СПОСОБ МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G01S3/02 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радионавигации, в частности для местоопределения источников радиоизлучений (ИРИ), работающих в декаметровом диапазоне частот ионосферными волнами.

Известен способ местоопределения источников радиоизлучения [1], основанный на измерении азимута и расчете дальности до ИРИ по известной мощности передатчика, коэффициенту усиления передающей антенны и множителю ослабления трассы. К недостаткам этого способа относится необходимость наличия априорной информации о передающем устройстве и параметрах среды распространения радиоволн (РРВ), что ограничивает его применение.

Также известен способ местоопределения, описанный в [2] и [3, приложение 1] , заключающийся в измерении углов прихода пространственной радиоволны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, измерении параметров ионосферы над точкой размещения станции вертикального зондирования ионосферы (СВЗИ), определении дальности до ИРИ по методу траекторных расчетов Смита [2, 4], основанном на модели ионосферы в виде некоторого воображаемого зеркального отражателя, расположенного на действующей высоте отражения эквивалентной вертикальной волны (фиг. 1) и расчете географических координат ИРИ.

Однако рассматриваемый способ также обладает низкой точностью определения координат источников радиоизлучении, что обусловлено неадекватностью принятого в методе траекторных расчетов Смита ограничения о постоянстве параметров ионосферы в точке вертикального зондирования и зоне радиусом 500 км от нее, а также отсутствие учета особенностей траектории РРВ в отражающем слое.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому способу является способ местоопределения KB источников ионосферных радиоволн, описанный в [5]. Способ-прототип заключается в измерении углов прихода ионосферной волны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, измерении высотно-частотной характеристики ионосферы над радиопеленгатором путем ее вертикального зондирования, выполнении траекторного расчета координат точки отражения радиоволны и определении медианных значений параметров ионосферы в ней по прогнозам, расчете углов продольного и поперечного наклона отражающего слоя ионосферы в окрестностях точки отражения радиоволны, коррекции измеренных азимута и угла места, расчете дальности до ИРИ, а также его широты и долготы.

Однако этот способ также имеет низкую точность местоопределения источников радиоизлучения, что обусловлено значительной величиной погрешности аппроксимации высотно-частотной характеристики ионосферы, определяющей ошибки определения приращений высоты отражающего слоя вдоль трассы распространения радиоволн и углов его продольного и поперечного наклонов в окрестностях точки отражения радиоволны.

Целью изобретения является разработка способа местоопределения ИРИ, обеспечивающего снижение ошибок определения координат источников радиоизлучений за счет повышения точности описания траектории РРВ в отражающем слое ионосферы на основе уточнения описания ее высотно-частотной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе местоопределения ИРИ, заключающемся в измерении азимута и угла места ионосферной радиоволны от источника радиоизлучения, измерении высотно-частотной характеристики ионосферы путем ее вертикального зондирования в точке измерения азимута и угла места, определении по прогнозам медианных характеристик ионосферы над районом измерения углов прихода и в точке отражения радиоволны, определении приращения параметров ионосферы вдоль трассы распространения радиоволн, уточнении высотно-частотной характеристики модели ионосферы в точке отражения радиоволны с учетом данных вертикального зондирования и прогнозов, расчете углов продольного и поперечного наклона отражающего слоя ионосферы в окрестностях точки отражения радиоволны и траекторном расчете источника радиоизлучений, дополнительно после измерения высотно-частотной характеристики ионосферы ее аппроксимируют полиномом, после чего корректируют высотно-частотную характеристику модели ионосферы [6] в точке отражения. В качестве аппроксимирующего полинома f(h) используют полином второй степени вида
f(h) = α₀+α₁h+α₂h²
где h - высота отражения;
α₀, α₁ и α₂ - искомые коэффициенты полинома, определяемые методом итерации.

Высотно-частотную характеристику в точке отражения определяют при помощи соотношения

где Δf(h) - модельные приращения параметров ионосферы на участке между районом зондирования и районом отражения.

Благодаря указанной совокупности признаков за счет измерения и аппроксимации высотно- частотной характеристики ионосферы над районом измерения азимута и угла места радиоволны и уточнения ВЧХ модели ионосферы в точке отражения уменьшается ошибка определения координат источников KB ионосферных радиоволн.

Заявленный способ местоопределения источников радиоизлучения поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - рисунок, поясняющий метод траекторных расчетов Смита;
на фиг. 2 - рисунок, поясняющий аппроксимацию измеренной высотно-частотной характеристики полиномом второй степени.

Реализация заявляемого способа объясняется следующим образом. При помощи радиопеленгатора производится измерение азимута и угла места радиоволны, как, например, описано в [7], а при помощи станции вертикального зондирования ионосферы производится измерение высотно-частотной характеристики (ВЧХ) ионосферы. После измерения ВЧХ производят итеративный подбор значений коэффициентов полинома второй степени до достижения ошибки аппроксимации, не превышающей заданной погрешности. Значения коэффициентов полинома фиксируются и, далее используются для определения параметров ионосферы в точке отражения с применением квазипараболической модели ионосферы После этого определяют координаты точки отражения радиоволны, приращения параметров ионосферы на участке трассы РРВ от точки отражения до района размещения радиопеленгатора [5]. Полученные значения параметров ионосферы в точке отражения и их приращения используют для определения углов продольного и поперечного наклонов ионосферы в окрестностях точки отражения радиоволны [5]. Определенные таким образом значения углов наклона отражающего слоя используют для коррекции измеренных при помощи радиопеленгатора азимута и угла места, после чего производят траекторный расчет координат ИРИ.

Задача аппроксимации ВЧХ (фиг.2) сводится к снижению максимальной величины расстояния U_m между измеренной и моделируемой ВЧХ подбором значений коэффициентов полинома до выполнения неравенства:
(1)
где σ² - текущее значение погрешности аппроксимации;
σ2треб

- заданная погрешность аппроксимации;
относительная погрешность аппроксимации высоты отражения полиномом второй степени в k^й точке ВЧХ;
h_k - значение высоты на измеренной ВЧХ;
значение высоты на моделируемой ВЧХ;
K - количество точек ВЧХ.

Последовательность действий при аппроксимации ВЧХ и расчете параметров ионосферы на примере квазипараболической модели включает:
1. Построение отрезка параболы
f(h) = α₀+α₁h+α₂h² (2)
где h_min ≤ h ≤ h_max - высота отражающего слоя;
h_min - минимальное измеренное значение высоты отражающего слоя;
h_max - максимальное измеренное значение высоты отражающего слоя;
α₂< 0;

α₀> 0.
2. Определение коэффициентов α₀, α₁ и α₂, методом итерации [8], до выполнения условия:

3. Оценивание точности аппроксимации по формуле
(4)
4. Изменение интервала аппроксимации при невыполнении условия (4):

где U_m - максимальное значение ошибки высоты отражающего слоя на интервале аппроксимации в точке m;
{ h_k} ' - массив измеренных значений высоты отражающего слоя до опорной точки m;
{h_k}''- массив измеренных значений высоты отражающего слоя после опорной точки m.

5. При достижении истинности неравенства (4) фиксируются полученные значения коэффициентов α₀, α₁ и α₂ и производится расчет основных параметров каждого из слоев ионосферы над СВЗИ по формулам.

6. Расчет основных параметров отражающего слоя ионосферы [4]:
критической частоты слоя -

высоты максимума ионизации -

полутолщины слоя - y_m = R_m-R₀,
где высота нижней границы слоя.

7. Расчет координат точки отражения по измеренным значениям азимута, угла места и высоты максимума ионизации решением прямоугольного треугольника по известным соотношениям [6].

8. Расчет модельных приращений параметров ионосферы на участке между районом зондирования и районом отражения как частного модельных значений параметров ионосферы в точке отражения радиоволны и параметров ионосферы в районе измерения азимута и угла места [5].

9. Определение углов продольного и поперечного наклонов отражающего слоя в окрестностях точки отражения [5].

10. Коррекция измеренных значений азимута и угла места с учетом углов наклона отражающего слоя в окрестностях точки отражения [5].

Таким образом, расчет координат КВ источников ионосферных волн заявляемым способом включает:
1. Измерение азимута и угла места ионосферной радиоволны.

2. Измерение ВЧХ ионосферы в районе измерения углов прихода радиоволны.

3. Задание допустимой погрешности аппроксимации ВЧХ.

4. Аппроксимация ВЧХ полиномом, определяемым типом используемой модели ионосферы.

5. Уточнение параметров модели ионосферы по результатам аппроксимации.

6. Расчет приращений параметров ионосферы вдоль траектории РРВ и в точке отражения [3].

7. Уточнение данных ВЗИ с учетом модельных приращений [3].

8. Определение углов наклона отражающего слоя [3].

9. Внесение поправок в измеренные значения азимута и угла места [3].

10. Расчет дальности до ИРИ известным способом [3] и его географических координат.

Существенными отличительными признаками заявляемого способа являются 4, 5. Эффективность заявляемого способа заключается в снижении уровня ошибок местоопределения КВ источников ионосферных волн на 10-15% по сравнению с прототипом.

Анализ результатов экспериментов по однопозиционному местоопределению КВ источников ионосферных волн заявляемых способом подтверждает правильность сделанных предложений. Так, ошибка определения дальности до контрольного источника радиоизлучения предложенным способом в условиях слабовозмущенной ионосферы снизилась с 80 - 115 км до 70 - 105 км при напряженности трассы 1089 км.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. - М.: Связь, 1972. - 336 с.

2. Радиотехнические системы. /Под ред. проф. Ю.М.Казаринова. - М.: "Высшая школа", 1990. С. 187.

3. Холкин М.Д. Обработка радиосигналов в системах местоопределения источников радиоизлучения. - Л.: ВАС, 1984. С. 20 - 22.

4. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир, 1973. - 504 с.

5. Патент РФ N 2072524, МКИ 6 G 01 S 3/02. Способ местоопределения. Хомсков Е.В., Коровин В.М., Шуст М.П.

6. Носова Г.Н., Чернышев О.В. Алгоритм и программа расчета некоторых характеристик распространения радиоволн. Москва, ИЗМИРАН, 1981. - 64 с.

7. Патент РФ N 2115135 МКИ⁶ G 01 S 3/14. Цифровой радиопеленгатор. Нохрин О.А., Хомсков Е.В., Хрипушин В.Д., Шевалдин Б.М., Чернышев В.Н.

8. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. -544 с.

Сущность изобретения: способ местоопределения источников радиоизлучения заключается в измерении азимута и угла места ионосферной радиоволны от источника радиоизлучения, измерении высотно-частотной характеристики (ВЧХ) ионосферы путем ее вертикального зондирования в точке измерения азимута и угла места, определении по прогнозам медианных характеристик ионосферы над районом измерения углов прихода и в точке отражения радиоволны, определении приращения параметров ионосферы вдоль трассы распространения радиоволн, уточнении ВЧХ модели ионосферы в точке отражения радиоволны с учетом данных вертикального зондирования и прогнозов, расчете углов продольного и поперечного наклона отражающего слоя ионосферы в окрестностях точки отражения радиоволны и траекторном расчете координат источника радиоизлучений, при этом после измерения ВЧХ ионосферы путем ее вертикального зондирования в точке измерения азимута и угла места дополнительно ее аппроксимируют полиномом, после чего корректируют ВЧХ ионосферы в точке отражения радиоволны. В качестве аппроксимирующего полинома f(h) используют полином второй степени f(h) = α₀+α₁h+α₂h², коэффициенты полинома определяют методом итерации. Технический результат заключается в снижении ошибок определения координат источников радиоизлучения. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ местоопределения источников радиоизлучения, заключающийся в измерении азимута и угла места ионосферной радиоволны от источника радиоизлучения, измерении высотно-частотной характеристики ионосферы путем ее вертикально зондирования в точке измерения азимута и угла места, определении по прогнозам медианных характеристик ионосферы над районом измерения углов прихода и в точке отражения радиоволны, определении приращения параметров ионосферы вдоль трасы распространения радиоволн, уточнении высотно-частотной характеристики модели ионосферы в точке отражения радиоволны с учетом данных вертикального зондирования и прогнозов, расчете углов продольного и поперечного наклона отражающего слоя ионосферы в окрестностях точки отражения радиоволны и траекторном расчете координат источника радиоизлучений, отличающийся тем, что после измерения высотно-частотной характеристики ионосферы путем ее вертикального зондирования в точке измерения азимута и угла места дополнительно ее аппроксимируют полиномом, после чего корректируют высотно-частотную характеристику ионосферы в точке отражения радиоволны. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве аппроксимирующего полинома f(h) используют полином второй степени
f(h) = α₀ + α₁h + α₂h²,
где h - высота отражения;
α₀, α₁ и α₂ - искомые коэффициенты полинома, определяемые методом итерации, причем значения коэффициентов полинома подбирают до выполнения неравенства

где σ² - текущее значение погрешности аппроксимации,
σ2треб

- заданная погрешность аппроксимации;
относительная погрешность аппроксимации высоты отражения полиномом второй степени в k-й точке ВЧХ;
значение высоты на измеренной ВЧХ;
h_k - значение высоты на модулируемой ВЧХ;
k - количество точек ВЧХ. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что уточнение основных параметров модели ионосферы в точке отражения определяют при помощи соотношений:
критическая частота слоя

высота максимума ионизации

полутолщина слоя Y_m = R_m - R_o,
где высота нижней границы слоя.