ПРИЕМОКООРДИНАТОР Российский патент 1996 года по МПК G01S7/04 

Изобретение относится к радионавигации и может найти применение при определении местоположения подвижных объектов.

Известна самолетная система 0 1-7000 (1), в которой выбор оптимальных троек станции производится с использованием сложной модели распространения сигнала, в которую входит детально учтенная карта проводимости подстилающего слоя. На основании известного положения самолета, зафиксированного в памяти вычислителя, заранее введенных данных о координатах и излучаемой мощности станции Лоран-С и указанной модели распространения сигнала осуществляется выбор оптимальной с точки зрения максимального уровня сигналов тройки станции. Многие современные бортовые устройства системы Лоран-С имеют в своей основу структуру радионавигационного координатора (2), выбранного в качестве прототипа. Работа устройства прототипа происходит следующим образом в соответствии с фиг.1. Сигналы станции после согласованной фильтрации в приемнике 1 поступают на блок 2 поиска и допоиска, где осуществляется сначала поиск (определение временного положения с точностью до длительности сигнала), а затем допоиск (определение положения фронта) сигналов станции. Блоки 3 слежения (число их равно числу станции) определяют момент прохода через ноль несущей сигналов станций с определенной производной (фазовое измерение положения сигнала). С помощью блока 4 разрешения многозначности обеспечивается устранение многозначности фазовых отсчетов. Блок 9 измерения радионавигационного параметра обеспечивает получение гиперболических координат местоположения объекта, по которым в преобразователе координат 10 вычисляются координаты местоположения в более удобной системе координат. Вычисленные координаты отображаются на индикатор 11. Блок 5 формирования опорных и управляющих сигналов обеспечивает формирование временных диаграмм импульсных опорных последовательностей и сигналов. Блок 6 управления задает необходимые параметры (период повторения, фазовый код и т.п.) сигналов станции, а опорный генератор 7 генерирует высокостабильный синусоидальный сигнал, необходимый для когерентной обработки сигналов. Недостатком известного устройства является невысокая точность местоопределения из-за снижения достоверности разрешения многозначности фазовых отсчетов. Техническим результатом использования изобретения является повышение точности местоопределения путем увеличения достоверности разрешения многозначности фазовых отсчетов. Сущность изобретения заключается в использовании дополнительной информации от остальных станций системы, присутствующей во входном сигнале. При наличии избыточной информации о положении подвижного объекта имеется возможность определить наличие ошибки в разрешении многозначности по одной из станций, номер станции с ошибочным разрешением многозначности и величину ошибки. Структурная схема приемоиндикатора приведена на фиг.2. Структура блока коммутации 8, блока ввода поправок 12, порогового блока 15 приведены соответственно на фиг. 3-5, алгоритмы работы блока принятия решения 16, блока выбора рабочих станций 17 представлены на фиг.6-9, поясняющие графические материалы на фиг. 10, 11. На фиг.1-5 обозначено:
1 приемник (ПРМ), 2 блок поиска и допоиска (БПД), 3 блоки слежения (БС), 4 блок разрешения многозначности (БРМ), 5 блок формирования опорных и управляющих сигналов (БФОУС), 6 пульт управления, 7 опорные генератор, 8 блок коммутации (БК), 9 блок измерения радионавигационного параметра (БИРНП), 10 преобразователь гиперболических координат (ПК), 12 блок ввода поправок (БВП), 13 буферный регистр (БР), 14 блок вычисления параметра (БВП), 15 пороговый блок (ПБ), 16 блок принятия решения (БПР), 17 блок выбора рабочих станций (БВРС), 18, 19, 20 мультиплексор (МП), 21, 22, 23 - арифметико-логическое устройство (АЛУ), 24,25,26 дешифратор (ДШ), 27 - арифметико-логическое устройство (АЛУ), 11 индикатор (ИНД). Работа приемокоординатора происходит следующим образом. Сигналы импульсно-фазовых радионавигационных систем (ИФРНС) поступают на вход приемника 1, где осуществляется согласованная фильтрация каждого импульса из пачки сигналов ИФРНС и их усиление. В блок 2 поиска и допоиска отфильтрованные сигналы ИФРНС предельно ограничиваются (т. е. бинарно квантуются по амплитуде), стробируются во времени и декодируются по фазе. Полученные сигналу суммируются в каждом временном интервале квантования в течение времени накопления. Результаты накопления сравниваются с порогом. При превышении порога принимается решение о наличии сигнала в соответствующем временном интервале. В противном случае весь процесс повторяется. Сигнал с выхода приемника 1 поступает также на входы блоков слежения 3, каждый из которых представляет собой следящую систему за фазой бинарно квантованного сигнала ИФРНС. Последний поступает на дискриминатор с релейной характеристикой, сигнал ошибки с выхода которого усредняется и поступает на командный выход блока 3 слежения. В блоках 3 слежения также выделяется первый из пачки следящих стробов, который и поступает на выход блоков слежения 3. Каждый блок 3 слежения измеряет фазу сигнала одной из станции ИФРНС. В блоке разрешения многозначности 4 сигнал приемника 1 подвергается высокочастотному дифференцированию, в результате чего образуется радиоимпульс. Точка прохода через нуль с отрицательной производной огибающей этого радиоимпульса расположена в заданной точке импульсного сигнала ИФРНС. Усредненный сигнал ошибки следящей системы поступает на выход блока разрешения многозначности 4. При установке следящего строба в точку прохода через нуль огибающей на выходе блока разрешения многозначности 4 появляется соответствующий сигнал. Блок 5 формирования опорных и управляющих сигналов управляет режимом работы приемокоординатора и формирует в каждом режиме необходимые управляющие сигналы.

Управление режимом работы обеспечивается программным путем. Для этого при включении питания приемокоординатора программа устанавливается в исходное состояние, соответствующее режиму поиска сигналов ИФРНС. При обнаружении сигнала ведущей станции блоком 2 поиска и допоиска на командном входе блока 5 появится сигнал, который обеспечивает перевод блоком 5 приемокоординатора в режим поиска сигналов ведущей. При необнаружении сигнала ведущей станции с выхода блока 2 поиска и допоиска появится сигнал, который придя на командный вход блока 5 БФОУС осуществит сбои поисковых стробов на величину интервала поиска. Режим поиска ведущей станции будет продолжен на новом интервале периода повторения сигналов ИФРНС. Аналогичным образом происходит работа блока 5 при поиске и допоиске сигналов остальных станций ИФРНС. После завершения допоиска сигналов всех станций блок 5 переведет приемокоординатор в режим измерения. В этом режиме сигналы, свидетельствующие о завершении или незавершении разрешения многозначности по каждой станции, поступает с выхода блока 4 разрешения многозначности на второй управляющий вход блока 5. При завершении разрешения многозначности по всем станциям ИФРНС блок 5 формирует сигнал обеспечивающим разрешение работы блока 9 измерения радионавигационного параметра. Блок 5 формирует также опорные сигналы для стробирования сигналов ИФРНС. Опорные сигналы формируются путем деления частоты напряжения от опорного генератора 7. Период повторения опорных сигналов задает сигнал от блока 6. Вид временной диаграммы опорных сигналов для каждой станции определяется режимом работы приемокоординатора (поиск, допоиск, измерение), который устанавливается блоком 5. Начало формирования временной диаграммы опорных сигналов каждой станции ИФРНС может смещаться на величину периода напряжения опорного генератора 7 под действием сигнала с командного выхода соответствующего блока 3 слежения, что обеспечивает слежение за фазой сигналов ИФРНС. Сигнал с выхода следящей системы за периодом высокочастотного заполнения из блока 4 разрешения многозначности может смещать начало формирования временной диаграммы опорных сигналов на величину периода несущей сигналов ИФРНС.

Блок 8 коммутации пропускает на свой выход стробы слежения выбранной тройки станции. Сами стробы поступают на сигнальные входы мультиплексоров 18-20 с выходов БСЗ, а на их управляющие входы поступает код выбранной тройки станции от БВ 17. Блок 9 БИРП определяет временную задержку первого из пачки следящих стробов, поступающих с выходов блоков 3 слежения выбранной тройки станции ИФРНС, относительно начала периода повторения временной диаграммы опорных сигналов. Сигналы радионавигационного параметра от БИРНП 9 поступают на первый сигнальный вход соответствующего АЛУ 21-23 блока 12 ввода поправок. Последние под действием сигналов на их управляющих входах могут пропустить сигналы с первого сигнального входа на выход либо без изменения, либо увеличенные на 10 мкс, либо на 10 мкс уменьшенными. Соответствующий управляющий сигнал выбора операции поступает от дешифраторов 24-26, которые формируют его из сигнала БПР 16. Сигналы радионавигационного параметра с выхода блока 12 ввода поправок поступают на вход ПГК 10, где гиперболические координаты заданной блоком 17 тройки станции ИФРНС преобразуются в удобные для местоопределения координаты, например, прямоугольные. БР 13 хранит сигнал преобразованный в ПГК 10 на время принятия решения в БПР 16. Эти координаты отображаются на индикаторе 11. Сигнал смены информации в БР 13 поступает на его управляющий вход от блока 17 после принятия решения в блоке 16 о правильном завершении многозначности. Блок вычисления параметра 14 определяет размер фигуры S (например, периметр). Для этого в нем запоминаются полученные из блока 10 координаты всех троек станции, перебор которых, как и управление блоком 14 обеспечивает блок выбора рабочих станций 17. По координатам вершин определяется периметр фигуры по известным из математики соотношениям. Сигнал с выхода блока 14 поступает на первый сигнальный вход АЛУ 27 в блоке 15, а на второй сигнальный вход АЛУ 27 поступает сигнал, соответствующий порогу. На управляющий вход АЛУ 27 поступает сигнал управления на реализацию либо функции вычитания, либо трансляции сигнала с первого сигнального входа на выход АЛК 27. Работа блока принятия решения 16 начинается с начальных установок сигналов управления, сигналов выбора поправок и сигналов-команд. Причем сигналы управления поступают соответственно на дешифраторы 24-26 в блоке 12, сигналы выбора поправок определяют выбор поправок соответственно по станциям 0,1,2,4 ИФРНС (условие 0 означает отсутствие поправки, (1 прибавление поправки в 10 мкс, 2 вычитание поправки в 10 мкс, присвоение значения 1 разрешает дальнейшую работу блока 17). Затем блок 16 обеспечит ожидание завершения расчета размера фигуры для заданных начальных условий. После вычисления размеров фигуры проверит знак сигнала на выходе блока 15. Если сигнал отрицателен, то назначается соответствующий признак и работа блока 16 завершается. В противном случае начинается поиск станции с ошибочным завершением разрешения многозначности и коррекция величины ошибки. Этот процесс начинается с назначения соответствующего признака и ожидания переключения блока 15 на трансляцию сигналов от блока 14 под действием управляющего сигнала от блока 17 на блок 15. В блоке 16 осуществляется запоминание периметра фигуры S при начальных значениях поправок и назначается новое значение поправок по станции 0. Блок позволяет обеспечить режим ожидания в блоке 16 и работу блока 17. Если осуществляется подготовка к расчету значения параметра фигуры для новых значений поправок, то в блоке 16 реализуется ожидание задания кода новой тройки станции ИФРНС от блока 17 на блок 8. После завершения этого процесса установится значение 1. В этом случае для каждой назначенной в данный момент тройки станции блок 16 обеспечит выдачу в блок 12 текущего значения поправок. После перебора всех возможных значений поправок блок 16 восстановит исходное значение поправки и сформирует признак окончания операции перебора значений поправок. После этого блок 16 организует перепись значения поправок для минимальной по периметру фигуры S в оперативные ячейки памяти. На блок 12 выдаются управляющие сигналы поправок, которые соответствуют фигуре с минимальным периметром. На этом алгоритм работы блока 16 завершается. В блоке 17 опрашивается блок разрешения многозначности 4 для выяснения число станций, по которым произошло разрешение многозначности фазовых отсчетов. В блоке 17 суммируются признаки по всем станциям ИФРНС. Далее осуществляется опрос блока 6 для выяснения заданной оператором рабочей тройки станции ИФРНС и проверяется возможность или невозможность местоопределения станции или наличие избыточной информации. В блоке 17 обеспечивается ожидание появления разрешения многозначности остальных станций, проводится измерение радионавигационного параметра, расчет прямоугольных координат для выбранной в блоке 6 тройки станции и занесение этих координат для хранения в буферном регистре 13.Т.О. обеспечивается работа предлагаемого устройства аналогично работе устройства-прототипа при отсутствии избыточной информации. При количестве станции больше трех блок 17 задаст на блок 15 управляющий сигнал вычитания порога, задаст параметры начальной анализируемой тройки станции в соответствии с которыми будет проведен расчет радионавигационного параметра путем подачи соответствующего управляющего сигнала на блок 8. Блок 17 также разрешает работу преобразователя координат 10 и запоминание рассчитанных координат в блоке 14. В блоке 17 так организуется перебор всех возможных троек станции ИФРНС, после окончания которого в блок 14 будет подан управляющий сигнал для поведения расчета периметра фигуры. Сформированный в блоке принятия решения 16 признак результата проверки будет проанализирован в блоке 17. В случае выполнения необходимых условий, для назначенной тройки станции ИФРНС будут выданы координаты в блок 13. В противном случае блок 17 задаст на блок 15 управляющий сигнал трансляции информации. Если перебор поправок в блоке 16 не окончен, то работа 17 повторится в этой части, если же перебор поправок окончен, то блок 17 для назначенной в блоке 6 тройки станции ИФРНС позволит задать необходимые поправки на блок 12 и отобразить координаты местоположения с откорректированными результатами разрешения многозначности фазовых отсчетов.

Таким образом, введение в устройство-прототип блока коммутации 8, блока ввода поправок 12, буферного регистра 13, блока вычисления параметра 14, порогового блока 15, блока принятия решения 16, блока выбора рабочий станций 17 и их связи позволяют повысить точность местоопределения путем увеличения достоверности разрешения многозначности фазовых отсчетов.

Используется литература:
1. Маршал Л.У. Фрэнсис Б.О. Самолетная система 0 1-7000 ЛОРАН-С.

2. Лутченко А.Е. Когерентный прием радионавигационных сигналов. М. "Сов. радио", 1973 г. стр. 52-53, рис. 3.1.3.2 (прототип). ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 ЫЫЫ8 ЫЫЫ10

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано при определении местоположения подвижных объектов. Сущность: содержит 1 приемник (1), 1 блок поиска и допоиска (2), N блоков слежения (3), 1 блок разрушения многозначности (4), 1 блок формирования опорных и управляющих сигналов (5), 1 пульт управления (6), 1 опорный генератор (7), 1 блок коммутации (8), 1 блок измерения радионавигационного параметра (9), 1 преобразователь гиперболических координат (10), 1 индикатор (11), 1 блок ввода поправок (12), 1 буферный регистр (13), 1 блок вычисления параметра (14), 1 пороговый блок (15), 1 блок принятия решения (16), 1 блок выбора рабочих станций (17), что позволяет использовать дополнительную информацию от всех станций системы, присутствующую в входном сигнале. Если полученные координаты не отличаются больше чем на величину ошибки измерения фазовой следящей системы, то принимается решение о правильности разрешения многозначности фазовых отсчетов. В противном случае осуществляется коррекция отсчетов по каждой станции. 11 ил.

Приемокоординатор, содержащий приемник, выход которого соединен с входами блоков поиска и допоиска, слежения и разрешения многозначности, выход блока поиска и допоиска подключен к командному входу блока формирования опорных и управляющих сигналов, выход которого соединен с управляющими входами блоков поиска и допоиска, слежения и блока разрешения многозначности, выход которого соединен с командными выходами блоков слежения и вторым управляющим входом блока формирования опорных и управляющих сигналов, первый управляющий вход которого соединен с выходом пульта управления, а сигнальный вход с выходом опорного генератора, а также содержащий блок измерения радионавигационного параметра, преобразователь гиперболических координат и индикатор, управляющий вход блока измерения радионавигационного параметра соединен с выходом блока формирования опорных и управляющих сигналов, отличающийся тем, что введены блок коммутации, блок ввода поправок, буферный регистр, блок вычисления параметра, пороговый блок, блок принятия решения и блок выбора рабочих станций, причем выходы блоков слежения соединены с соответствующими входами блока коммутации, выход которого соединен с входом блока измерения радионавигационного параметра, выход которого соединен с входом блока ввода поправок, выход которого соединен с входом преобразователя гиперболических координат, выход преобразователя гиперболических координат через буферный регистр соединен с входом индикатора, выход преобразователя гиперболических координат соединен также с входом блока вычисления параметра, выход которого через последовательно соединенные пороговым блок, блок принятия решения и блок выбора рабочих станций соединен с управляющим входом блока коммутации, причем управляющие входы преобразователя гиперболических координат, блока вычисления параметра, буферного регистра, порогового блока и блока принятия решения соединены с выходом блока выбора рабочих станций, управляющий вход которого соединен с выходом пульта управления, а командный вход с выходом блока разрешения многозначности, выход блока принятия решения соединен с управляющим входом блока ввода поправок.