выходе УПЧ-2 также будет амплитудно-модулированным с коэффициентом модуляции М 1/2 М_АМ_О, где М_А и М_О коэффициент амплитудной модуляции измерительных посылок и опорного сигнала.

Полученный результат можно обобщенно сформулировать так: если на входе смесителя приемника без отдельного гетеродина действуют два модулированных по частоте или амплитуде сигнала, то при указанных выше условиях на выходе УПЧ возникает амплитудно-модулированный сигнал, мгновенная фаза модулирующих колебаний которого оказывается равной разности мгновенных фаз модулированных колебаний обоих входных сигналов.

Таким образом, в результате совместного действия на входе смесителя 22 измерительного канала 10 двух измерительных посылок сигнала тревоги и опорного сигнала, на выходе УПЧ-2 23 образуются две амплитудно-модулированных посылки с низкой и одинаковой частотой модулирующих колебаний. Напряжение с выхода УПЧ-2 детектируется амплитудным детектором 24, усиливается далее узкополосным усилителем низкой частоты 25, выход которого подключен к ключевой схеме 33.

С выхода УПЧ-21 радиоприемной части 9 напряжение подается также на кодовый сигнал 11, содержащий смеситель 26, гетеродин 27, УПЧ-3 28, с помощью которых частота колебаний кодового канала снижается до значения, при которой оказывается возможным отфильтровать опорный сигнал, ограничитель 29 и частотный детектор 30. Выход частотного детектора 30 подключен к ключевой схеме 34 и к выходу блока управления 12.

Блок управления 12 содержит дешифратор управляющего сигнала 31, формирователь сигнала управления работой ключевых схем 32 и ключевые схемы 33 и 34.

На фиг. 4 приведены относительные интервалы действия посылок сигнала тревоги и импульсов, управляющих работой ключевых схем 33 и 34, где обозначено: 35 интервал кодового управляющего сигнала, 36 интервал кодового адресного сигнала, 37 и 38 интервалы измерительных посылок, 39, 40 и 41 интервалы нестационарных процессов на выходе узкополосного УНЧ измерительного канала 25. В результате дешифрирования управляющего сигнала на выходе дешифратора 31 образуется импульс напряжения 42 (фиг. 4), от действия которого возникает импульс 43 длительностью, равной кодовой адресной посылке, которым открывается ключевая схема 34 кодового канала, и импульсы напряжения 44 и 45 (фиг. 4), каждый длительностью, равной длительности каждой стационарной части измерительных посылок, которыми открывается ключевая схема 33 измерительного канала. Сигналы с выхода ключевых схем 33 и 34 направляются на блоке цифровой обработки измерительной информации 13, с выхода которого кодовый адресный сигнал направляется на выходной блок 14 без изменения, а измерительный сигнал направляется на блок 14 после его цифровой обработки (см. ниже).

В выходном блоке 14 кодовый адресный и измерительный сигнал приводится к виду, необходимому для передачи на центральную станцию с помощью выбранного типа линии связи проводной линии связи, либо световодной линии связи, либо радиотехнической линии связи.

На фиг. 5 изображена структурная схема опорного передатчика, излучающего опорный измерительный сигнал, где необходимо: 46 модулирующий синусоидальный генератор опорной частоты (согласно примеру равной 10 кГц), 47 ЧМ-генератор, 48 смеситель, 49 гетеродин, 50 резонансный усилитель, 51 усилитель мощности, 52 антенна. Здесь также, как и в абонентской станции, структурная схема передатчика составлена применительно к использованию частотной модуляции сигнала. Элементы передатчика 48, 49, 50, 51 используются для обеспечения заданной частоты несущих колебаний и необходимой мощности излучаемого сигнала.

На центральной станци, структурная схема которой представлнеа на фиг. 6, все направленные базисные станциями сигналы через линии связи 16 поступают на вход многоканального блока приема информации 53, а с его выхода информация поступает на многоканальный блок контроллеров сбора информации 54. При большем количестве базисных станций блок 54 может быть выполнен из нескольких многоканальных контроллеров сбора информации 5 (например, если число базисных станций составляет 32, то блок 54 может например, содержать 4 восьмиканальных контроллера 55). Принятая контроллерами 55 информация в них запоминается и в определенной последовательности передается на блок главного компьютера 56, содержащий контроллер главного компьютера (сбора информации) 56, главный компьютер 58 с базой данных 59. С помощью главного компьютера с использованием базы данных определяются необходимые сведения о владельце источника сигнала тревоги и вычисляетс местонахождение (координаты) подвижного источника сигнала тревоги. Полученная информация передается далее на соответствующий терминальный компьютер пользователя 60, расположенного на территории той службы, к которой должна поступать данного вида информация.

Координаты источника сигнала тревоги определяются по разностям фаз между синусоидальными сигналами измерительных посылок, полученными не менее, чем от трех базисных станций от одного и того же источника сигнала тревоги. Связь указанных разностей фаз и разностей расстояний между источником сигнала тревоги и тремя разными базисными станциями можно установить из анализа фазовых соотношений в системе.

Рассмотрим фазовые соотношения в системе.

При изучении этого вопроса будем использовать угловые частоты сигналов, но в излагаемом тексте слово "угловые" для простоты записи будем опускать.

Мгновенная фаза модулирующих колебаний первой измерительной посылки сигнала тревоги в точке излучения будет равна η_A1 (t) Ω_A1 t + Φ_A1 (Ω_o + Δ Ω) t + Φ_A1 где Ω_A1 частота модулирующих колебаний первой измерительной посылки;
Ω_o частота модулирующих колебаний опорного сигнала;
Δ Ω Ω_A1 Ω_o Φ_A1 начальная фаза колебаний. Мгновенные фазы этих колебаний в точках приема трех базисных станций I, II, III будут равны
η_A1(t-τ_I)= (Ω_o+ΔΩ)(t-τ_I)+Φ_A1=(Ω_o+ΔΩ)t+Φ_A1-(Ω_o+ΔΩ)
η_A1(t-τ_II)= (Ω_o+ΔΩ)t-(Ω_o+ΔΩ) +Φ_A1;
η_A1(t-τ_III)= (Ω_o+ΔΩ)t-(Ω_o+ΔΩ) + Φ_A1,
где r_I, r_II, r_III расстояние между точкой излучения сигнала тревоги и точкой приема соответствующей базисной станции;
τ_I τ_II τ_III время прохождения радиоволнами этих расстояний;
v скорость распространения радиоволн.

Мгновенная фаза модулирующих колебаний опорного сигнала в точке излучения опорного передатчика равна
η_o (t) Ω_o t + Φ_o, где Φ_o начальная фаза колебаний.

Мгновенные фазы этих колебаний в точках приема трех указанных базисных станций будут равны
η_o(t-τ_0I)= Ω_ot+Φ_o-Ω_o
η_o(t-τ_0II)= Ω_ot+Φ_o-Ω_o
η_o(t-τ_0III)= Ω_ot+Φ_o-Ω_o Здесь r_oI, r_oII, r_oIII расстояние между точкой излучения опорного передатчика и точкой приема соответствующей базисной станции; τ_oI, τ_oII, τ_oIII время прохождения этих расстояний радиоволнами
Сигнал тревоги и опорный измерительный сигнал попадают на вход приемников базисных станций. Учитывая весьма большую широкополосность входной высокочастотной части приемников по сравнению с модулирующей частотой измерительных посылок и опорного сигнала / можно пренебречь фазовыми задержками модулирующих колебаний/ возникающими в этих цепях приемника. Тогда на выходе смесителей измерительных каналов базисных станций мгновенные фазы модулирующих колебаний на частоте ΔΩ будут равны
Δ η_I η_A1 (t τ_I) η_o (t τ_oI);
Δ η_II η_A1 (t τ_II) η_o (t τ_oII);
Δ η_III η_A1 (t τ_III) η_o (t τ_oIII)
Мгновенные фазы этих же колебаний на выходе узкополосного УНЧ базисной станции 25 будут равны
)+
= ΔΩt+(Φ_A1-Φ_o)-(Ω_o+ΔΩ) + δ₂;
ΔΩt+(Φ_A1-Φ_o)-(Ω_o+ΔΩ) + + δ₃,
где δ₁ δ₂ δ₃ суммарные фазовые задержки модулирующего сигнала частоты Δ Ω, возникающие в цепях измерительного канала приемников базисных станций.

Дальнейшее рассмотрение проводится в двух вариантах.

По первому варианту полученные значения Δ η_I^I Δ η_II^I, Δ η_III^I в базисных станциях запоминаются. Далее рассмотрим фазовые соотношения в системе при прохождении второй измерительной посылки.

При действии второй измерительной посылки мгновенная фаза модулирующих колебаний сигнала тревоги в точке излучения равна
η_A2 (t) Ω_A2 t + Φ_A2 (Ω_o Δ Ω) t + Φ_A2 где Φ_A2 начальная фаза колебаний.

Мгновенные фазы этих колебаний в точках приема тех же трех базиснх станций будут равны
(t-τ_I)= (Ω_o-ΔΩ)t + Φ_A2-(Ω_o-ΔΩ)
(t-τ_II)= (Ω_o-ΔΩ)t + Φ_A2-(Ω_o-ΔΩ)
(t-τ_III)= (Ω_o-ΔΩ)t + Φ_A2-(Ω_o-ΔΩ)
Действуя теперь так же, как и выше, получим мгновенные фазы модулирующих колебаний частоты Δ Ω на выходе узкополосного УНЧ базисных станций 25. Для этого случая
= ΔΩt+(Φ_o-)+(Ω_o-ΔΩ) +δ₁,
= ΔΩt+(Φ_o-)+(Ω_o-ΔΩ) - +δ₂,
= ΔΩt+(Φ_o-)+(Ω_o-ΔΩ) +δ₃,
Полученные значения Δ η_I^I Δ η_II^I, Δ η_III^I в базисных станциях (по первому варианту) также запоминаются и после этого вычисляются значения
Ψ₁= (- )= (Φ_A1-Φ_o)-(Φ_o-)- Ω_o + ,
Ψ₂= (- )= (Φ_A1-Φ_o)-(Φ_o-)- Ω_o +
Ψ₃= (- )= (Φ_A1-Φ_o)-(Φ_o-)- + , в которых оказались исключенными неопределенные фазовые задержки δ₁ δ₂ δ₃.

Эти результаты по линии связи направляются на центральную станцию, где вычисляются разности
Ψ₁_Ψ₂= +
Ψ₁_Ψ₃= +
Значения известны и могут быть предварительно введены в компьютер. Поэтому вторые члены в полученных результатах могут быть заранее вычислены и из результатов отброшены.

Таким образом, можно принять, что результат измерения равен
Ψ₁_Ψ₂= Ψ₁_Ψ₃= Ω
Искомые разности расстояний оказываются равными
r_II-r_I= (Ψ₁-Ψ₂); r_III-r_I= (Ψ₁-Ψ₃), по которым могут быть вычислены координаты подвижного объекта.

Все описанные операции по определению значений Ψ₁ и Ψ₂ и последующего определения по ним координат подвижных объектов выполняются предпочтителььно цифровым методом. Превращение аналогового измерительного сигнала с выхода измерительного канала 10 в цифровую форму в блоке 13 для обеих измерительных посылок производится путем определения цифровыми средствами интервалов времени между выбранным началом отсчета и моментами прохождения через нуль стационарной части синусоид. Вычисление указанной выше полуразности значений фаз для обеих посылок выполняются также в блоке 13 с передачей результатов по каналу связи на центральную станцию.

По второму варианту в блоке 13 базисных станций производится только превращение аналогового измерительного сигнала с выхода измерительного канала 10 в цифровую форму для обеих измерительных посылок без определений ϕ₁ ϕ₂ и Ψ₃, а полученные значения Δ η_I^I Δ η_II^I, Δ η_III^I, Δ η_I-^I Δ η_II-^I, Δ η_III-^I, передаются раздельно на центральную станцию где производятся описанные выше вычисления ϕ₁ ϕ₂ и Ψ₃, а по ним, как и в первом варианте, вычисление значений Ψ₁ Ψ₂ и Ψ₁ Ψ₃ а затем координаты объекта.

Первый вариант удобен тем, что по сравнению со вторым вариантом на центральную станцию направляется существенно меньшее количество информации. Однако, второй вариант может оказаться практически более предпочтительным, поскольку в этом случае все вычислительные операции сосредотачиваются в одном месте на центральной станции.

Размещение опорной станции на космическом носителе, запущенном на геостационарную орбитку, дает возможность размещать системы охраны подвижных объектов на многих городских территориях без необходимости устанавливать в каждой из них опорную станцию с действием в пределах прямой видимости. Это особенно существенно для близкорасположенных друг от друга городских территорий, где на части территории могут одновременно действовать сигналы от обеих соседних опорных станций и нормальная работа базисных станций, принимающих эти сигналы, окажется в этом случае нарушенной.

Использование: геодезическое приборостроение, в радиогеодезических системах слежения за местоположением контролируемых объектов, а также в системах охраны объектов от нападения или несанкционированного проникновения.Сущность изобретения: определяют координаты подвижного объекта путем обработки на не менее трех базисных станциях радиосигналов от него и дополнительной опорной станции, размещенной в точке с известными координатами. Устройство для осуществления способа определения координат подвижных объектов содержит сигнальный передатчик на подвижном объекте с формирователем модулирующего радиосигнала; каждая из не менее трех базисных станций содержит радиоприемную часть, измерительный канал, кодовый канал, блок управления, блок цифровой обработки и узел передачи сигналов. Устройство также содержит опорную станцию и центральную станцию, выполненную с многоканальным входом с числом каналов, равными числу базисных станций. 2 с. п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ определения координат подвижных объектов, включающий излучение с помощью сигнального передатчика, размещенного на подвижном объекте, коротких периодических измерительных радиосигналов, прием и обработку этих радиосигналов на не менее чем трех базисных станциях, размещенных в точках с известными координатами, передачу по каналу связи на центральную станцию обработанных измерительных сигналов от каждой из базисных станций, измерение параметров, переданных сигналов и обработку результатов измерений, отличающийся тем, что на дополнительной опорной станции, размещенной в точке с известными координатами, непрерывно излучают опорный радиосигнал в виде модулированных синусоидальных колебаний на несущей частоте, отличающейся от несущей частоты сигнального передатчика, перед каждым измерительным радиосигналом, излучаемым сигнальным радиопередатчиком, последовательно излучают кодовые управляющий и адресный радиосигналы, измерительный радиосигнал формируют из двух посылок в виде модулированных синусоидальных колебаний с близкими частотами модуляции, среднее значение которых равно значению частоты модуляции опорного сигнала, передачу кодовых и обработанного измерительного сигналов на центральную станцию осуществляют по проводному каналу, или по световодному каналу, или по радиоканалу, причем передачу обработанного измерительного сигнала осуществляют в цифровом виде, а перед передачей этого сигнала на центральную станцию для каждой пары посылок измерительного сигнала выделяют разностную частоту ΔΩ модуляции соответствующей посылки измерительного сигнала и опорного радиосигнала и измеряют интервалы времени между заданным начальным моментом, отсчитанным от момента прихода сформированного управляющего кодового сигнала, и моментами перехода синусоид сигнала частоты DW через нуль, при этом при обработке на соответствующей базисной станции либо на центральной станции результатов измерений учитывают разности измеренных указанных интервалов времени пар посылок измерительного сигнала, а для разделения адресного и измерительного сигналов на базисных станциях используют дешифрированный управляющий кодовый сигнал, по результатам обработки сигналов определяют разности пар расстояний между подвижным объектом и базисными станциями, и по не менее чем двум разностям вычисляют координаты подвижного объекта. 2. Устройство для определения координат подвижных объектов, содержащее не менее одного сигнального радиопередатчика, выполненного с возможностью установки на подвижном объекте, не менее трех базисных станций, выполненных каждая с радиоприемной частью, узлом преобразования сигналов, центральную станцию, выполненную с узлом приема сигналов и блоком обработки с вычислителем, и канал связи, соединяющий каждую базисную станцию с центральной станцией, отличающееся тем, что оно снабжено опорной станцией, выполненной с возможностью излучения опорного сигнала в виде непрерывных модулированных синусоидальных колебаний, каждый из сигнальных радиопередатчиков выполнен с возможностью последовательного излучения кодированного управляющего сигнала, кодированного адресного сигнала и двух измерительных сигналов в виде модулированных синусоидальных колебаний с близкими частотами модуляции, среднее значение которых равно значению частоты модуляции опорного сигнала, узел преобразования сигналов каждой из базисных станций выполнен в виде измерительного канала, кодового канала, блока управления и блока цифровой обработки, при этом измерительный канал выполнен с возможностью выделения разностных частот несущих и модулирующих колебаний опорного сигнала и обоих измерительных сигналов и подключен к выходу радиоприемной части, кодовый канал с возможностью выделения и пропускания кодовых сигналов и подключен к выходу радиоприемной части, блок управления в виде последовательно соединенных дешифратора управляющего сигнала и формирователя, а также первого и второго переключателей, первые выходы которых подключены к соответствующим выходам формирователя, вторые выходы соответственно к выходам измерительного канала и кодового канала, а выходы каждого из переключателей подключены к соответствующему входу блока цифровой обработки, подключенного к входу узла передачи сигналов и выполненного с возможностью цифрового определения интервалов между заданным начальным моментом, отсчитанным от момента возникновения дешифрированного управляющего кодового сигнала, и моментом прохождения синусоид сигнала частоты DW через нуль, причем центральная станция выполнена с многоканальным входом с числом каналов, равным числу базисных станций, а канал связи выполнен в виде проводного канала, или световодного канала, или радиоканала.