УСТРОЙСТВО МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК G01S3/02 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к радионавигации и может быть использовано в качестве устройства определения пространственных координат искусственных источников радиоволн преимущественно декаметровом диапазоне.

Известно устройство местоопределения [1] которое состоит из измерителя параметров сигнала, включающего антенно-фидерное и радиоприемное устройство (АФС и РПУ). Данный измеритель подключен к блоку обработки и отображения. Недостатком устройства является зависимость точности измерения параметров сигнала от изменения характеристик радиотрассы, что приводит к снижению точности местоопределения радиоизлучателя.

Известно также устройство местоопределения [2] которое включает измеритель параметров сигнала, состоящий из АФС и двухканального РПУ, а также блок цифровой обработки, который обеспечивает некоторое повышение точности измерения параметров положения радиоизлучателя и, следовательно, его местоположения. Однако устройство имеет невысокую точность при работе в радиолиниях с крутопадающими волнами. Это объясняется тем, что при приеме сигналов крутопадающих волн разброс измеренных параметров сигнала имеет такие большие значения, которые не могут удовлетворять требованиям по точности местоопределения.

Наиболее близким аналогом по своей технической сущности к заявленному устройству (прототипом) является двухканальное пеленгаторное устройство [3] Устройство-прототип состоит из измерителя параметров сигнала (АФС и двухканальный РПУ), блока обработки и отображения. В основе построения блока обработки положен принцип статистической оценки величины угла направления на радиоизлучатель по методу минимизации суммы квадратов отклонений от истинного азимута. Устройство позволяет повысить точность координатометрии в условиях неоднородности радиотрассы. Недостатком прототипа является невыполнение требований по точности местоопределения. Так, эксплуатационная точность устройства в КВ диапазоне не выше 8.15% от дальности. Требования же, например, для определения предназначения объектов составляют 2.4% Это объясняется тем, что во-первых, прототип позволяет получать хорошие результаты по определению местоположения радиоизлучателя при нормальном (Гауссовском) законе распределения параметров положения. Ограниченность их выборки, что реально присутствует на практике и объясняется малым числом контактов с излучателем, не может гарантировать аппроксимацию нормальным законом. Во-вторых, ошибками измерений линий положения, причиной которых является изменения параметров радиотрассы.

Целью изобретения является разработка устройства местоопределения радиоизлучателя, обеспечивающего более высокую точность определения местоположения радиоизлучателя в условиях неоднородностей параметров радиотрассы за счет использования информации о зависимости размещения объектов и соответственно радиоизлучателей на местности от топологии дорог.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве местоопределения радиоизлучателя, содержащем совокупность радиотехнических станций измерения параметров сигналов радиоизлучателя, выходы которых связаны с соответствующими входами блока обработки сигналов, дополнительно введены блок расчета координат засечек, блок данных о топологии дорожной сети и блок аппроксимации линий дорог. Выход блока обработки сигналов подключен к первому входу блока расчета координат засечек, первый выход которого является выходом устройства, а вторым выходом соединен со входом блока данных о топологии дорожной сети. Выход блока данных о топологии дорожной сети подключен ко входу блока аппроксимации линий дорог, выход которого соединен со вторым входом блока расчета координат засечек. Блок расчета координат засечек в свою очередь содержит сумматор, блок расчета координат основных засечек, блок расчета параметров эллипса ошибок, блок расчета координат дополнительных засечек и блок оценки координат местоположения радиоизлучателя, вход сумматора соединен с выходом блока обработки сигналов, его первый выход подключен ко входу блока расчета координат основных засечек, а второй связан с первым входом блока расчета координат дополнительных засечек, первый выход блока расчета координат основных засечек соединен с первым входом блока оценки координат местоположения радиоизлучателя, а его второй выход связан с первым входом блока расчета параметров эллипса ошибок, первый выход блока расчета параметров эллипса ошибок подключен к выходу устройства, а его второй выход связан со входом блока данных о топологии дорожной сети, выход блока расчета дополнительных координат подключен ко второму входу блока расчета параметров эллипса ошибок и одновременно ко второму входу блока оценки координат местоположения радиоизлучателя, а первый выход блока оценки координат местоположения радиоизлучателя является выходом устройства, его второй выход подключен ко входу блока данных о топологии дорожной сети.

Блок данных о топологии дорожной сети содержит блок поиска дорожной сети в пределах эллипса ошибок, банк данных дорожной сети, классификатор дорог, выход блока поиска дорожной сети в пределах эллипса ошибок соединен со входом банка данных дорожной сети, выход которого подключен ко входу классификатора дорог, а выход последнего связан со входом блока аппроксимации линий дорог.

Блок аппроксимации линий дорог содержит блок определения координат точек аппроксимации дорог и блок аппроксимации дорог, выход блока определения координат точек аппроксимации дорог подключен ко входу блока аппроксимации дорог, выход которого подключен ко второму входу блока расчета координат засечек.

Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков достигается повышение точности определения координат радиоизлучателя за счет использования зависимости размещения его от топологии дорог, использования линий дорог в качестве дополнительных линий положений, нахождения координат точек пересечения линий положения и линий дорог и использования этих координат в качестве дополнительных засечек с весовыми коэффициентами, определяемыми классом дорог.

Заявленное устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая структурная схема устройства местоопределения радиоизлучателя; на фиг.2 - структурная схема блока расчета координат засечек; на фиг.3 структурная схема блока данных о топологии дорожной сети; на фиг.4 структурная схема блока аппроксимации линий дорог; на фиг.5 изображен рисунок, поясняющий принцип работы устройства местоопределения радиоизлучателя.

Устройство местоопределения радиоизлучателя, показанное на фиг.1, состоит из радиотехнических станций измерения параметров сигнала радиоизлучателя 1, блока обработки сигналов (БОС) 2, блока расчета координат засечек (БРКЗ) 3, блока данных (БДТД) 4, блока аппроксимации линий дорог (БАД) 5. Выходы станций измерения параметров сигнала 1 подключены к соответствующим входам БОС 2. Выход БОС 2 подключен к первому входу БРКЗ 3. Первый выход БРКЗ 3 является выходом устройства. Второй выход БРКЗ 3 подключен ко входу БДТД 4, выход которого соединен со входом БАД 5. Выход БАД 5 подключен ко второму входу БРКЗ 3.

Блок расчета координат засечек (БРКЗ) 3, показанный на фиг.2, состоит из сумматора 3.1, блока расчета координат основных засечек (БРКОЗ) 3.2, блока расчета параметров эллипса ошибок (БРПЭ) 3.3, блока расчета координат дополнительных засечек (БРКДЗ) 3.4 и блока оценки координат местоположения радиоизлучателя (БОКМП) 3.5. Первый выход сумматора 3.1 подключен к первому входу БРКОЗ 3.2. Второй выход сумматора 3.1 соединен с первым входом БРКДЗ 3.4. Ко второму входу БРКДЗ 3.4 подключен выход БАД 5. Первый выход БРКОЗ 3.2 подключен к первому входу БОКМП 3.5, его второй выход соединен с первым входом БРПЭ 3.3. Первый выход БРПЭ 3.3 является выходом устройства, его второй выход подключен ко входу БДТД 4. Выход БРКДЗ 3.4 подключен ко второму входу БРПЭ 3.3, одновременно он связан со вторым входом БОКМП 3.5. Первый выход БОКМП 3.5 является выходом устройства, а второй подключен ко входу БДТД 4.

Блок данных о топологии дорожной сети (БДТД) 4, показанный на фиг.3, состоит из блока поиска дорожной сети в пределах эллипса ошибок (БПДС) 4.1, банка данных дорожной сети (БДДС) 4.2 и классификатора дорог 4.3. Выход БПДС 4.1 подключен ко входу БДДС 4.2, выход которого соединен со входом классификатора дорог 4.3. Выход классификатора дорог 4.3 подключен ко входу БАД 5.

Блок аппроксимации линий дорог (БАД) 5, показанный на фиг.4, содержит блок определения координат точек аппроксимации дорог (БОТАД) 5.1 и блок аппроксимации дорог (БАПД) 5.2. Выход БОТАД 5.1 подключен ко входу БАПД 5.2, а выход последнего соединен со вторым входом БРКЗ 3.

Заявленное устройство работает следующим образом. Информация об измеренных параметрах сигнала (E, ψ, β, θ, Δt) со станций измерения параметров сигнала радиоизлучателя 1 поступает в блок обработки сигналов 2, где преобразуется в информацию о положении источника в качестве линий положения. В блоке расчета координат засечек 3 блоком расчета координат засечек, полученных при пересечении линий положения от радиотехнических станций измерения параметров сигнала радиоизлучателя основных засечек 3.2 вычисляются координаты точек пересечения линий положения засечек (точки a, b, c на фиг.5) по формулам:

где Φ_i, λ_i координаты измерителей;
α_ij, β_ij углы между направлением на засечку и базой двух крайних измерителей в базе;
i=1,2,i,n число измерителей в системе;
k=1,2,m число засечек от n измерителей.

Значения координат засечек поступают в блок расчета параметров эллипса ошибок 3.3, где вычисляются параметры вероятного района местоположения радиоизлучателя эллипса ошибок, который характеризует точность местоопределения:

Р_э значение вероятности нахождения радиоизлучателя в пределах эллипса ошибок;
Кроме того, значения координат засечек поступают в блок оценки координат местоположения радиоизлучателя 3.5, где по методу наименьших квадратов вычисляется оценка координат местоположения радиоизлучателя:

где измеренные значения координат засечек;
веса зесечек, обратные значения соответствующих погрешностей измерений;
δ_i= r_ijΔθ_j погрешности измерений навигационных величин [5]
r_ij расстояние до i-й засечки от j-го измерителя;
Δθ_i угловая ошибка j-го измерителя;
i=1,2,n число засечек;
j=1,2,m число измерителей.

Для повышения точности определения местоположения радиоизлучателя, помимо координат засечек, полученных при пересечении линий положения от измерителей (с блока обработки сигналов 2), используется дополнительная информация о положении радиоизлучателя, извлекаемая из учета особенностей размещения источника на местности в зависимости от топологии дорог. Данная зависимость вытекает из ряда требований и ограничений, налагаемых на объекты и соответственно их источники радиоизлучений по обеспечению их мобильности, маневренности. Это в свою очередь обуславливает их расположение вблизи от линий коммуникаций, дорог с учетом их классификации по таким параметрам как проходимость, пропускная способность и др. В соответствии с этими параметрами удаление местоположения радиоизлучателя от дорог будет зависеть от их класса и без больших погрешностей подчиняется аппроксимации нормальным законам распределения. Так, значения максимального удаления радиоизлучателя от дорог Δθ_j различного класса могут быть:
стратегические 20 км;
оперативные 7 км; (4)
тактические 3 км
В заявляемом устройстве информация о топологии дорог хранится в блоке данных о топологии дорожной сети 4. Данные о вероятном районе местоположения радиоизлучателя со второго выхода блока расчета координат засечек 3 поступают на вход блока поиска дорожной сети в пределах эллипса ошибок 4.1 блока данных о топологии дорожной сети 4, откуда поступает в банк данных дорожной сети 4.2. Информация о топологии дорог в заданном районе с выхода банка данных дорожной сети 4.2 поступает на вход классификатора дорог 4.3, где определяется класс дорог в данном районе. Данная информация поступает в блок аппроксимации линий дорог 5. Учитывая незначительные пространственные размеры вероятного района местоположения радиоизлучателя, дороги в его пределах без значительных погрешностей можно аппроксимировать прямыми линиями.

Аппроксимация осуществляется блоком аппроксимации дорог 5.2 согласно:
Φ=λ₁-Φ₁tgψ+λtgψ


Координаты точек аппроксимации определяются блоком определения координат точек аппроксимации дорог 5.1 блока аппроксимации линий дорог 5 как точки пересечения границ эллипса ошибок и линии аппроксимируемой дороги.

Информация о дополнительной линии положения аппроксимируемой дороги поступает на второй вход блока расчета координат дополнительных засечек 3.4 блока расчета координат засечек 3, на первый вход которого поступают данные линий положения со второго выхода сумматора 3.1. В блоке расчета координат дополнительных засечек 3.4 производится расчет координат точек пересечения линий положения и линии дороги (точки d, e и f на фиг.5), присваиваются весовые коэффициенты полученным засечкам в соответствии с решением, принятым классификатором дорог 4.3 в зависимости от класса аппроксимированной дороги (4):

где δ_e максимальное удаление радиоизлучателя от дороги e го класса.

Полученные значения координат точек, в этом случае дополнительных засечек, поступают на второй вход блока расчета параметров эллипса ошибок 3.3 и одновременно на второй вход блока оценки координат местоположения радиоизлучателя 3.5, где аналогично с выражениями (2) и (3) производятся вычисления параметров эллипса ошибок (граница района 11, фиг.5) и оценки координат местоположения радиоизлучателя

где весовые коэффициенты засечек пересечения линий положения от измерителей;
весовые коэффициенты засечек пересечения линий положения и линий дорог;
измеренные значения засечек пересечения линий положения от измерителей;
измеренные значения засечек пересечения линий положения и линий дорог;
k=1,2,m число засечек линий положения от измерителей;
e=1,2,l число засечек линий положения и линий дорог.

Выигрыш по точности местоопределения радиоизлучателя определяется выражением:

где δ_д максимальное удаление радиоизлучателя от дороги;
θ_д угол наклона линии дороги к λ.

Таким образом, повышение точности местоопределения радиоизлучателя при применении предлагаемого устройства обусловлено использованием дополнительных засечек, получаемых с применением блока данных о топологии дорожной сети 4 и блока аппроксимации линий дорог 5, что повышает объем выборки. С другой стороны, при расчете параметров вероятного района местоположения радиоизлучателя и оценки координат его местоположения в блоке расчета координат засечек 3, учитывается зависимость размещения источника на местности от топологии дорог в качестве весовых коэффициентов дополнительных засечек. Сравнительные оценочные расчеты местоопределения при применении прототипа и заявленного устройства сведены в таблицу
Сравнительные оценочные расчеты точности местоопределения радиоизлучателя при однократном измерении параметров сигнала тремя измерителями дают основание считать, что заявленное устройство обеспечит повышение точности определения местоположения до 80%
Элементы предлагаемого устройства являются типовыми и могут быть технически реализованы в настоящее время при использовании имеющейся аппаратурной и элементной базы. Блоки обработки сигналов и расчета координат засечек могут быть выполнены на основе устройства, например, описанного в "Messen und Prufen" 1981 N 6 с.398.399. Блоки данных о топологии дорожной сети и аппроксимации линий дорог могут быть выполнены на базе единой микропроцессорной техники с накопителем типа СМ или IBM.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к радионавигации, и может быть использовано в качестве устройства определения пространственных координат искусственных источников радиоволн преимущественно в декаметровом диапазоне. Целью изобретения является разработка устройства местоопределения радиоизлучателя, обеспечивающего более высокую точность определения местоположения радиоизлучателя в условиях неоднородности параметров радиотрассы за счет использования информации о зависимости размещения источников на местности от топологии дорог, принятых в качестве дополнительных линий положения. Цель достигается тем, что в известном устройстве местоопределения радиоизлучателя, содержащем совокупность радиотехнических станций измерения параметров сигнала радиоизлучателя, выходы которых связаны с соответствующими входами блока обработки сигналов, дополнительно введены блок расчета координат засечек, блок данных о топологии дорожной сети и блок аппроксимации линий дорог. Выход блока обработки сигналов подключен к первому входу блока расчета координат засечек, ко второму входу которого подключен выход блока аппроксимации линий дорог. Первый выход блока расчета координат засечек является выходом устройства, второй выход подключен ко входу блока данных о топологии дорожной сети, выход которого соединен со входом блока аппроксимации линий дорог. 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Устройство местоопределения радиоизлучателя, включающее совокупность станций измерения параметров сигнала радиоизлучателя, выходы которых связаны с соответствующими входами блока обработки сигналов, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок расчета координат засечек, блок данных о топологии дорожной сети и блок аппроксимации линий дорог, выход блока обработки сигналов подключен к первому входу блока расчета координат засечек, первый выход его связан с входом блока данных о топологии дорожной сети, а его второй выход является выходом устройства, выход блока данных о топологии дорожной сети сеодинен в входом блока аппроксимации линий дорог, выход последнего подключен к второму входу блока расчета координат засечек. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок расчета координат засечек содержит сумматор, блок расчета координат основных засечек, блок расчета параметров эллипса ошибок, блок расчета координат дополнительных засечек и блок оценки координат местоположения радиоизлучателя, вход сумматора соединен с выходом блока обработки сигналов, его первый выход подключен к входу блока расчета координат основных засечек, а второй выход связан с первым входом блока расчета координат дополнительных засечек, первый выход блока расчета координат основных засечек соединен с первым входом блока оцеки координат местоположения радиоизлучателя, а его второй выход связан с первым входом блока расчета параметров эллипса ошибок, первый выход которого подключен к выходу устройства, а его второй выход к входу блока данных о топологии дорожной сети, выход блока расчета координат дополнительных засечек подключен к второму входу блока расчета параметров эллипса ошибок и к второму входу блока оценки координат местоположения радиоизлучателя, а первый выход которого является выходом устройства, его второй выход подключен к входу блока данных о топологии дорожной сети. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок данных о топологии дорожной сети содержит блок поиска дорожной сети в пределах эллипса ошибок, банк данных дорожной сети и классификатор дорог, выход блока поиска дорожной сети в пределах эллипса ошибок соединен с входом банка данных дорожной сети, выход которого подключен к входу классификатора дорог, выход последнего связан с входом блока аппроксимации линий дорог. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок аппроксимации линий дорог содержит блок определения координат точек аппроксимации дорог и блок аппроксимации дорог, выход блока определения координат точек аппроксимации дорог подключен к входу блока аппроксимации дорог, выход которого подключен к второму входу блока расчета координат засечек.