СПОСОБ ХОЛИНА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА Российский патент 1997 года по МПК G01C21/24 

Изобретение предназначено для определения вектора поступательной скорости и вектора скорости собственного вращения удаленных динамических объектов, совершающих в общем случае сложное вращательно-поступательное движение, например, планет, их спутников, астероидов, самолетов и т.п.

Наиболее близким к предложенному является способ определения скорости поступательного и вращательного движения объекта, заключающийся в том, что облучают объект источником когерентного излучения, регистрируют отраженный объектом сигнал в пункте приема, выделяют комплексную огибающую зарегистрированного сигнала, последовательно определяют среднюю доплеровскую частицу и радиальную скорость V_p11, измеряют из пункта приема направление на объект и дальность R₁₁ и судят о скоростях движения объекта.

Однако данный способ характеризуется низкой точностью, не позволяет разделить параметры вращательного и поступательного движения и не позволяет определить вектор скорости вращения.

Цель изобретения повышение точности определения скорости поступательного и вращательного движения объекта.

Цель достигается тем, что дополнительно отраженный сигнал регистрируют во втором пункте, отстоящем от первого на вектор , базы, выделяют комплексную огибающую отраженного сигнала, определяют среднюю доплеровскую частоту и радиальную скорость V_p12, задают первое направление зондирования , по значениям , , V_p11, ν_p12, R₁₁ определяют дальности R₁ и радиальную скорость V_p1, последовательно изменяют ориентацию вектора базы и возможные значения скоростей движения объекта, для каждой комбинации значений скоростей и ориентации базы формируют взаимно корреляционную функцию (ВКФ) комплексных огибающих сигналов в первом и втором пунктах, по максимуму ВКФ определяют задержку τ₁ смещения распределения отраженного поля между пунктами, направление смещения, разностную доплеровскую частоту, по которой находят проекцию V_a1 поступательной скорости на вектор базы, задают второе направление зондирования , регистрируют сигналы в двух, разнесенных на вектор базы пунктах, аналогично первому направлению зондирования определяют , по полученным скалярным проекциям V_p1, V_p2, V_a1V_a2 судят о трехмерном векторе поступательной скорости , определяют проекции вектора скорости собственного вращения объекта на первую и вторую тангенциальные плоскости, ортогональные первому и второму направлениям, зондирование, по формулам

соответственно, где проекция вектора на первую и вторую тангенциальные плоскости, соответственно, и по двум проекциям судят о трехмерном векторе скорости собственного вращения объекта.

Для достижения указанного технического результата предлагаемый способ реализуют следующим образом. Измеряют радиус вектор и задают направление зондирования . Облучают поверхность объекта источником когерентного излучения. Обратнорассеянное поле принимают в двух пунктах, разнесенных на базовое расстояние . В пунктах приема измеряют среднюю доплеровскую частоту, затем, используя известные методы, вычисляют оценку радиальной составляющей поступательной скорости объекта для данного (первого) направления зондирования. Задают ожидаемые значения параметров поступательного движения подрадарной точки объекта (т.е. точки, лежащей на направлении зондирования) и производят компенсацию фазовых и частотных сдвигов принятых сигналов, которые вызваны движением объекта. В результате в каждом пункте выделяют комплексные огибающие принятых сигналов. Для выбранных значений параметров движения и направления вектора базы вычисляют взаимную корреляционную функцию (ВКФ) выделенных комплексных огибающих. Последовательно изменяют значения параметров движения и ориентацию базы и вновь вычисляют ВКФ для всех возможных комбинаций значений параметров движения и направлений вектора базы. Диапазон возможных значений выбирают исходя из имеющейся априорной информации об объекте. Находят максимум ВКФ, по положению которого определяют оценки: задержки смещения амплитудно-фазового распределения (АФР) рассеянного поля между пунктами приема, направления смещения АФР и проекции поступательной скорости на вектор базы . Возможность независимого определения проекции V_a базируется на том известном факте, что поступательное движение лоцируемого объекта в тангенциальном направлении создает в пунктах наблюдения разностную доплеровскую частоту, однозначно характеризующую скорость этого движения [2] тогда как вращательное движение такого эффекта не создает. Измеряют радиус-вектор дальности для второго направления зондирования , аналогично принимают сигналы в двух пунктах и определяют оценки: . Далее известными методами векторной алгебры восстановления трехмерного вектора по скалярным проекциям на основе значений вычисляют оценку вектора поступательной скорости объекта . Затем вычисляют оценку , векторной проекции вектора скорости собственного вращения объекта Ω на первую тангенциальную плоскость, ортогональную первому направлению зондирования .

где проекция вектора на первую тангенциальную плоскость. Соотношение 1 получено из известного соотношения 14 работы 2 путем векторных преобразований. Аналогично вычисляют оценку векторной проекции вектора на вторую тангенциальную плоскость, ортогональную . Известными методами восстановления трехмерного вектора по двум векторным проекциям на разные плоскости на основе значений вычисляют искомую оценку вектора скорости собственного вращения объекта вокруг своего центра масс. Относительная погрешность измерения составляющих описывается соотношением 3

где q отношение с/ш;
ρ_к радиус корреляции принимаемого поля. Например, для Венеры точность измерения параметров вращения оказывается на несколько порядков выше по сравнению с известными методами [3] Это объясняется тем, что данный способ получен путем синтеза по методу максимального правдоподобия и является оптимальным, т. е. обеспечивает минимум ошибки измерения при приеме на разнесенные антенны и извлекает максимум информации об объекте, содержащейся в рассеянном спекл-поле. Аналогично более высокая точность обеспечивается и для вектора поступательной скорости.

Изобретение может быть осуществлено с помощью имеющихся традиционных средств радиолокации и не требует разработки специальных способов или устройств.

Способ Холина определения вектора поступательной скорости и вектора скорости собственного вращения динамического объекта относится к радио-, лазерной и гидролокации, а также радио- и лазерной навигации и заключается в том, что для расширения арсенала технических средств определения параметров сложного вращательно-поступательного движения удаленного объекта и повышения точности определения параметров движения для первого направления зондирования принимают рассеянные сигналы в двух пунктах, измеряют радиальную скорость, компенсируют фазо-частотные сдвиги и выделяют комплексные сгибающие принятых сигналов, вычисляют взаимно корреляционную функцию (ВКФ) комплексных сгибающих для всех комбинаций значений параметров движения и взаимного расположения пунктов приема, находят максимум ВКФ, по положению которого определяют направление и задержку смещения амплитудно-фазового распределения АФР рассеянного поля, выбирают второе направление зондирования, для которого аналогично определяют радиальную скорость и направление и задержку смещения АФР, далее по измеренным для двух направлений зондирования значениям вычисляют искомые оценки трехмерных векторов поступательной скорости и скорости собственного вращения объекта.

Способ определения скоростей поступательного и вращательного движения объекта, заключающийся в том, что облучают объект источником когерентного излучения, регистрируют отраженный объектом сигнал в пункте приема, выделяют комплексную огибающую зарегистрированного сигнала, последовательно определяют среднюю доплеровскую частоту и радиальную скорость V_р 1 1, измеряют из пункта приема направление на объект и дальность R_1 1 и судят о скоростях движения объекта, отличающийся тем, что дополнительно отраженный сигнал регистрируют во втором пункте, отстоящем от первого на вектор базы, выделяют комплексную огибающую отраженного сигнала, определяют среднюю доплеровскую частоту и радиальную скорость V_р 1 2, задают первое направление зондирования по значениям определяют дальность R₁ и радиальную скорость V_р 1 и последовательно изменяют ориентацию вектора базы и возможные значения скоростей движения объекта, для каждой комбинации значений скоростей и ориентации базы формируют взаимно корреляционную функцию (ВКФ) комплексных огибающих сигналов в первом и втором пунктах, по максимуму ВКФ определяют задержку τ₁ смещения распределения отраженного поля между пунктами, направление смещения, разностную доплеровскую частоту, по которой находят проекцию V_а 1 поступательной скорости на вектор базы, задают второе направление зондирования регистрируют сигналы в двух разнесенных на вектор базы пунктах, аналогично первому направлению зондирования определяют по полученным скалярным проекциям V_р 1, V_р 2, V_а 1, V_а 2 судят о трехмерном векторе поступательной скорости определяют проекции вектора скорости собственного вращения объекта на первую и вторую тангенциальные плоскости, ортогональные первому и второму направлениям зондирования, по формулам соответственно, где проекции вектора на первую и вторую тангенциальные плоскости соответственно, и по двух проекциям судят о трехмерном векторе скорости собственного вращения объекта.