СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ПО ТРЕВОЖНЫМ РАДИОСИГНАЛАМ Российский патент 2005 года по МПК G01R29/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для определения местонахождения и идентификации различных объектов с целью обеспечения их комплексной безопасности в условиях региона.

Известны различные радионавигационные системы, а также системы передачи и приема тревожной информации для, например, определения координат угнанных автомобилей (См. Сборник трудов научно-технической конференции «Планирование глобальной радионавигации». М. 1995 г.). Недостатками многих из таких систем являются их неавтономность или сложность и большие габариты аппаратуры, связанные с типом кодирования.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению и принятой за прототип является система распознавания местоположения объектов (Шорин О.А., Пантикян Р.Т. «Оптимизация структуры сигнала в радиотехнической системе передачи тревожной информации». Электросвязь, 1996 г. №6, стр.31), состоящая из абонентного радиопередатчика объекта, местоположение которого оценивается, трех датчиков-станций, расположенных в известных точках пространства и центра обработки. Передатчик объекта излучает фазокодовый радиосигнал, принимаемый датчиками и центром обработки. На станциях-датчиках выносится решение о наличии сигнала с объекта и формируются свои фазокодовые сигналы, отличающиеся кодовыми последовательностями, которые излучаются в сторону центра обработки. В трехканальном блоке обнаружения центра обработки производится фиксация наличия сигналов от объекта и датчиков, а по измеренным разностям времени задержки поступления сигналов с помощью ЦВМ вычисляются координаты объекта. Недостатками прототипа являются:

- высокая степень зависимости точности определения координат местоположения объекта от флуктуации значений параметров передатчиков абонента и приемников базовых станций-датчиков;

- обслуживание только одного абонента;

- отсутствие информации об идентификации абонента и вида опасности;

- синхронизация системы осуществляется принудительно - по таймеру;

- местоположение абонента определяется только в строго заданные, фиксированные моменты времени;

- отсутствие привязки приемников базовых станций-датчиков и центра обработки к системе единого времени;

- отсутствие высокоточных часов в базовых станциях-датчиках и центре обработки, что делает невозможным абоненту послать сигнал в необходимый ему момент времени.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание системы определения местоположения объектов по тревожным радиосигналам, во-первых, лишенной указанных в прототипе недостатков, а во-вторых, обладающей более высокими техническими, функциональными и эксплуатационными характеристиками.

Данная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося:

- в минимизации чувствительности системы определения координат к нестабильности частот передатчика и гетеродинов приемников;

- в разработке структуры высокочастотного, широкополосного фазоманипулированного сигнала с времяимпульсной модуляцией, его формирования, излучения, приема и обработки.

Этот технический результат при реализации предлагаемого изобретения достигается тем, что в способе определения местоположения объекта, при котором сигнал в абонентском радиопередатчике объекта, кроме фазовой модуляции, подвергают еще и времяимпульсной модуляции, а затем излучают в пространство пачками из десяти импульсов. Принимают этот радиосигнал тремя стационарными базовыми станциями, на каждой из которых его подвергают автокорреляционной обработке, а также фиксируют моменты поступления сигнала сравнением с сигналами точного времени. Полученная информация в виде кодированных сообщений поступает в центр обработки и управления, где определяется местоположение абонента, его индивидуальный номер и код сообщения.

При наступлении тревожного случая абонент нажимает кнопку на миниатюрном радиопередатчике. Радиопередатчик излучает в эфир высокочастотный фазоманипулированный сложный сигнал. Сигнал представляет собой последовательность из 5 пачек. Каждая пачка состоит из 10 сложных фазоманипулированных импульсов, база которых равна 512.

Характеристики сигнала:

- номер абонента и код тревожного сообщения передается с помощью десятиэлементного кода с числом основания кода 11;

- элементом кода (импульсом) является бинарная фазоманипулированная (0°; 180°) последовательность 512 дискрет общей длительностью 100 мкс;

- средний период следования импульсов - 1 мс;

- кодирование номера и код тревожного сообщения абонента достигается путем временного сдвига положения каждого из импульсов пачки относительно условного нуля на одно из дискретных значений, кратных 100 мкс, в пределах от -500 мкс до +500 мкс (основание кода 11).

Для данной радиотехнической системы используется сложный бинарный фазоманипулированный сигнал на основе фиксированной М-последовательности. База этого сигнала равна числу элементарных импульсов τ₀, то есть Б=N=512.

Выбор в качестве кодовой последовательности фиксированной М-последовательности обусловлен малым уровнем боковых пиков автокорреляционной функции. Кодовую последовательность получают на основе характеристического полинома. Для N=512 был выбран полином, дающий кодовую последовательность с минимальным уровнем боковых пиков. Для минимизации внеполосного излучения при формировании кодовой последовательности в абонентском радиопередатчике используется Гауссов фильтр.

Излученный в эфир радиопередатчиком высокочастотный фазоманипулированный сложный сигнал принимается радиоприемным трактом приемника базовой станции.

Технические характеристики радиоприемного тракта приемника базовой станции:

- принимаемая частота - 886 МГц;

- полоса пропускания тракта основной селекции - 8 МГц (по уровню 3 дБ);

- входное сопротивление тракта - 50 Ом;

- чувствительность - не хуже 2.5 мкВ;

- частотная стабильность - 2·10^-5;

- подавление побочных каналов приема - не менее 70 дБ.

Сигнал с выхода приемника поступает на вход автокорреляционного демодулятора.

Технические характеристики автокорреляционного демодулятора:

- демодулятор работает с выхода последней промежуточной частоты приемного тракта приемника базовой станции;

- обеспечивается демодуляция бинарного фазоманипулированного (0°; 180°) сигнала со скоростью 5.0 Мбит/с;

- обеспечивается сложение 512 дискрет демодулированного сигнала импульса;

- обеспечивается выдача сигнала в спецпроцессор обработки импульсной последовательности после завершения приема импульса;

Сигнал с выхода автокорреляционного демодулятора поступает на вход спецпроцессора обработки импульсной последовательности.

Технические характеристики спецпроцессора обработки импульсной последовательности:

- спецпроцессор принимает демодулированный сигнал, имеющий структуру описанной выше характеристики сигнала;

- спецпроцессор выполняет функцию цифровой согласованной фильтрации получаемого сигнала с целью вычисления максимума автокорреляционной функции сигнала;

- спецпроцессор осуществляет временную привязку максимума автокорреляционной функции сигнала к системе единого времени для идентификации номера передатчика и вычисления местоположения передатчика в центре обработки и управления;

- спецпроцессор обеспечивает декодирование перекрывающихся во времени сигналов от различных абонентов.

Сигнал с выхода спецпроцессора обработки импульсной последовательности по линиям связи поступает на вход центра обработки и управления.

В центре обработки и управления, состоящем из ряда ЦВМ, объединенных в локальную вычислительную сеть, производится совместная обработка информации, принятой от всех базовых станций. По этой информации в центре обработки и управления вычисляется местоположение абонента, его индивидуальный номер и код тревожного сообщения.

Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлена блок-схема предлагаемого устройства. Оно состоит из малогабаритного абонентского радиопередатчика 1, трех базовых радиоприемных станций 2, размещенных в четко определенных местах пространства, и центра обработки и управления 3, который соединен с базовыми станциями проводными линиями связи 4. Малогабаритный передатчик 1 включает в себя синтезатор частот 5, формирователь кодовой последовательности 6, Гауссов фильтр 7 и времяимпульсный модулятор 8. Вход времяимпульсного модулятора 8 соединен с выходом блока управления 9, а выход - с входом фазового модулятора 10. Выход фазового модулятора 10 соединен с усилителем мощности 11 и через СВЧ-фильтр 12 со штыревой антенной 13. Передатчик 1 снабжен источником питания 14. Основными блоками приемных базовых станций 2 являются антенна 15, приемник 16 со смесителем, гетеродином и усилителями, автокорреляционный демодулятор 17, выход которого соединен со спецпроцессором обработки импульсной последовательности - автокорреляционным согласованным фильтром 18, и блок сравнения с порогом 19. Кроме этого, базовые станции 2 снабжены блоками оценки задержки времени приема сигнала 20 с приемниками эталонных сигналов единого времени 21. Выходы блоков 20 являются выходами станций 2 и соединены с центром обработки и управления 3 линиями связи 4.

Устройство работает следующим образом. При необходимости абонент нажимает кнопку на радиопередатчике 1. Радиопередатчик 1 излучает сигналы, которые принимаются базовыми станциями 2. На каждой из станций 2 оценивается временная задержка поступления сигнала по отношению к сигналам единого времени. Данные о задержках передаются по линиям связи 4 в центр обработки и управления 3, где вычисляются координаты абонента и происходит их идентификация, на основе чего вырабатываются команды управления.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для определения местонахождения и идентификации различных объектов и обеспечения их безопасности. Сигнал (кодовую последовательность) в абонентском передатчике объекта подвергают сначала времяимпульсной, а затем фазовой модуляции. На приемных станциях сигнал подвергают автокорреляционной обработке. По разностям временных задержек приема радиосигнала определяют координаты объекта. Излучают сигнал в пространство в необходимый для абонента момент времени пачками из 10 импульсов с временным сдвигом положения каждого из импульсов пачки. Каждый из импульсов состоит из фиксированной бинарной фазоманипулированной 512 разрядной М-последовательности элементов, выбранной с учетом минимума уровня боковых лепестков в полосе частот 5 МГц. Радиоприем осуществляют только тремя стационарными базовыми станциями. Временные задержки приема радиосигнала определяют на этих же станциях. Времяимпульсный модулятор соединен с формирователем кодовой последовательности через Гауссов фильтр. Технический результат - повышение технических, функциональных и эксплуатационных характеристик. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения местоположения объекта по тревожным радиосигналам, при котором сигнал в абонентском передатчике объекта подвергают фазовой модуляции, затем излучают в пространство в виде электромагнитной волны радиодиапазона, принимают этот радиосигнал стационарными радиоприемными базовыми станциями, расположенными в известных местах пространства, на которых сигнал демодулируют, подвергают автокорреляционной обработке, сравнивают с пороговым значением и в случае превышения порогового значения осуществляют привязку максимума автокорреляционной функции к системе единого времени, после чего полученные результаты передают в центр обработки и управления, где по разностям временных задержек приема радиосигнала стационарными базовыми станциями определяют координаты объекта, отличающийся тем, что перед фазовой модуляцией осуществляют времяимпульсную модуляцию сигнала, а излучают сигнал в пространство в необходимый для абонента момент времени пачками из 10 импульсов с временным сдвигом положения каждого из импульсов пачки, причем каждый из импульсов состоит из фиксированной бинарной фазоманипулированной 512-разрядной М-последовательности элементов, выбранной с учетом минимума уровня боковых лепестков в полосе частот 5 МГц, радиоприем осуществляют только тремя стационарными базовыми станциями, а временные задержки приема радиосигнала определяют на этих же станциях сравнением с сигналами единого времени.2. Устройство определения местоположения объектов по тревожным радиосигналам, состоящее из центра обработки и управления, не менее трех расположенных в известных точках пространства радиоприемных базовых станций, содержащих блоки радиоприема сигнала, включающие в себя согласованные фильтры, выполняющие функции цифровой согласованной фильтрации получаемого сигнала для вычисления максимума автокорреляционной функции сигнала, и радиопередатчика абонента, включающего в себя радиопередатчик с фазовым модулятором, блок управления и блок питания, отличающееся тем, что в радиопередатчик абонента включены формирователь кодовой последовательности и осуществляющий времяимпульсную модуляцию кодовой последовательности времяимпульсный модулятор, вход которого соединен с выходом блока управления, а выход - с входом фазового модулятора, причем согласованные фильтры, фиксирующие факт поступления сигнала и осуществляющие привязку максимума автокорреляционной функции сигнала к системе единого времени для идентификации номера передатчика и вычисления его местоположения в центре обработки и управления, содержатся только на базовых радиоприемных станциях, при этом входы согласованных фильтров соединены с выходами автокорреляционных демодуляторов.3. Устройство определения местоположения объектов по тревожным радиосигналам по п.1, отличающееся тем, что времяимпульсный модулятор соединен с формирователем кодовой последовательности через Гауссов фильтр.